第九章瀝青材料第9章瀝青材料

主要內容：

1.瀝青材料的基本概念

2.石油瀝青的化學組分和膠體結構

3.石油瀝青的技術性質和技術標準

4.其他瀝青材料

概述

1.定義

瀝青材料——是由一些極其復雜的高分子的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬（氧、硫、氮）的衍生物所組成的混合物。在常溫下，瀝青呈黑色或黑褐色的固態、半固態或液態。2.分類:瀝青地瀝青

焦油瀝青天然瀝青：石油在自然條件下，長時間經受地球物理因素作用形成的產物

石油瀝青：石油經各種煉制工藝加工而得的瀝青產品煤瀝青：煤經干餾所得的煤焦油，經再加工后得到煤瀝青頁巖瀝青：頁巖煉油工業的副產品

3.應用:

廣泛用作路面、屋面、防水、耐腐蝕等工程材料。土木工程建筑主要應用石油瀝青。

1石油瀝青的生產工藝概述2石油瀝青的組成和結構

1.化學組分化學組分分析方法:將瀝青分離為化學性質相近，而且與其工程性質有一定聯系的幾個組，這些組就稱為組分。我國現行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000）規定有三組分。三組分分析法按三組分分析法所得各組分的性狀列如下表。

石油瀝青三組分分析法的各組分性狀

性狀

組分外觀特征平均分子量碳氫比/原子比含量/%物化特征油分淡黃透明液體200～7000.5～0.745～60幾乎可溶于大部分有機溶劑，具有光學活性，常發現有熒光，相對密度約0.910～0.925樹脂紅褐色粘稠半固體800～30000.7～0.815～30溫度敏感性高，溶點低于100℃，相對密度大于1.000地瀝青質深褐色固體微粒1000～50000.8～1.O5～30加熱不熔化，分解為硬焦炭，使瀝青呈黑色，相對密度1.100～1.500

2.石油瀝青的結構

（1）溶膠型結構

（2）溶-凝膠型結構（3）凝膠型結構

a)b)c)

瀝青膠體結構示意圖a)溶膠型結構；b)溶-凝膠型結構；c)凝膠型結構

3石油瀝青的技術性質

1.物理常數

2.粘滯性

3.延性

4.溫度敏感性5.耐久性6.安全性7.其他性質√√√√

1.粘滯性

——反映瀝青材料內部阻礙瀝青粒子產生相對流動的能力，簡稱為粘性，是劃分瀝青牌號的主要技術指標。瀝青的粘度是瀝青首要考慮的技術指標之一。

粘度

針入度（適應粘稠石油瀝青）?液體瀝青的粘滯度（適應液體石油瀝青）（1）針入度1）針入度的定義針入度——在規定溫度條件下，以規定質量的標準針經過規定的時間貫入瀝青試樣的深度，單位：0.1mm。常用試驗條件：規定溫度：25℃

標準針質量：100g

貫入時間：5s2）表示方法：P（25℃，100g，5s）。3）表征意義

瀝青的針入度值愈大，表示瀝青的粘度愈小。針入度是目前我國粘稠石油瀝青的分級指標。標號：一般取針入度的平均值。例如：90號瀝青，針入度范圍為80～１００（０.１mm）

110號瀝青，針入度范圍為80～１００（０.１mm）

2.延性

——是瀝青材料當在外力作用下產生變形而不破壞，除去外力后仍能保持變形后的形狀不變的性質，以延度作為塑性的表征指標。（1）延度的定義延度——將瀝青試樣制成8字形標準試件，采用延度儀，在規定拉伸速度和規定溫度下拉斷時的長度，單位：cm。

規定條件為：試驗溫度有0℃、15℃、25℃三種；拉伸速度5cm/min。瀝青延度測定示意圖（2）延度的表示方法：D（T，v）其中，T為試驗溫度，v為拉伸速度。（3）測定延度的意義瀝青延度與其流變特性、膠體結構和化學組分等有著密切的關系。研究表明：

?

隨著瀝青膠體結構發育成熟度的提高，含蠟量的增加，以及飽和蠟和芳香蠟的比例增大等，都會使瀝青的延度值相對降低。

?

瀝青延度越大，其塑性變形越大，有利于低溫變形。

3.溫度敏感性

（1）軟化點

（2）脆點

——高溫性能指標——低溫性能指標（1）軟化點瀝青材料是一種非晶質高分子的混合材料，沒有固定的熔點。瀝青材料在由固態轉變為液態的溫度階段是一種粘滯流動狀態，在工程施工和使用中為保證瀝青不致由于溫度升高而產生流動的狀態，常常采用軟化點來表示瀝青的溫度敏感性。

1）定義

軟化點——人為選定的瀝青由固態到液態的轉變溫度范圍中的粘度。2）測定方法我國現行試驗方法要求采用環與球法軟化點。如圖，該法是將瀝青試樣注于規定內徑的銅環中，環上置一鋼球，在規定的加熱速度下，瀝青試樣逐漸軟化，直至在鋼球荷重作用下滴落到下層金屬板時的溫度，稱為軟化點，單位：℃。

?

表示：TR&B?

注意：初始溫度5℃

加熱速度為5℃/min

3）軟化點的意義

?

瀝青軟化點越高，瀝青的溫度穩定性越好。

?針入度是在規定溫度下測定瀝青的粘度，軟化點則是瀝青達到規定條件粘度時的溫度。因此，軟化點既是反映瀝青材料溫度穩定性的一項指標，又是瀝青粘度的一種量度。（2）脆點

?瀝青材料在低溫下受到瞬時荷載時常表現為脆性破壞，瀝青脆性的測定極為復雜。

?

目前測試方法：采用弗拉斯（Fraass）脆點。

?拉斯脆點試驗原理：將瀝青試樣在一個標準的金屬薄片上攤成薄層，將其置于脆點儀內并使其稍稍彎曲。當以1℃/min的速度降溫時，瀝青薄膜的溫度隨之逐漸降低，當降至某一溫度時，瀝青薄膜在規定彎曲條件下會出現一個或多個裂縫，此時的溫度即為瀝青的脆點。

我們講述了石油瀝青的粘滯性、延性和溫度敏感性。表征這三項性質的三大指標為：針入度、延度、軟化點是評價粘稠石油瀝青技術性質最常用的經典指標。

4.耐久性（大氣穩定性）（1）影響因素瀝青材料在施工時需要加熱，工程完成投入使用過程中又要長期經受大氣、日照、降水、氣溫變化等自然因素的作用而影響耐久性。（2）瀝青的老化

1）定義：在上述因素的綜合作用下會產生不可逆的化學變化，而導致工程性能逐漸劣化的過程稱為老化。

2）評價方法：采用蒸發損失試驗和薄膜加熱試驗。（瀝青試樣在160℃條件下，加熱蒸發5h）3）評價指標：?

?

5.安全性

瀝青使用時必須加熱，由于瀝青在加熱過程中揮發出的油會與周圍的空氣組成混合氣體，當遇到火焰會發生閃火，此時的溫度稱為閃點。評價指標：閃點。閃點是保證瀝青安全加熱和施工的一項重要指標。通常采用克利夫蘭開口杯法測定（簡稱COC法）。

6.其他性質為綜合評價瀝青的技術性能，還應全面地了解瀝青的其他性質，如溶解度、含蠟量、粘附性等。

（1）溶解度：指瀝青在有機溶劑（三氯乙烯、四氯化碳、苯等）中可溶物的百分含量。可以反映瀝青中起粘結作用的有效成分的含量。（2）蠟：性脆，易裂縫，對瀝青的生產和使用都有重要的影響。對我國采用石蠟基原油煉制的瀝青尤為重要，含蠟量將直接影響瀝青產品的質量。（3）粘附性：評價石料的化學等級，等級越高，瀝青與石料的粘附性越強。

9.1.3石油瀝青的技術標準

1.建筑石油瀝青技術標準

標號：建筑石油瀝青按針入度值劃分為40號、30號和10號三個標號。

特點：與道路石油瀝青相比，針入度較小，延度較小，軟化點較高。

技術標準：《建筑石油瀝青》GB/T494-98的規定，見下表：建筑石油瀝青技術標準

試驗項目10號30號40號

針入度（25℃，100g,5s）

/0.1mm10～2526～3536～50

延度（25℃，5cm/min）不小于/cm1.52.53.5

軟化點（環球法）不小于/℃957560

溶解度（三氯乙烯、四氯化碳、苯）不小于/%99.5

蒸發損失試驗（163℃、5h）質量損失不大于/%1

針入度比不小于/%65

閃點（COC）不小于/℃230

9.1.4.道路石油瀝青技術標準道路石油瀝青的質量應符合道路石油瀝青技術標準。瀝青結合料各個等級的適用范圍、適宜的氣候分區應如下表。瀝青等級A級瀝青各個等級的公路，適用于任何場合和層次B級瀝青1.高速公路、一級公路瀝青下面層及以下的層次，二級及二級以下公路的各個層次2.用做改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青、稀釋瀝青的基質瀝青C級瀝青三級及三級以下公路的各個層次瀝青路面溫度分區由高溫和低溫組合而成。

第一個數字代表高溫分區：采用最近30年內年最熱月的平均日最高氣溫的平均值作為反映高溫和重載條件下出現車轍等流動變形的氣候因子。

第二個數字代表低溫分區：采用最近30年內的極端最低氣溫作為反映路面溫縮裂縫的氣候因子。數字越小表示氣候因素越嚴重。氣候區名最熱月平均最高氣溫/℃年極端最低氣溫/℃備注1-1夏炎熱冬嚴寒>30<-37.0

1-2夏炎熱冬寒-37.O～-21.5

1-3夏炎熱冬冷-21.5～-9.0

1-4夏炎熱冬溫>-9.0

2-l夏熱冬嚴寒20～30<-37.0

2-2夏熱冬寒-37.O～-21.5

2-3夏熱冬冷-21.5～-9.O

2-4夏熱冬溫>-9.0

3-1夏涼冬嚴寒<20<-37.0不存在3-2夏涼冬寒-37.O～-21.5

3-3夏涼冬冷-21.5～-9.0不存在3-4夏涼冬溫>-9.0不存在

9.1.5乳化瀝青乳化瀝青是將粘稠瀝青熱融，經過機械的作用，以細小的微滴（粒徑約為2～5μm）狀態分散于含有乳化—穩定劑的水溶液中，形成水包油狀的瀝青乳液。

1.乳化瀝青的優點（1）常溫施工、節約能源。（2）便于施工、節約瀝青（3）保護環境、保障健康。（4）路面粗糙，減少事故。

2.乳化瀝青的應用

一般，針入度為10～30（0.1mm）的石油瀝青多用來制備建筑防水用乳化瀝青；針入度為100～300（0.1mm）的石油瀝青多用來制備路用乳化瀝青。近幾年陽離子乳化瀝青發展很快。在道路工程中，以陽離子乳化瀝青為主，可以用于路面的保護層結構、修補路面，也可以用作路面抗滑表層。

改性瀝青

改性瀝青是通過在瀝青中加入不同的改性劑，實現改善瀝青多種性能的目的。目前，道路瀝青可以采用熱塑橡膠、熱塑聚合物和熱固樹脂三種改性劑改善其使用性能。其中，熱塑橡膠彈性體改性劑使用最為普遍，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、丁苯橡膠（SBR）、聚丙烯（APP)在道路改性瀝青中都具有良好的使用效果。

9.1.6煤瀝青

1.化學組成和組分煤瀝青的組成主要是芳香族碳氫化合物及其氧、硫、碳的衍生物的混合物。煤瀝青化學組分的分析方法與石油瀝青的方法相似，目前主要將煤瀝青分離為：油分、樹脂A、樹脂B、游離碳C1和游離碳C2等5個組分。

2.技術性質煤瀝青與石油瀝青相比，在技術性質上有下列差異：（1）溫度穩定性較差。（2）氣候穩定性較差。（3）與礦質集料的粘附性較好。§9.2

瀝青基防水材料9.2.1冷底子油和瀝青膠一、冷底子油用汽油和煤油作溶劑調制石油瀝青制得。用于涂刷在水泥砂漿或混凝土基層及金屬表面上作打底之用，它可在基層表面與瑪蹄脂、油膏、涂料等之間形成一層膠質薄膜，提高膠結性能。二、瀝青膠瀝青膠（瑪蹄脂），是在瀝青中加人工填充料，如滑石粉、云母粉、石棉粉、粉煤灰等加工而成，分冷熱兩種。適用于粘結防水卷材、油地氈及各種墻面磚和地面磚等。9.2.2瀝青防水卷材瀝青防水卷材成本低廉；總的造價較低，抗拉強度低，延伸率小。抗裂性不好，對溫度變化較敏感，冬天易脆裂，夏天易流淌，容易出現流淌、老化、開裂等質量問題，嚴重影響使用效果。高聚物改性瀝青防水卷材和合成高分子卷材綜合性能好，可單層冷施工、重量輕、污染小，對基層伸縮或開裂的適應性強等特點，應用日益廣泛，是防水卷材的發展方向。一、瀝青紙胎油氈及油紙

用低軟化點的石油瀝青浸漬原紙．然后用高軟化點的石油瀝青涂蓋油紙的兩面，再涂撒防粘材料制成的一種防水材料。有石油瀝青油氈、石油瀝青油紙和煤瀝青油氈。油氈按原紙1M2的重量克數分為200、350和500共3種標號；按物理性能分為合格品、一等品和優等品3個等級；200號油氈，油紙適用于簡易防水、臨時性建筑防水、防潮及包裝等。350號和500號油氈適用于多層建筑防水。二、高聚物改性瀝青防水材料以合成高分子聚合物改性瀝青（SBS、APP、SBR）等為涂蓋層，纖維織物或纖維氈為胎體、粉狀、片狀或薄膜材料力覆蓋面材料制成的可卷曲片狀防水材料。材料克