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1、1 第 8章 瀝 青 和 瀝 青 混 合 料 主 要 內 容 ： 石 油 瀝 青 的 生 產 工 藝 石 油 瀝 青 的 組 成 和 結 構 石 灰 的 技 術 性 質 重 點 內 容 ： 石 油 瀝 青 的 組 成 和 結 構 石 油 瀝 青 的 三 大 指 標 難 點 ： 石 油 瀝 青 的 組 分 分 析 石 油 瀝 青 的 膠 體 結 構 石 油 瀝 青 的 三 大 指 標 2 要 求 ： 掌 握 石 油 瀝 青 的 組 成 和 結 構 掌 握 石 油 瀝 青 的 技 術 性 質 參 考 資 料 ： 土 木 工 程 材 料 陳 志 源 道 路 建 筑 材 料 嚴 家 伋 道 路 建 筑

2、 材 料 孫 凌 瀝 青 及 瀝 青 混 合 料 路 用 性 能 瀝 青 及 瀝 青 混 合 料 試 驗 規(guī) 程 3 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 。 瀝 青 材 料 按 其 在 自 然 界 中 的 獲 得 方 式 可 分 為二 大 類 ： 地 瀝 青 、 焦 油 瀝 青 。 地 殼 中 的 石 油 ， 在 各 種 自 然 因 素 的 作 用 下 ，經 過 輕 質 油 分 蒸 發(fā) 、 氧 化 和 縮 聚 作 用 ， 最 后

3、 形 成的 天 然 產 物 ， 稱 “ 天 然 瀝 青 ” ， 石 油 經 各 種 煉 制工 藝 的 加 工 而 得 到 的 瀝 青 產 品 ， 稱 “ 石 油 瀝 青 ” 。 4 瀝 青 作 為 一 種 有 機 膠 凝 材 料 ， 具 有 良 好的 粘 性 、 塑 性 、 耐 腐 蝕 性 和 憎 水 性 ， 在 建 筑工 程 中 主 要 用 做 防 潮 、 防 水 、 防 腐 蝕 材 料 ，用 于 屋 面 、 地 下 防 水 工 程 以 及 其 它 防 水 工 程和 防 腐 工 程 ， 瀝 青 還 大 量 用 于 道 路 工 程 。 8.1石 油 瀝 青 8.1.1石 油 瀝 青 的 生 產

4、 工 藝 石 油 瀝 青 是 石 油 原 油 經 蒸 餾 提 煉 出 各 種 輕質 油 (如 汽 油 、 煤 油 、 柴 油 等 )及 潤 滑 油 以 后的 殘 留 物 ， 或 再 經 加 工 而 得 的 產 品 。 5 蒸 餾 法 直 餾 瀝 青 ， 直 餾 瀝 青 因 為 僅 分 餾 出 一 些 輕質 油 品 ， 具 化 學 組 分 并 未 發(fā) 生 化 學 變 化 ， 它 與氧 化 瀝 青 相 比 ， 溫 度 穩(wěn) 定 性 和 氣 候 穩(wěn) 定 性 較 差 。 .氧 化 法 氧 化 瀝 青 軟 化 點 升 高 ， 針 入 度 減 小 ， 延 度 降低 。 溶 劑 法 溶 劑 瀝 青 可 獲 得

5、 兼 具 高 溫 穩(wěn) 定 性 和 低 溫 抗 裂性 6 8.1.2石 油 瀝 青 的 組 成 和 結 構1.化 學 組 分 化 學 組 分 分 析 就 是 將 瀝 青 分 離 為 幾 個 化 學 性 質相 近 ， 而 且 與 路 用 性 質 有 一 定 聯(lián) 系 的 組 ， 這 些 組就 稱 為 “ 組 分 ” 。 組 分 分 析 方 法瀝 青 組 分 分 析 的 方 法 ：溶 劑 法 ： 將 瀝 青 分 離 為 油 分 、 樹 脂 和 瀝 青 質 等 三 組分 。 溶 劑 一 吸 附 法 7 （ 1） 三 組 分 分 析 法 是 將 石 油 瀝 青 分 離 為 油 分 、樹 脂 和 瀝 青 質

6、 三 個 組 分 。 其 組 分 性 狀 如 下 。 石 油 瀝 青 三 組 分 分 析 法 的 各 組 分 性 狀 油 分 淡 黃 色 透 明 液 體 200 700 0.5 0.745 60幾 乎 溶 于 大 部 分 有 機 溶 劑 ， 具 有 光 學 活 性 ， 常 發(fā)現 有 熒 光 ， 相 對 密 度 約 0.7 1.0 樹 脂 紅 褐 色 粘 稠 半 固 體 800 3 000 0.70.815 30溫 度 敏 感 性 高 ， 熔 點 低 于 100 ， 相 對密 度 大 于 1.0 1.1 瀝 青 質 深 褐 色 固 體 微 粒 1 000 5 000 0.8 1.0530加 熱

7、不 熔 化 而 碳 化 ， 相 對 密 度 1.1 1.5 8 油 分 賦 予 瀝 青 以 流 動 性 ， 油 分 含 量 的 多 少 直 接 影響 瀝 青 的 柔 軟 性 、 抗 裂 性 及 施 工 難 度 。 油 分 在 一定 條 件 下 可 以 轉 化 為 樹 脂 甚 至 瀝 青 質 。 樹 脂 又 分 為 中 性 樹 脂 和 酸 性 樹 脂 ， 中 性 樹 脂使 瀝 青 具 有 一 定 塑 性 、 可 流 動 性 和 粘 結 性 ， 其 含量 增 加 ， 瀝 青 的 粘 聚 力 和 延 伸 性 增 加 。 瀝 青 樹 脂中 還 含 有 少 量 的 酸 性 樹 脂 ， 它 是 瀝 青 中

8、 活 性 最 大的 部 分 ， 能 改 善 瀝 青 對 礦 質 材 料 的 浸 潤 性 ， 特 別是 提 高 了 與 碳 酸 鹽 類 巖 石 的 粘 附 性 ， 增 加 了 瀝 青的 可 乳 化 性 。 9 瀝 青 質 決 定 著 瀝 青 的 粘 結 力 、 粘 度 和 溫 度 穩(wěn) 定 性 ，以 及 瀝 青 的 硬 度 、 軟 化 點 等 。 瀝 青 質 含 量 增 加 時 ，瀝 青 的 粘 度 和 粘 結 力 增 加 ， 硬 度 和 溫 度 穩(wěn) 定 性 提高 。 三 組 分 分 析 的 優(yōu) 點 是 組 分 界 限 很 明 確 ， 組 分含 量 能 在 一 定 程 度 上 說 明 它 的 工

9、程 性 能 ， 但 是 它的 主 要 缺 點 是 分 析 流 程 復 雜 ， 分 析 時 間 很 長 。 10 （ 2） 四 組 分 分 析 法 是 將 瀝 青 分 離 為 瀝 青 質 、 飽和 分 、 芳 香 分 和 膠 質 。 其 組 分 性 狀 飽 和 分 無 色 液 體 0.89625烷 烴 、 環(huán) 烷 烴 芳 香 分 黃 色 至 紅 色 液 體 0.99730 芳 香 烴 、 含 S衍生 物 膠 質 棕 色 粘 稠 液 體 1.09970多 環(huán) 結 構 ， 含 S、 O、N衍 生 物 瀝 青 質 深 棕 色 至 黑 色 固 體 1.153400縮 合 環(huán) 結 構 ，含 S、 O、 N

10、衍 生 物 11 按 照 四 組 分 分 析 法 ， 各 組 分 對 瀝 青 性 質 的 影 響 ， 根據 科 爾 貝 特 的 研 究 認 為 ： 飽 和 分 含 量 增 加 ， 可 使瀝 青 稠 度 降 低 （ 針 入 度 增 大 ） ； 樹 脂 含 量 增 大 ，可 使 瀝 青 的 延 性 增 加 ； 在 有 飽 和 分 存 在 的 條 件 下 ，瀝 青 質 含 量 增 加 ， 可 使 瀝 青 獲 得 低 的 感 溫 性 ； 樹脂 和 瀝 青 質 的 含 量 增 加 ， 可 使 瀝 青 的 粘 度 提 高 。 12 2.石 油 瀝 青 的 膠 體 結 構瀝 青 的 膠 體 結 構 是 以

11、瀝 青 質 為 膠 核 ， 膠質 分 被 吸 附 其 表 面 ， 并 逐 漸 向 外 擴 散 形 成膠 團 ， 膠 團 再 分 散 于 芳 香 分 和 飽 和 分 中 。 13 2.瀝 青 的 膠 體 結 構 與 性 能 從 圖 8-2可 見 ， 黑 色 為 瀝 青 質 ， 隨 瀝 青 質 含 量 增加 ， 瀝 青 的 膠 體 結 構 從 溶 膠 結 構 變 為 溶 -凝 膠 結構 ， 再 變 為 凝 膠 結 構 。 當 地 瀝 青 質 含 量 相 對 教 少時 ， 油 分 和 樹 脂 含 量 相 對 較 高 ， 膠 團 外 膜 較 厚 ，膠 團 之 間 相 對 運 動 較 自 由 。 這 時

12、 瀝 青 形 成 溶 膠 結構 。 當 地 瀝 青 質 含 量 較 多 而 油 分 和 樹 脂 較 少 時 ，膠 團 外 膜 較 薄 ， 膠 團 靠 近 聚 集 ， 移 動 比 較 困 難 ，這 時 瀝 青 形 成 凝 膠 結 構 。 當 地 瀝 青 質 含 量 適 當 ，并 有 較 多 的 樹 脂 作 為 保 護 膜 層 時 ， 膠 團 之 間 保 持一 定 的 吸 引 力 ， 這 時 瀝 青 形 成 溶 膠 凝 膠 結 構 。其 性 能 可 作 如 下 對 比 ： 14 15 具 有 溶 膠 結 構 的 石 油 瀝 青 粘 性 小 而 流 動 性 大 ，溫 度 穩(wěn) 定 性 較 差 。 具

13、有 凝 膠 結 構 的 石 油 瀝 青 彈 性 和 粘 結 性 較 高 ，溫 度 穩(wěn) 定 性 較 好 ， 但 塑 性 較 差 。 溶 膠 凝 膠 型 石 油 瀝 青 的 性 質 介 于 溶 膠 型 和 凝膠 型 兩 者 之 間 。 16 當 地 瀝 青 質 含 量 適 當 ， 并 有 較 多 的 樹 脂 作 為保 護 膜 層 時 ， 膠 團 之 間 保 持 一 定 的 吸 引 力 ， 這時 瀝 青 形 成 溶 膠 凝 膠 結 構 。 溶 膠 凝 膠 型 石油 瀝 青 的 性 質 介 于 溶 膠 型 和 凝 膠 型 兩 者 之 間 。 8 1 3 石 油 瀝 青 的 技 術 性 質 1 .粘 滯

14、 性 (粘 性 ) 石 油 瀝 青 的 粘 滯 性 是 反 映 瀝 青 材 料 內 部 阻 礙 其相 對 流 動 的 一 種 特 性 。 是 劃 分 瀝 青 牌 號 的 主 要技 術 指 標 。 17 瀝 青 粘 滯 度 及 針 入 度 測 定 示 意 圖 18 瀝 青 針 入 度 儀 19 20 2.塑 性 塑 性 是 指 石 油 瀝 青 在 外 力 作 用 時 產 生 變 形 而 不破 壞 ， 除 去 外 力 后 仍 保 持 變 形 后 的 形 狀 不 變 的性 質 石 油 瀝 青 的 塑 性 用 延 度 指 標 表 示 。 瀝 青 延度 是 把 瀝 青 試 樣 制 成 八 字 形 標 準

15、 試 件 (中 間 最 小截 面 積 為 lcm2)， 在 規(guī) 定 的 拉 伸 速 度 (5cm min)和 規(guī) 定 溫 度 (25 )下 拉 斷 時 的 伸 長 長 度 ， 以 cm為 單 位 。 延 度 值 愈 大 ， 表 示 瀝 青 塑 性 愈 好 。 21 瀝 青 延 度 儀 及 模 具 22 瀝 青 延 度 及 軟 化 點 測 定 示 意 圖 23 一 般 ， 瀝 青 中 油 分 和 地 瀝 青 質 適 量 ， 樹 脂 含量 越 多 ， 延 度 越 大 ， 塑 性 越 好 。 溫 度 升 高 ， 瀝青 的 塑 性 隨 之 增 大 3. 溫 度 敏 感 性 溫 度 敏 感 性 是 指

16、石 油 瀝 青 的 粘 滯 性 和 塑 性 隨溫 度 升 降 而 變 化 的 性 能 ， 是 瀝 青 的 重 要 指 標 之一 。 溫 度 敏 感 性 用 軟 化 點 指 標 衡 量 。 軟 化 點 是 指瀝 青 由 固 態(tài) 轉 變 為 具 有 一 定 流 動 性 膏 體 的 溫 度 ，可 采 用 環(huán) 球 法 測 定 (見 圖 )。 24 瀝 青 軟 化 點 測 定 儀 25 軟 化 點 測 定 儀 26 它 是 把 瀝 青 試 樣 裝 入 規(guī) 定 尺 寸 (直 徑 約 16mm，高 約 6mm)的 銅 環(huán) 內 。 試 樣 上 放 置 一 標 準 鋼 球(直 徑 9.53mm， 質 量 3.5

17、g)， 浸 入 水 中 或 甘 油中 ， 以 規(guī) 定 的 升 溫 速 度 (5 min)加 熱 ， 使瀝 青 軟 化 下 垂 。 當 瀝 青 下 垂 量 達 25.4mm時 的溫 度 ( )， 即 為 瀝 青 軟 化 點 。 軟 化 點 越 高 ，表 明 瀝 青 的 耐 熱 性 越 好 ， 即 溫 度 穩(wěn) 定 性 越 好 。瀝 青 軟 化 點 不 能 太 低 ， 不 然 夏 季 易 融 化 發(fā) 軟 ；但 也 不 能 太 高 ， 否 則 不 易 施 工 ， 并 且 質 地 太硬 ， 冬 季 易 發(fā) 生 脆 裂 現 象 。 27 4 .大 氣 穩(wěn) 定 性 大 氣 穩(wěn) 定 性 是 指 石 油 瀝 青

18、 在 熱 、 陽 光 、 氧氣 和 潮 濕 等 因 素 長 期 綜 合 作 用 下 抵 抗 老 化 的性 能 。 在 大 氣 因 素 的 綜 合 作 用 下 ， 瀝 青 中 的 低 分子 量 向 高 分 子 量 組 分 轉 化 遞 變 ， 油 分 一 樹 脂一 地 瀝 青 質 。 由 于 樹 脂 向 地 瀝 青 質 轉 化 的 速度 要 比 油 分 變 為 樹 脂 的 速 度 快 得 多 ， 因 此 石油 瀝 青 會 隨 時 間 進 展 而 變 硬 變 脆 ， 亦 即 “ 老化 ” 。 石 油 瀝 青 的 大 氣 穩(wěn) 定 性 以 瀝 青 試 樣 在加 熱 蒸 發(fā) 前 后 的 “ 蒸 發(fā) 損 失

19、 百 分 率 ” 和 “ 蒸發(fā) 后 針 入 度 比 ” 來 評 定 。 蒸 發(fā) 損 失 百 分 率 愈小 ， 蒸 發(fā) 后 針 入 度 比 愈 大 ， 則 表 示 瀝 青 大 氣穩(wěn) 定 性 愈 好 ， 亦 即 “ 老 化 ” 愈 慢 。 28 .瀝 青 的 蒸 發(fā) 損 失 試 驗 (中 、 輕 交 通 量 用 道 路 粘稠 石 油 瀝 青 )： 將 50g的 瀝 青 試 樣 裝 入 盛 樣 皿（ 筒 狀 ， 內 徑 55mm， 深 35mm） 內 ， 置 于 烘 箱 中 ，在 163下 保 持 受 熱 時 間 5h， 冷 卻 。 測 定 質 量 損失 ， 并 測 定 殘 留 物 的 針 入 度

20、。 瀝 青 薄 膜 加 熱 試 驗 (重 交 通 量 用 道 路 粘 稠 石油 瀝 青 ) 是 3.2mm厚 度 的 試 樣 在 規(guī) 定 溫 度 條 件 下 ， 經規(guī) 定 時 間 加 熱 ， 測 定 試 驗 前 后 瀝 青 質 量 和 性質 變 化 的 試 驗 。 29 5.安 全 性 瀝 青 的 閃 點 是 試 樣 在 規(guī) 定 的 克 利 夫 蘭 開 口 杯盛 樣 器 內 ， 按 規(guī) 定 的 升 溫 速 度 受 熱 時 所 蒸 發(fā) 的 氣體 ， 以 規(guī) 定 的 方 法 與 試 焰 接 觸 ， 初 次 發(fā) 生 一 瞬 即滅 的 火 焰 時 的 試 樣 溫 度 ， 以 表 示 。 瀝 青 的 燃

21、 點 是 試 樣 繼 續(xù) 受 熱 時 ， 蒸 氣 接 觸 火焰 能 持 續(xù) 燃 燒 時 間 不 少 于 時 的 試 樣 溫 度 ， 以 表 示 ， 瀝 青 材 料 在 使 用 時 必 須 加 熱 ， 加 熱 溫 度必 須 低 于 閃 點 。 6.溶 解 度 7.含 水 量 8.非 常 規(guī) 的 其 它 性 能 （ ） 針 入 度 指 數針 入 度 指 數 是 根 據 瀝 青 在 25 的 針 入 度 值（ 0.1mm） 和 軟 化 點 （ ） 來 表 達 瀝 青 感 溫 性 和膠 體 結 構 的 流 變 學 參 數 。 30 按 針 入 度 指 數 可 將 瀝 青 劃 分 為 三 種 膠 體 結

22、 構 ，即 針 入 度 指 數 者 為 溶 膠 結 構 ； 針 入 度 指 數 者 為 凝 膠 結 構 ； 針 入 度 指 數 一 十 者 為 溶 凝 膠結 構 。 （ 2） 勁 度 模 量 勁 度 模 量 是 表 示 瀝 青 材 料 粘 性 和 彈 性 兩 種 聯(lián) 合效 應 的 指 標 。 大 多 數 瀝 青 在 變 形 時 呈 現 粘 彈 性 。 范 德 波 爾 在 論 述 粘 彈 性 材 料 （ 瀝 青 ） 的抗 變 形 能 力 時 ， 以 荷 載 作 用 時 間 （ ） 和 溫 度（ ） 作 為 應 力 （ ） 與 應 變 （ ） 之 比 的 函 數 ，即 在 一 定 荷 載 作 用

23、時 間 和 溫 度 條 件 下 ， 應 力 與 應 變 的 比 值 稱 為 勁 度 模 量 （ 簡 稱 勁 度 ） 31 （ 3） 粘 附 性（ 4） 老 化 瀝 青 在 自 然 因 素 （ 熱 、 氧 化 、 光 和 水 ） 的 作 用下 ， 產 生 不 可 逆 的 化 學 變 化 ， 導 致 路 用 性 能劣 化 ， 通 常 稱 之 為 老 化 。 瀝 青 老 化 后 ， 在 物 理 力 學 性 質 方 面 ， 表 現 為針 入 度 減 少 ， 延 度 降 低 ， 軟 化 點 升 高 ， 絕 對 粘度 提 高 ， 脆 點 降 低 等 。 在 化 學 組 分 含 量 方 面 ， 表 現 為

24、飽 和 分 變 化 甚少 ， 芳 香 分 明 顯 轉 變 為 膠 質 （ 速 度 較 慢 ） ， 而 膠質 又 轉 變 為 瀝 青 質 （ 速 度 較 快 ） ， 由 于 芳 香 分 轉變 為 膠 質 不 足 以 補 償 膠 質 轉 變 為 瀝 青 質 ， 所 以 最終 是 膠 質 顯 著 地 減 少 ， 而 瀝 青 質 顯 著 增 加 ， 路 用性 能 劣 化 ， 即 瀝 青 老 化 。 32 8.3.1石 油 瀝 青 的 技 術 標 準 和 選 用 1、 建 筑 石 油 瀝 青 的 標 準 和 選 用 按 針 入 度 值 劃 分 為 40號 、 30號 、 10號 。 2、 道 路 石 油

25、 瀝 青 的 標 準 和 選 用 （ 1） 中 、 輕 交 通 量 道 路 石 油 瀝 青 的 標 準 按 針 入 度 值 劃 分 為 A-60、 A-100、 A-140， A-180，A-200。 其 中 A-60、 A-100按 其 延 度 指 標 又 劃 分 為甲 、 乙 兩 個 副 標 號 。 33 （ 2） 重 交 通 量 道 路 石 油 瀝 青 的 標 準（ G B50092-96） 按 針 入 度 值 劃 分 為 AH-50、 AH-70、 AH-90， AH-110， AH-130五 個 標 號 。 （ 3） 液 體 石 油 瀝 青 的 技 術 標 準（ G B50092-96） 依 據 凝 結 速 度 的 快 慢 分 為 快 凝 AL（ R） 、中 凝 AL（ M） 和 慢 凝 三 個 等 級 。 8.1.4瀝 青 的 摻 配 和 改 性 1、 瀝 青 的 摻 配 34 2、 氧 化 改 性 3、 礦 物 填 充 料 改 性 4、 聚 合 物 改 性 12 1221 100 %100QQ TT TTTQ