建筑材料第9章 沥青材料

1、第九章 沥青材料沥青的特点与分类9.2 石油沥青9.3 沥青基防水材料9.4 沥青混合料 9.19.1.1 沥青的特点及用途防潮防水防腐材料胶凝材料，路面桥面材料沥青材料的主要特点：是复杂的有机材料，由一系列分子量不等的高分子聚合物组成;主要成分是碳氢化合物及其非金属衍生物；常温下呈固体、半固体及液体状态，颜色为褐色至黑色；能溶于多种有机溶剂，如汽油、柴油、煤油、苯、醚、丙酮等；不导电、不吸水、不透水、耐酸、耐碱和耐腐蚀；与混凝土、石料、钢材、木材等有良好的粘结性；是良好的胶凝材料、防水材料、防腐材料。沥青在土木工程上的主要用途焦油沥青地沥青石油沥青：由石油蒸馏后的残余物加工而得。煤沥青：由煤

2、焦油蒸馏后的残余物加工而得。页岩沥青：油页岩炼油后的副产品。木沥青：木焦油蒸馏后的残余物加工而得。沥 青9.1.2 沥青的分类1.按产源不同分类天然沥青：由沥青湖或含沥青的砂岩、砂等提炼而得。中间基沥青：又称混合基沥青，其烃类成分和沥青性质介于石蜡基沥青和环烷基沥青之间。环烷基沥青：含较多的环烷烃和芳香烃，其芳香性高，含蜡量 一般小于2%，沥青的粘结性和塑性均较好。沥 青9.1.2 沥青的分类2. 按原油基属分类石蜡基沥青：含大量烷烃，石蜡含量较高，一般可达5%10%。因蜡在常温下以结晶体存在，故其粘结性和塑性较差。直馏沥青蒸馏沥青沥 青9.1.2 沥青的分类3. 按加工方法分类氧化沥青裂化沥

3、青酸洗沥青加工方法不同对沥青的技术性能有决定性影响。一般来说，氧化深度较大的沥青、石蜡被萃取拨出较多的沥青，性能更好。建筑石油沥青：由原油蒸馏后的重油经氧化而制成的。主要用于建筑工程中屋面及地下防水结构的胶结料、涂料以及制造油毡、油纸和防腐绝缘材料等。普通石油沥青：（又称多蜡沥青）是由石蜡基原油减压、蒸馏后的残渣经空气氧化而得的。其蜡含量高，粘度低，塑性差，在建筑上很少单独使用，一般可与建筑石油沥青掺配或经改性处理后使用。沥 青9.1.2 沥青的分类4. 按用途分类道路石油沥青：由石油蒸馏的残余物或由残余物氧化而得的，主要适用于铺筑道路及制作屋面防水层的粘结剂，或制作防水纸及绝缘材料。第九章

4、沥青材料9.1 沥青的特点与分类石油沥青9.3 沥青基防水材料9.4 沥青混合料 9.29.2.1 概述石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（汽油、柴油、煤油等）及润滑油后，其残留物再经加工而得到的产品。9.2.2 石油沥青的组成石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其非金属（主要为氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。沥青组成十分复杂，目前尚无准确界定。为研究方便，一般将沥青中化学成分及性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组分进行分析。常用的分析方式有“三组分分析法”和“四组分分析法”。“三组分”油分、树脂、沥青质。“四组分”饱和分、芳香分、胶质、沥青质。9.2.

5、2 石油沥青的组成淡黄色至红褐色油状液体；沥青中分子量最小和密度最小的组；密度介于0.71.0cm3之间。在1700较长时间加热，油分可以挥发；能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性，影响沥青的柔软性、热稳定性、抗裂性及施工难易程度。油分9.2.2 石油沥青的组成树脂赋予沥青良好的粘结性、塑性和延展性。树脂含量较高且其它组分适当时，沥青延展性好。树脂黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体）；分子量比油分大（6001000）；密度为1.01.1gcm3；能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低。9.2.2 石油沥

6、青的组成地沥青质是决定沥青温度敏感性、粘性的重要组分。其含量愈多，沥青软化点愈高，粘性愈大，愈硬脆。沥青质深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末）；分子量比树脂更大（1000以上）；密度大于1gcm3；不溶于酒精、正戊烷，溶于三氯甲烷和二硫化碳；染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。性状组分外观特征平均分子量碳氢比含量/%物化特征油 分淡黄色透明液体200700 0.50.74560几乎溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，常发现有荧光，相对密度约0.71.0。树 脂红褐色粘稠半固体8003000 0.70.81530温度敏感性高，熔点低于100，相对密度大于1.01.1。沥青质深褐色固体微粒

7、10005 000 0.81.0530加热不熔化而碳化，相对密度1.11.5。9.2.2 石油沥青的组成石油沥青三组分分析法的各组分性状 性状 组分 外观特征 平均相对密度 平均分 子量 主要化学结构 饱和分 无色液体0.89625 烷烃、环烷烃。 芳香分 黄色至红色液体0.99730 芳香烃、含S衍生物。 胶 质 棕色粘稠液体 1.09 970多环结构，含S、O、N衍生物。 沥青质 深棕色至 黑色固体 1.15 3 400 缩合环结构，含S、O、 N衍生物。9.2.2 石油沥青的组成石油沥青四组分分析法的各组分性状9.2.3 石油沥青的主要技术性质粘滞性描述沥青的软硬和稀稠程度。1.粘滞性粘

8、滞性粘稠沥青用针入度表示；液体沥青则用粘滞度表示。影响粘滞性的主要因素：沥青组分、温度。建筑石油沥青按针入度划分牌号建筑石油沥青按针入度划分牌号9.2.3 石油沥青的主要技术性质2. 塑性塑性反映沥青材料的延展性和柔软性，用延度表示。延度：用“”字模在25水中测试；以5cmmin的速度拉伸，以拉断时的伸长cm数表示。沥青中油分和地沥青质含量适当，树脂含量越多，延度越大。温度升高，塑性增加。脆性脆性指沥青从粘弹性转到弹脆性（玻璃态）过程中的某一规定状态的相应温度，主要反映沥青的低温变形能力。 弗拉斯脆点试验9.2.3 石油沥青的主要技术性质指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。用软化点

9、表示。3.温度敏感性软化点： 试样装入铜环内，上置一标准钢球，浸入水 或甘油中，以规定速度加温让沥青软化，当 沥青软化下垂至规定距离时的温度即为其软 化点，以计。针入度指数PI9.2.3 石油沥青的主要技术性质 3.温度敏感性针入度值的对数：针入度值的对数： lgP = A*T +K（A为针入度温度敏感性系数，常为小数。）3010 1 50PIA( 10,20) 针入度指数越大，表示沥青的温度敏感性越低。9.2.3 石油沥青的主要技术性质4.粘附性指石油沥青与其它材料（主要指集料）的界面粘结性能和抗剥落性能。水煮法：水浸法 ：选取粒径为13.219mm，形状接近正方体的规则集料5个，经沥青充分

10、裹覆后，在蒸馏水中沸煮3min，再按沥青膜剥落情况分5个等级来评价沥青与集料的粘附性。选取9.513.2mm集料100g，与5.5g沥青在规定温度下拌合，配制成混合料，冷却后浸入80蒸馏水中保持30min，然后按剥落面积百分率评价其粘附性。9.2.3 石油沥青的主要技术性质5.大气稳定性指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，也是沥青材料的耐久性。蒸发损失百分率蒸发后针入度蒸发前质量蒸发后质量蒸发前质量100蒸发后针入度蒸发前针入度1009.2.3 石油沥青的主要技术性质施工安全性通过测试沥青闪点和燃点控制。6.施工安全性闪点规定加热条件下沥青与火焰接触初次闪

11、光（火）的温度。燃点规定加热条件下沥青与火焰接触持续燃烧的温度。9.2.5 石油沥青的选用1.石油道路沥青石油道路沥青分为：重交通道路沥青中、轻交通道路沥青重交通道路高速公路、一级公路、城市快速路及主干道；中、轻交通道路其它等级公路和城市道路。9.2.5 石油沥青的选用2.道路沥青的选用石油沥青在道路工程中主要用作胶凝材料，与各级集料形成沥青混合料铺筑路面。道路石油沥青牌号越大，针入度越大，延展性越好。道路石油沥青牌号越大，针入度越大，延展性越好。选择石油沥青重点考虑的技术性质是高温稳定性和低温抗裂性，即避免石油沥青路面出现高温下流淌、低温下脆裂以及拥包、推移、车辙等永久变形。一般来说，南方高

12、温地区宜选用低牌号石油沥青，如AH-50、AH-70、A-60、A-100等；北方寒冷地区宜选用高牌号石油沥青，如AH-90、AH-110、A-140、A-180等。9.2.5 石油沥青的选用3.建筑沥青的选用这些石油沥青制品大部分用于屋面及地下防水、沟槽防水防腐蚀及管道防腐等工程。施工时制成的沥青胶膜较厚，加之本身为黑色易吸热，使其温度敏感性很大。选用时必须重点考虑工程环境及使用要求。如屋面防水层，高温季节沥青防水屋面的表面温度常常比当地最高气温高出2530。故其软化点应比本地区屋面最高温度高2025，即比当地最高气温高出50以上。建筑石油沥青主要用作： 制造油纸、油毡、 防水涂料 沥青嵌缝

13、膏9.2.5 石油沥青的选用4.防水防潮沥青的选用防水防潮沥青的最大特点是增加了保持其低温度稳定性的防水防潮沥青的最大特点是增加了保持其低温度稳定性的脆性指标。脆性指标。依牌号由低至高，其针入度指数增大，温度敏感性减小，脆性降低。其中3号石油沥青用于一般温度下的室内及地下结构部分的防水，4号适用于一般地区可行走的缓坡屋面防水，5号温度敏感性小，用于一般地区暴露屋顶或气温较高地区的屋面防水，6号温度敏感性最小且质地较软，主要用于寒冷地区的屋面防水及其它防水防潮工程。防水防潮石油沥青主要用作： 油毡的涂覆材料 屋面和地下防水结构的粘结材料9.2.5 石油沥青的选用5.普通石油沥青的选用普通石油含蜡

14、量较高，又称多蜡石油沥青。这种沥青针入度较大，塑性较差，与其它石油沥青相比，其温度敏感性较大，到达液态时的温度与其软化点相差很小，故这种沥青一般不单独用于建筑工程，有时可少量掺配在其它沥青中使用。9.2.6 石油沥青的掺配1.掺配原则使用普通石油沥青时，因蜡含量较高（一般含量大于5，有的高达20以上），其温度敏感性较大。当此类沥青性能不能满足工程要求时，需将其与其它两、三种石油沥青掺配使用。掺配的原则是同源相配。即同属石油沥青或同属煤沥青，非同属不宜掺配。9.2.6 石油沥青的掺配2.两种沥青的掺配计算两种沥青的掺配比例计算式为：Q2 100 Q1100%T2 TT2 T1Q1 式中 1较软石

15、油沥青用量（）；2较硬石油沥青用量（）；掺配后的石油沥青软化点（）；1较软石油沥青软化点（）；2较硬石油沥青软化点（）。 确定最终掺配比例方法：以估算的掺配比例和其邻近的比例（10）进行试配（混合熬制均匀），测定掺配后的沥青软化点，绘制“掺配比一软化点”关系曲线，然后可从曲线上确定出所要求的掺配比例。9.2.7 石油沥青的改性1.矿物填充料改性在沥青中加入一定数量的矿物填充料，可以提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感性，同时也减少沥青的耗用量。矿物填充料改性主要适用于生产沥青胶。常用的矿物填料有粉状和纤维状两种，如滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒和云母粉等。沥青对矿物填充料有润湿和吸附作

16、用，加量适当时，可造成沥青以单分子状态排列在矿物颗粒（或纤维）表面，形成牢固的沥青薄膜，即所谓的“结构沥青”。形成结构的沥青具有较高的粘性和耐热性。9.2.7 石油沥青的改性2.聚合物改性利用聚合物与石油沥青良好的相容性，可以对沥青防水卷材、防水涂料和密封材料的耐寒性、耐热性、粘结性、抗老化性等物理机械性能进行改良，使其更好地满足工程要求。作为沥青改性剂使用最多的聚合物有：热塑性橡胶（SBS）、丁苯橡胶(SBR)、乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚乙烯(PE)、聚丙烯(APP)等。9.2.7 石油沥青的改性3.热塑性橡胶（SBS）改性剂热塑性橡胶改性剂是目前世界上使用最多的一种石油沥青改性剂。用

17、其配制的石油改性沥青使用量大约占全部改性沥青使用量的40%。此类改性剂的代表品种是高分子共聚物苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物，简称SBS（Sryrene-Butadiene-Sryrene Block Copolymer）。SBS的最大特点是弹性高、耐磨性好，高温下不软化，低温下不发脆，有良好的弹性恢复性能。它的最大用途是作皮鞋底，即人们常说的“牛筋底”。用SBS改性石油沥青，可显著提高石油沥青的热稳定性和低温抗裂性，使其具有良好的变形自愈能力，同时可提高石油沥青与集料的粘附性。SBS改性石油沥青适用于各种气候条件，尤其适用于用作冬夏温差较大地面的路面材料。9.2.7 石油沥青的改性4.丁苯橡胶

18、（SBR）改性剂丁苯橡胶简称SBR（Styrene-Butadiene-Rubber），是丁二烯一苯乙烯单体共聚物,其综合性能较好，产量约占合成橡胶产量的60%。SBR掺入沥青，可在沥青中形成一种共轭结构，使其粘度提高，低温性能得到明显改善。SBR改性石油沥青主要用于：寒冷气候条件下的路面面层材料；铺筑沥青薄层罩面；排水性路面下的防水层；应力吸收薄膜等。9.2.7 石油沥青的改性5.热塑性树脂类改性剂代表品种有:乙烯醋酸乙烯共聚物，简称EVA（Ethyl-Vinyl-Acetate）；聚乙烯，简称PE（Polyethylene）；无规聚丙烯，简称APP（Atactic-Polyproplene

19、）等。EVA树脂柔软、无毒，有弹性，透明性、光泽性和化学稳定性好，抗老化性能优异。它有较宽的橡胶态温度区域，其弹性与橡胶相似而抗臭氧和抗高温性则优于橡胶。PE树脂和APP树脂主要提高石油沥青的软化点，改善高温下的抗流动性和韧性。热塑性树脂类改性石油沥青最大特点是其高温性能明显改善，此类改性沥青材料主要适于炎热气候条件下使用。9.2.7 石油沥青的改性6.其它沥青改性剂抗氧剂类有机酸皂、胺型或酚型抗氧化剂，用以提高石油沥青的耐老化性。抗剥落剂类阴、阳离子型或非离子型表面活性剂，含羧酸基、磺酸基、硫酸脂、酰胺、醚基、脂基等功能团，加入到石油沥青中可影响其分散结构，提高石油沥青对集料的粘附性，改善石

20、油沥青的抗氧化能力。矿物类填料碳黑、硫黄、石棉和岩棉等，改善石油沥青的物理性能。天然沥青在石油沥青中掺入天然沥青（湖沥青、岩石沥青、海底沥青等），可以提高沥青的温度稳定性和耐久性。第九章 沥青材料9.1 沥青的特点与分类9.2 石油沥青9.3 沥青基防水材料9.4 沥青混合料9.3.1 冷底子油与沥青胶1.冷底子油作为防水工程的底层，是其它防水材料的基层；不单独作防水材料使用；涂于干燥的基面上；常温下使用。快挥发性冷底子油的配制： 石油沥青 汽油 30 70慢挥发性冷底子油的配制： 石油沥青 柴油 40 60冷底子油的作用：9.3.1 冷底子油与沥青胶2.沥青胶热沥青胶的配制：石油沥青矿物粉料

21、加热脱水热拌混合热用冷沥青胶的配制：石油沥青加溶剂加矿物粉料冷用沥青胶主要作粘贴剂使用。用于粘贴卷材、接头、以及嵌缝、补漏等。也用作防水层的底层。加热脱水预热干燥9.3.2 沥青防水卷材纸胎沥青油毡玻璃布沥青油毡玻纤沥青油毡苦麻织物沥青油毡铝箔胎沥青油毡卷材SBS改性沥青防水卷材APP改性沥青防水卷材PVC改性沥青防水卷材1.沥青防水卷材分类普通沥青防水卷材低档卷材沥青防水改性沥青防水卷材中档卷材非沥青类防水卷材橡胶类防水卷材9.3.2 沥青防水卷材非沥青类高档防水卷材三元乙丙橡胶防水卷材树脂类防水卷材橡塑共混类防水卷材丁基橡胶防水卷材再生橡胶防水卷材氯化聚乙烯防水卷材聚氯乙稀防水卷材聚乙烯防

22、水卷材氯磺化聚乙烯防水卷材氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材三元乙丙橡胶聚乙烯共混防水卷材9.3.2 沥青防水卷材2.改性沥青防水卷材改性目的：改善机械性能，如强度、塑性等；改善抗老化性，如耐热性、耐冷性等。第九章 沥青材料9.1 沥青的特点与分类9.2 石油沥青9.3 沥青基防水材料沥青混合料 9.4 9.4.1 沥青混合料的特点及用途要求：沥青混合料作为沥青路面的面层材料，承受车辆反复荷载和气候因素引起的作用 沥青必须具有粘弹塑性沥青必须具有粘弹塑性。 抗高温变形； 抗低温脆裂； 抗滑； 耐久性； 施工和易性。粗集料细集料9.4.1 沥青混合料的特点及用途1.组成沥青混合料沥青胶结作用骨架作用，增

23、加强度，改善机械性能。矿 粉改善性能2.特点及用途 9.4.1 沥青混合料的特点及用途2. 结构 悬浮密实结构；采用连续型密级配矿质混合料 骨架空隙结构；采用连续型开级配矿质混合料 骨架密实结构。采用间断型密级配矿质混合料 由次级集料填充前级集料（较次级集料粒径稍大）空隙的沥青混合料，具有很大的密度，但由于各级集料被次级集料和沥青胶浆所分离，不能直接互相嵌锁形成骨架，因此该结构具有较高的黏聚力，但内摩擦角较小，高温稳定性较差。 连续型密级配沥青混凝土属于此类 此结构粗集料所占比例大，细集料很少甚至没有。粗集料可互相嵌锁形成骨架；但细集料过少容易在粗集料之间形成空隙。这种结构内摩擦角较高，但黏聚

24、力较低。 较多数量的粗集料形成空间骨架，相当数量的细集料填充骨架间的空隙形成连续级配，这种结构不仅内摩擦角较高，黏聚力也较高。 连续型开级配，沥青碎石混凝土多属于此类间断型密级配级配属于此类9.4.1 沥青混合料的特点及用途3.特点及用途主要性能特点：较高的强度和良好的弹塑性；施工方便快速，能及时开通交通；不需设置施工缝和伸缩缝，利于减震；路面平整，粗糙度适当，抗滑性好噪音低；路面无强烈反光，利于行车安全；经久耐用，维护方便，可分期改造和再生利用。对温度较敏感，易老化。图片：京津塘高速公路适合各种气候条件的各类道路的沥青路面。 9.4.1 沥青混合料的特点及用途4. 强度理论tanc 沥青粘度 集料的粒径、颗粒形状和表面特性 矿粉的比表面积和沥青用量 矿粉表面性质 外因，如温度、变形速率等影响沥青抗剪强度的主要因素：9.4.2 沥青混合料的技术性质1、高温稳定性高温下承受多次反复荷载而不发生过大永久变形的能力马歇尔稳定度马歇尔稳定度 马歇尔稳定度MS；流值FL；马歇尔模数T三项指标马歇尔稳定