《建筑材料》课件-石油沥青及性能检测

建筑材料石油沥青及性能检测1、沥青2、石油沥青及性能检测3、石油沥青的应用

1、沥青沥青材料是一种有机胶凝材料。它是由高分子碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。常温下，沥青呈褐色的固体、半固体或液体状态。沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水，而与矿物材料有较强的粘结力，结构致密、不透水、不导电，耐酸碱侵蚀，并有受热软化、冷后变硬的特点。因此沥青广泛用于工业与民用建筑的防水、防腐、防潮，以及道路和水利工程。高聚物改性沥青防水材料是目前应用较多的防水材料。沥青按产源可分为地沥青（天然沥青、石油沥青）和焦油沥青（煤沥青、页岩沥青）。目前工程中常用的主要是石油沥青，另外还使用少量的煤沥青。天然沥青，是将自然界中的沥青矿经提炼加工后得到的沥青产品。石油沥青，是将原油经蒸馏等提炼出各种轻油（汽油、柴油）及润滑油以后的一种褐色或黑褐色的残留物，再加工而得的产品。建筑上使用的主要是由建筑石油沥青制成的各种防水制品，道路工程使用的主要是道路石油沥青。

2、石油沥青及性能检测（1）石油沥青的组分（2）石油沥青的结构（3）石油沥青的技术性质及性能检测

2、石油沥青及性能检测（1）石油沥青的组分石油沥青是由多种复杂的碳氢化物及其非金属衍生物所组成的混合物。我们通常是将沥青中化学成分和物理力学性质相近、具有一些共同研究特征的部分划分为若干个组，称为“组分”。我国现行《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）中规定可采用三组分和四组分两种分析法。1）三组分分析法：分为油分、树脂、沥青质①油分是指沥青中较轻的组分，呈淡黄至红褐色，密度为0.7～1.0g/cm3。在170℃以下较长时间加热可以挥发。它能溶于大多数有机溶剂，如丙酮、苯、三氯甲烷等，但不溶于酒精。在石油沥青中，含量为40%～60%，油分使沥青具有流动性。②树脂的密度略大于1，颜色为黑褐色或红褐色粘物质。在石油沥青中含量为15%～30%。它使石油沥青具有塑性与粘结性。③沥青质是密度大于1的黑色固体物质。在石油沥青中含量为10%～30%。它能提高石油沥青的温度稳定性和粘性，其含量愈多，石油沥青的软化愈高，粘性也愈大，但塑性降低。

此外，石油沥青中常含有一定量的固体石蜡，它会降低沥青的粘结性、塑性、温度稳定性和耐热性。蜡是存在于沥青油分中的有害成分，对多蜡沥青常采用高温吹氧、溶剂脱蜡等方法处理，使多蜡石油沥青的性质得到改善。2）四组分分析法：①沥青质

沥青中不溶于正庚烷而溶于甲苯的物质。②饱和酚

亦称饱和烃，沥青中溶于正庚烷、吸附于Al2O3谱柱下，能为正庚烷或石油醚溶解脱附的物质。③环烷芳香酚

亦称芳香烃，沥青经上一步骤处理后，为甲苯所溶解脱附的物质。④极性芳香酚

亦称胶质，沥青经上一步骤处理后能为苯－甲醇所溶解脱附的物质。3）沥青的化学组分与沥青的物理力学性质：一般认为，油分使沥青具有流动性；树脂使沥青具有塑性，树脂中含有少量的酸性树脂，是一种表面活性物质，能增强沥青与矿质材料表面的粘附性；沥青质能提高沥青的粘结性和热稳定性。（2）石油沥青的结构沥青中的油分和树脂质可以互溶，树脂质能浸润沥青质颗粒而在其表面形成薄膜，从而构成以沥青质为核心，周围吸附部分树脂质和油分的互溶物胶团，而无数胶团分散在油分中形成胶体结构。依据沥青中各组分含量的不同，沥青一般有三种胶体状态。1）溶胶型结构。当沥青中地沥青质含量较少，油分及树脂质含量较多时，胶团在胶体结构中运动较为自由，此时的石油沥青具有粘滞性小、流动性大、塑性好、稳定性较差的性能。2）溶－凝胶型结构。若沥青质含量适当，而胶团之间的距离和引力介于溶胶型和凝胶型之间的结构状态时，胶团间有一定的吸引力，在常温下变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增大到一定数值后，则变为有阻力的粘性流动。大多数优质石油沥青属于这种结构状态。具有粘弹性和触变性，故也称弹性溶胶。3）凝胶型结构。当沥青质含量较高，油分与树脂质含量较少时，沥青质胶团间的吸引力增大，且移动较困难，这种凝胶型结构的石油沥青具有弹性和粘性较高、温度敏感性较小、流动性和塑性较低的性能。溶胶型、溶－凝胶型、凝胶型结构如下图所示。石油沥青胶体结构示意图（a）溶胶型；（b）溶-凝胶型；（c）凝胶型1-沥青质；2-胶质；3-油分（3）石油沥青的技术性质及性能检测1）粘滞性

2）塑性3）温度敏感性

4）大气稳定性（3）石油沥青的技术性质及性能检测1）粘滞性。石油沥青的粘滞性又称粘性，它是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性，是沥青材料软硬、稀稠程度的反映。各种石油沥青的粘滞性变化范围很大，粘滞性的大小与其组分及温度有关。当沥青质含量较高，同时又有适量树脂，油分含量较少时，则粘滞性较大；在一定温度范围内，当温度升高时，则粘滞性随之降低，反之则增大。粘滞性是与沥青路面力学性质联系最密切的一种性质。工程中常用相对粘度（条件粘度）来表示粘滞性。测定沥青相对粘度的方法主要有针入度法和粘滞度法。①粘滞度法适用于液体石油沥青。这种方法是将一定量的液体沥青在（25℃或60℃）温度下经规定直径（35mm或10mm）的小孔流出，漏下50ml所需的时间，以s表示。流出的时间愈长，表示沥青的粘度越大。（如下图所示）石油沥青标准黏度测定示意图②针入度法适用于固体或半固体的石油沥青。这种方法是在规定温度（25℃）条件下，以规定质量（100g）的标准针，在规定时间（5s）内贯入试样中的深度（0.1mm为1度）表示。针入度值越小，表明粘度越大。（如下图所示）石油沥青针入度测定示意图2）塑性。塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持变形后形状的性质。塑性表达沥青开裂后自愈能力及受机械应力作用后变形而不破坏的能力。石油沥青之所以能配制成性能良好的柔性防水材料，很大程度上决定于沥青的塑性。石油沥青的塑性用“延伸度”表示。延度愈大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成“8”字形标准试件，在规定温度（25℃或15℃）和规定拉伸速度（5cm/min）下拉断时的伸长度来表示，单位用“㎝”计（如下图所示）。延伸度也是石油沥青的重要技术指标之一。石油沥青延度测定示意图3）温度敏感性。温度敏感性也称温度稳定性，是指沥青的黏滞性和塑性在温度变化时不产生较大变化的性能。使用温度稳定性好的沥青，可以保证在夏天不流淌、冬天不脆裂，保持良好的工程应用性能。温度稳定性包括耐高温的性质及耐低温的性质。耐高温即耐热性是指石油沥青在高温下不软化、不流淌的性能。固态、半固态沥青的耐热性用软化点表示。软化点是指沥青受热由固态转变为一定流动状态时的温度。软化点越高，表示沥青的耐热性越好。软化点通常用环球法测定，如下图所示，是将熔化的沥青注入标准铜环内制成试件，冷却后表面放置标准小钢球，然后在水或甘油中按标准试验方法加热升温，使沥青软化而下垂，当沥青下垂至与底板接触时的温度（℃），即为软化点。石油沥青软化点测定示意图（单位：mm）耐低温一般用脆点表示。脆点是将沥青涂在一标准金属片上（厚度约0．5mm），将金属片放在脆点仪中，边降温边将金属片反复弯曲，直至沥青薄层开始出现裂缝时的温度（℃）称为脆点。寒冷地区使用的沥青应考虑沥青的脆点。沥青的软化点越高、脆点越低，则沥青的温度敏感性越小，温度稳定性越好。4）大气稳定性。大气稳定性是指石油沥青在热、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，它反映沥青的耐久性。在阳光、空气、水等外界因素的综合作用下，石油沥青中减少，沥青质逐渐增多，这一演变过程称为沥青的老化。一般情况下，树脂转变为地沥青比油分转变为树脂的速度快得多，因此，石油沥青随着时间的进展，流动性和塑性将逐渐减小，硬脆性逐渐增大，从而变硬，直至脆裂乃至松散，使沥青失去防水、防腐效能。我国现行试验规程（JTJ052－2000）规定，石油沥青的老化性以蒸发损失百分率、蒸发后针入度比和老化后延度来评定。蒸发损失率越小，针入度比越大，则表示沥青的大气稳定性越好。以上四种性质是石油沥青材料的主要性质。此外，沥青材料受热后会产生易燃气体，与空气混合遇火发生闪火现象。开始出现闪火的温度叫闪点，它是沥青施工加热时不能越过的最高温度。

3、石油沥青的应用石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青和普通石油沥青三种。在土木工程中使用的主要是建筑石油沥青和道路石油沥青。选用沥青材料时，应根据工程性质（房屋、道路、防腐）及当地气候条件、所处工程部位（屋面、地下）来选用不同品种和牌号的沥青。（1）道路石油沥青。通常情况下，道路石油沥青主要用于道路路面或车间地面等工程，多用于拌制成沥青混凝土和沥青砂浆等。道路石油沥青还可作密封材料、粘结剂及沥青涂料等，此适宜选用粘性较大和软化点较高的道路石油沥青。（2）建筑石油