沥青组分及成分

沥青组分及成分
第⼀章组分
1、组分:
可溶质:去掉沥青质后得,包括沥青中得油分与胶质得组分。

溶于低分⼦烷烃。

沥青质:采⽤固定溶质⽐,⽤轻质烷烃溶解所得⾼分⼦量组分。

碳青质:为半油焦质(⽯油沥青中含量很少,道路沥青中⼀般少于0、2%）
油焦质：不溶于⼆氧化硫得沥青组分。

(⽯油沥青中⼀般不含）
胶质:可溶质⽤硅胶或氧化铝吸附后,不能⽤低分⼦烷烃冲洗脱附下来,但能⽤苯-⼄醇冲洗脱Array
附下来得物质。

含蜡油或称油分：⽤以上吸附⽅法后,低分⼦烷烃可以冲洗脱附下来得部分。

含蜡油经稀释、冷冻、结晶、过滤后得到得固体部分称为蜡,液体部分称为油。

沥青得⽣产:
1、直接蒸馏
2、氧化法:
使沥青稠化,温度敏感性降低,针⼊度指数增⼤。

主要⽣产⾼软化点得建筑沥青。

3、溶剂法
4、调配法
2、煤沥青
组分:
1、游离碳：不溶于苯,⾼温分解。

游离碳含量增加,可提⾼粘度与⾼温稳定性,但低温脆性增加;
２、树脂:硬树脂提⾼粘滞性，软树脂使沥青具有塑性;
3、油分:使沥青有流动性。

技术性质（与⽯油沥青相⽐）:
1、温度稳定性低２、粘附性好3、耐候性较差4、塑性较差5、防腐蚀性较好3、⽯油沥青:
有较⾼得粘结性、抗张性与抗磨性;硬度⼤,针⼊度⼩,遇冷不变脆,软化点⾼,遇热不变黏;防⽔防潮性能好,蒸发损失⼩,融化时对环境伤害低。

4、道路沥青规格及要求:
要求:
1、良好粘结性与持久粘附性
2、没有车印
3、车辆⾼速转弯时⽆推移现象。

４、具有良好得刹车性能
5、夜⾏时有良好得反光功能。

分类:
粘稠沥青:针⼊度(２５℃）在40-200之间,软化点在30-5０℃之间。

使⽤时必须加热，
利于与⽯料得拌合与渗透。

⼀般以针⼊度作为分类指标，以软化点、伸长度、蒸发后针⼊度⽐等作为控制指标。

⾼速公路、⼀级公路、夏季⾼温、⾼温持续时间长、重载交通、⼭区及丘陵上坡段、服务区、停车场等车速慢得路段宜采⽤稠
度⼤、６0℃粘度⼤得沥青;
对冬季寒冷得地区、交通量⼩得公路、旅游公路宜选⽤稠度⼩低温粘度⼤得沥青;
对温差⼤、年温差⼤得地区宜选⽤针⼊度指数得得沥青;
当⾼温与低温要求发⽣⽭盾时应优先考虑满⾜⾼温性能得要求。

沥青三⼤指标:针⼊度、软化点与延度
针⼊度与软化点具有良好得对应关系;
延度愈⾼,所铺筑得道路得耐久性愈好;延度表⽰沥青在受⼒破坏前得扩张与伸长得能⼒。

延度⼤于１00ｃm时,路⾯得裂缝产⽣得较少。

蜡含量⾼,沥青得延度就会不⾜。

5、稀释沥青:将针⼊度为1２0-300（0、1mm)得⽯油沥青,加⼊适量得⽯油馏分使其成为
流动性好、运输与施⼯⽅便得液体⽯油沥青溶液,其中溶剂(⽯油馏分）⽐重为20-5０%。

液体⽯油沥青适⽤于透层、粘层及冷拌沥青混合料；
分类使⽤得⽯油馏分稀释后针⼊度(0、１mｍ) 速凝型１20-205℃得汽油馏分８０-12０
中凝型162-270℃得煤油馏分120-250
慢凝型２６0-483℃得柴油馏分——
6、乳化沥青：
乳化液就是⼀种两相体系,乳化沥青中沥青为分散相,分散在连续相得⽔中。

沥青可以就是⽯油沥青、煤沥青或两者混合物。

颗粒直径在2ｕm左右。

在潮湿得路⾯或集料表⾯可以应⽤乳化沥青,但就是在喷洒乳化沥青后应避免⾬⽔将其冲⾛。

特别就是阴离⼦乳化沥青。

乳化剂分为:
阴离⼦乳化剂:由长链有机阴离⼦与⼀种碱构成得盐。

阳离⼦乳化剂:以⾼分⼦脂肪胺与三胺为代表，其分⼦溶解于沥青得就是长链得阳离⼦。

⾮离⼦乳化剂：此类乳化剂在⽔中并不解离，很少⽤于道路沥青。

如脂肪酸脂、醚胶体乳化剂：包括天然得细粉末(如黏⼟、膨润⼟)、酪素、动物胶等。

阳离⼦乳化沥青适⽤于各种集料，阴离⼦乳化沥青适⽤于碱性⽯料。

阳离⼦—ｃａtion阴离⼦—anｉｏn
快凝—raｐiｄsetｔing 中凝—ｍedium settinｇ慢凝—sloｗsettｉnｇ所以阳离⼦中凝乳化沥青标志为:CMＳ
７、建筑沥青规格及要求:
由于⽯油沥青具有良好得黏结性、不透⽔性、能够抵抗多种化学药品得侵蚀及良好得绝缘性与廉价易得，故在建筑部门有很重要得地位。

沥青主要作⽤:防⽔、防潮、良好得黏结性、良好得抗⽼化性与抗热⽼化能⼒。

常温下，蜡含量与沥青粘结⼒得关系不就是很明显,但当温度⾼于50℃时,含蜡量越⾼,粘结⼒越低。

沥青研究得三⽅向：
1、⽯油沥青结构组得研究。

(红外、核磁共振、质谱、ｘ射线衍射、电⼦扫描共振)
2
基层：通常为⼀层颗粒状材料,起到使路⾯路基隔离污染
底层:就是路⾯得主要结构单元。

耐磨层：决定着路⾯得安全性与⾏驶性。

所⽤材料质量有较⾼得要求。

垫层:可进⼀步分散车辆得荷载,厚度⼀般为耐磨层厚度得2倍。

取样:
粘稠或固体沥青≥1、5千克;液体沥青≥1升；沥青乳液≥４升
1、储油罐中取样：(液体沥青或已加热⾄流体得粘稠沥青)
⽆搅拌器时,分上中下三部分取样,经充分混合后检测。

有搅拌器时,搅拌充分后，从中部取规定数量得样。

2、槽车、罐车、沥青洒车中取样:
有取样阀时,旋开取样阀,⾄少流出４千克或4升时再取样;
有放料阀时,放出全部沥青得⼀半时，再取样。

从顶盖取样,⽤取样器从中部取样。

3、装料或卸料时取样:
在均匀得时间间隔内均匀地⾄少取三个样,混合再取规定数量得样。

4、沥青桶中取样:
同⼀⼚家则随机取样,不同⼚家瞧标准。

5、固体沥青取样:
在⾄少离表⾯或上下⾯5㎝处取样。

可打碎,则打碎取样；若就是软塑得,则⽤热⼯具取样。

沥青得保存：
1、出液体沥青与乳化沥青外,需加热得沥青均应在有密封盖得⾦属容器内保存。

2、乳化沥青在冬季应有⼀定得防冻措施。

3、减少重复加热取样，取样时应⼀次加热抽取⼀系列实验所需样品,放别处。

⾼温采⽤粘度较⼤得乳化沥青;低温采⽤粘度较⼩得乳化沥青。

阳离⼦乳化沥青可适⽤于各种集料,阴离⼦乳化沥青适⽤于碱性⽯料。

基质沥青得加热温度严禁超过１40℃，液体沥青得存储温度不得⾼于50℃。

改性沥青得加⼯温度不宜超过1８0℃。

第⼆章⽯油沥青得成分、组成与结构
沥青就是⼀种暗褐⾊⾄⿊⾊得有机胶凝材料,由⼀些复杂得碳氢化合物及其⾮⾦属衍⽣物组成得混合物,能溶于苯或⼆硫化碳等溶剂,常温下呈固体、半固体或液体。

1、元素组成:
主要由烷烃(碳原⼦以单链Ｃn H２ｎ+2)、环烷烃、缩合得芳⾹烃组成。

主要含有C、Ｈ两种化学元素，（含有少量得硫、氮、氧及⼀些⾦属元素，如钠、镍、铁钙、镁等。

称为杂原⼦）
Ｃ／H值很⼤程度上反应沥青得化学成分。

其值越⼤，表明沥青得环状结构越多,尤其就是芳⾹环结构越多。

⽯蜡基此值最⼩，环烷基得此值最⼤。

1、渣油及沥青元素组成
国产渣油中,碳含量在８５％以上,氢含量在12%左右。

C/H⽐在０、6-0、7之间。

硫元素主要集中在可溶质(胶质及油份)中；氮集中在胶质与沥青质中。

2、可溶质得元素组成
可溶质得元素组成因来源⽽异。

C／H在0、62-0、7之间,⽐渣油得较⼩。

沥青随着氧化程度得加深,氧化沥青中得可溶质中得C/H有较明显得增⼤,(故沥青在吹空⽓氧化时主要得反应就是缩合脱氢与氧化合成⽔得反应。

)
3、沥青质得元素组成
与可溶质相⽐,氢含量减少，Ｃ／H⼀般在0、85-0、90之间
4、微量元素
除碳、氢、硫、氧、氮外得其她元素,⼀般不超过０、0１－0、３%
２、沥青组分分析⽅法：
⼆组分：沥青质与可溶质。

三组分:沥青质、油份与树脂。

溶解—吸附法
⽤规定得溶剂与吸附剂,采⽤抽提法。

四组分：沥青质、饱与分、芳⾹分、胶质。

吸附—⾊层分析法
⽤规定得溶剂与吸附剂，采⽤容积沉淀与⾊谱柱法。

五组分：沥青质、氨基、第⼀酸性分、第⼆酸性分、链烷分。

化学沉淀法
饱与分含量增加,使沥青黏性降低;胶质含量增⼤,沥青塑形提⾼;
沥青质含量增加,沥青温度敏感性降低；胶质与沥青含量增加,使沥青得黏附性提⾼。

3、沥青质(沥青烯)：
深褐⾊⾄⿊⾊物质，⽆固定熔点,加热时膨胀,30０℃时分解成⽓体与焦炭。

相对密度⼤于1，不溶于⼄醇、⽯油醚,但易溶于苯、氯仿、四氯化碳等溶剂。

为复杂芳⾹分物质，强极性。

在沥青中含量⼀般为5-２5%
含量对沥青得流变性有很⼤影响。

沥青质含量增加,沥青得黏度、稠度、软化点上升。

沥青质对沥青得感温性有影响,沥青质可使沥青在⾼温下有⼀定得黏度。

影响沥青质含量得因素:
１、溶剂性质。

可溶于表⾯张⼒⼤于2５×10-3Ｎ/ｍ（2５℃)得⼤部分有机溶剂。

溶剂得溶解能⼒愈强,同样浓度得沥青质溶液得黏度愈⼩;
沥青质得分⼦量愈⼩,溶液得黏度也愈⼩。

2、溶剂数量。

3、温度。

温度升⾼，沉淀得沥青质含量减少。

4、胶质(树脂或极性芳烃）：
为半固体或液体状得黄⾊⾄褐⾊得黏稠状物质(⽯油沥青中呈深⿊⾄⿊褐⾊),有很强得极性。

其组成与性质介于沥青质与油分之间,但更接近沥青质。

相对密度接近1(０、98-1、08),溶于各种⽯油产品及⽯油醚、汽油、苯等，不溶于⼄醇及其她醇类。

胶质在沥青中起到扩散剂与胶溶剂得作⽤。

胶质赋予沥青可塑性、流动性与黏结性,对沥青得延性与粘结⼒有很⼤影响。

胶质得化学稳定性差,在吸附剂得影响下,稍加热甚⾄就是空⽓作⽤下就可氧化缩合为沥青质。

故可粗略得分为:易氧化与难氧化得两类。

5、油分:
芳⾹分:深棕⾊得粘稠液体,由沥青中得最低分⼦量得环烷芳⾹化合物组成
饱与分:由直链烃与直链烃组成,就是⼀种⾮极性稠状油。

油分在沥青中起润滑柔软得作⽤。

油分含量越多,沥青得软化点越低,针⼊度越⼤，稠度降低。

油分经丁酮－苯脱蜡，-２０℃冷冻,会分离出蜡。

6、蜡:
指原油、渣油及沥青在冷冻时,能结晶析出、熔点在２5℃以上得混合物组分。

对沥青性能得影响:
1、流变性。

蜡主要溶解于油分中,当它以溶解状态存在时,会降低分散相得黏度;当它以结晶状态存在时,会使沥青屈服应⼒得结构;如果以松散粒⼦存在时，使沥青常温下黏度增⼤,当接近⽯蜡融化温度（50℃)时,蜡含量增加,反⽽使沥青得黏度降低。

因此蜡含量⾼得沥青温度敏感性强。

2、低温性能。

低温下⾼蜡含量沥青得结晶结构⽹增加了沥青得刚性,表现出了较⾼得弹性与粘性,随蜡含量得增加,沥青脆性也增⼤。

蜡使得沥青具有较⾼得温度敏感性。

（低温下,蜡结晶使沥青得脆性增⼤，从⽽导致沥青得低温性与黏性降低，使沥青变硬变脆导致路⾯低温抗裂性能降低，出现裂缝;⾼温下，蜡得熔融会使沥青得黏度降低,使沥青发软,导致路⾯得⾼温性能降低,出现车辙、壅包等病害。

)
3、界⾯性质。

蜡会降低沥青对⾷疗得黏附，同时,蜡集中在沥青表⾯使其失去光泽，并影响路⾯得摩阻性能。

4、胶体结构。

蜡得结晶⽹格促使沥青向凝胶型胶体⽅向发展,但胶体系统结构不稳且具有明显得触变性。

胶体结构:
7、胶体结构及其脱稳凝聚机理
⼤分⼦溶液或溶胶胶凝后，凝胶得结构仍在继续形成与发展。

随着时间得延续,胶体粒⼦或⼤分⼦会进⼀步靠近与定向更完全,从⽽使凝胶⾻架收缩,⼀部分液体从凝胶中分离出来,称为脱⽔收缩作⽤或离浆作⽤
⼀、胶体结构及其电位
图４-１就是胶体粒⼦得双电层结构及其电位分布⽰意图。

粒⼦得中⼼，就是由数百以⾄数
万个分散相固体物质分⼦组成得胶核。

在胶核表⾯,有⼀层带同号电荷得离⼦,称为电位离⼦层,电位离⼦层构成了双电层得内层,电位离⼦所带得电荷称为胶体粒⼦得表⾯电荷,其电性正负与数量多少决定了双电层总电位得符号与胶体粒⼦得整体呈现为电中性。

为了平衡电位离⼦所带得表⾯电荷，液相⼀侧必须存在众多电荷数与表⾯电荷相等⽽电性与电位离⼦相反得离⼦,称为反离⼦。

反离⼦层构成了双电层得外层，其中紧靠电位离⼦得反离⼦被电位离⼦牢固吸引着，并随胶核⼀起运动,称为反离⼦吸附层。

吸附层得厚度⼀般为⼏纳⽶,它与电位离⼦层⼀起构成胶体粒⼦得固定层。

固定层外围得反离⼦由于受电位离⼦得引⼒较弱,受热运动与⽔合作⽤得影响较⼤,因⽽不随胶核⼀起运动,并趋于向溶液主体扩散,称为反离⼦扩散层。

扩散层中，反离⼦浓度呈内浓外稀得递减分布,直⾄与溶液中得平均浓度相等。

图4-1胶体粒⼦结构及其点位分布
固定层与扩散层之间得交界⾯称为滑动⾯(Sｌidｉｎg Surｆace)。

当胶核与溶液发⽣相对运动时，胶体粒⼦就沿滑动⾯⼀分为⼆,滑动⾯以内得部分就是⼀个作整体运动得动⼒单元，称为胶粒。

由于其中得反离⼦所带电荷数少于表⾯电荷总数，所以胶粒总就是带有剩余电荷。

剩余电荷得电性与电位离⼦得电性相同,其数量等于表⾯电荷总数与吸附层反离⼦所带电荷之差。

胶粒与扩散层⼀起构成电中性得胶体粒⼦(即胶团)。

胶核表⾯电荷得存在，使胶核与溶液主体之间产⽣电位,称为总电位或电位。

胶粒表⾯剩余电荷,使滑动⾯与溶液主体之间也产⽣电位,称为电动电位或电位。

图４－1中得曲线AC与BＣ段分别表⽰出电位与电位随与胶核距离不同⽽变化得情况。

电位与电位得区别就是:对于特定得胶体,电位就是固定不变得,⽽电位则随温度、pH值及溶液中得反离⼦强度等外
部条件⽽变化，就是表征胶体稳定性强弱与研究胶体凝聚条件得重要参数。

根据电学得基本定律,可导出电位得表达式为
（4－1)
式中——胶体粒⼦得电动电荷密度，即胶粒表⾯与溶液主体间得电荷差(SC);
——扩散层厚度，cm;
——⽔得介电常数,其值随⽔温升⾼⽽减⼩。

由式(4-１）可见,在电荷密度与⽔温⼀定时，电位取决于扩散层厚度,值愈⼤,电位也愈⾼,胶粒间得静电斥⼒就愈⼤，胶体得稳定性愈强。

⼆、胶体得脱稳与凝聚
胶体因电位降低或消除，从⽽失去稳定性得过程称为脱稳（Destabilｉzatioｎ)。

脱稳得胶粒相互聚集为微絮粒得过程称为凝聚。

不同得化学药剂能使胶体以不同得⽅式脱稳与凝聚。

按机理,脱稳与凝聚可分为压缩双电层、电性中与、吸附桥连与⽹罗卷带４种。

1、压缩双电层
压缩双电层(Elｅctronic Dｏｕble-lａyeｒｐrｅssｉoｎ)就是指在胶体分散系中投加能产⽣⾼价反离⼦得活性电解质,通过增⼤溶液中得反离⼦强度来减⼩扩散层厚度,从⽽使电位降低得过程。

该过程得实质就是新增得反离⼦与扩散层内原有反离⼦之间得静电斥⼒把原有反离⼦程度不同地挤压到吸附层中,从⽽使扩散层减薄。

如果从胶体间相互作⽤势能得⾓度进⾏分析,那末在胶粒间存在静电斥⼒得同时,总就是存在着范德华引⼒,两种⼒得作⽤强度可分别⽤排斥势能与吸引势能来表述。

胶体得视在稳定性就取决于上述两种势能中何者占主导地位。

理论分析说明,排斥势能与吸引势能都随与胶粒中⼼距得缩⼩⽽增⼤,不同得就是吸引势能得变化幅度要⽐排斥势能陡峭,⽽且与溶液中得反离⼦强度⽆关,⽽排斥势能则能与反离⼦强度紧密相关。

因此,对⼀种特定胶体只有⼀种吸引势能曲线,但随反离⼦强度得不同⽽有多种排斥势能曲线。

将排斥势能与吸引势能叠加，可得作⽤于粒⼦上得总势能W。

胶粒间作⽤势能与中⼼距得关系可⽤图４-2所⽰得势能曲线表述。

图中,表⽰低反离⼦强度下得⾼排斥势能曲线,表⽰⾼反离⼦强度下得低排斥势能曲线。

如果对与进⾏⼏何叠加,可绘出相应得综合势能曲线与。

由图可见,在范围内,曲线位于横轴上⽅,并在处出现⼀个极⼤值;随着值得增⼤,
⼜逐渐变为负值,并在处出现⼀个极⼤值,最后趋近于零。

曲线则随值由⼤变⼩⽽连续增⼤,并始终处于横轴下⽅。

图4-2 胶粒势能曲线
上述曲线上得极⼤值称为势能峰或势能垒，可瞧作胶粒接触碰撞所必须克服得“活化能”,只有将它降低到⼩于胶粒得动能时,胶粒之间才能发⽣碰撞与凝聚。

在稳定得胶体分散系中,胶粒得动能主要来⾃布朗运动，其值不过1、５ｋT（ｋ为波尔兹曼常
数,k=1、38×1０－23J/K,T 为绝对温度，（K)，）⽽势能峰却⾼达数百以⾄数千kＴ,因⽽胶粒始终不能超越势能峰得阻碍⽽发⽣凝聚。

但就是，如果向体系中投加电解质来压缩双电层,使电位由降低⾄,曲线由降低⾄。

此时曲线上得值依次减⼩并向左移动。

当由降低⾄时,胶粒开始脱稳;当=0时,势能峰消失，曲线进⼀步降低⾄在所有值范围内WＡ都占主导得，胶粒得每次碰撞都促成聚集，胶体分散系便达到了快速凝聚状态。

2、电性中与
当投加得电解质为铁盐、铝盐时,它们能在⼀定条件下离解与⽔解,⽣成各种络离⼦,如[Al(H2O）6］3+、[Ａl(ＯＨ)(H2Ｏ)5]2+、[Aｌ2（OH) 2(H2Ｏ)8]4+与［Al３(OH）５（H2O)9]4+等。

这些络离⼦不但能压缩双电层,⽽且能够通过胶核外围得反离⼦层进⼊固液界⾯,并中与电位离⼦所带电荷,使电位降低,电位也随之减⼩,达到胶粒得脱稳与凝聚，这就就是电性中与(Chaｒge Neu ｔrａｌｉzatiｏn)。

显然,其结果与压缩双电层相同,但作⽤机理就是不同得。

3、吸附桥联
如果投加得药剂就是⽔溶性链状⾼分⼦聚合物并具有能与胶粒与细微悬浮物发⽣吸附得活性部位,那末它就能通过静电引⼒、范德华引⼒与氢键⼒等，将微粒搭桥联结为⼀个个絮凝体(俗称矾花)。

这种作⽤就称为吸附桥联(AdsｏｒpｔｉoｎBridging)。

聚合物得链状分⼦在其中起了桥梁与纽带得作⽤。

吸附桥梁得凝聚模式如图４－3。

显然，在吸附桥联形成絮凝体得过程中,胶粒与细微悬浮物并不⼀定要脱稳,也⽆需直接接触,电位得⼤⼩也不起决定作⽤。

但聚合物得加⼊量及搅抖强度与搅拌时间必须严格控制，如果加⼊量过多,⼀开始微粒就被若⼲个⾼分⼦链包围，微粒再没有空⽩部位去吸附其它得⾼分⼦链,结果形成了⽆吸附部位得稳定颗粒。

如果搅拌强度过⼤或时间过长,桥联就会断裂,絮凝体破碎,并形成⼆次吸附再稳颗粒。

图4－３⾼分⼦絮凝剂对微粒得吸附桥联模式
(a)初期吸附 (ｂ)絮凝体形成
4、⽹罗卷带
⽹罗卷带也称⽹捕(SwｅｅｐFloｃculaｔｉｏｎ）。

当⽤铁、铝盐等⾼价⾦属盐类作混凝剂,⽽且其投加量与介质条件⾜以使它们迅速⽣成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质⽽将其⼀起除去。

在实际⽔处理中,上述各种机理往往同时或交叉发挥作⽤，只就是依条件得不同⽽以其中得某⼀种起主导作⽤⽽已。