建筑材料第9章 沥青材料

• •
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。 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，南方高温地区宜选用低牌号石油沥青，如AH50、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。
9.2.7 石油沥青的改性
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。
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。 地沥青 沥青 煤沥青：由煤焦油蒸馏后的残余物加工而得。 焦油沥青 页岩沥青：油页岩炼油后的副产品。 石油沥青：由石油蒸馏后的残余物加工而得。
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
“三组分”——油分、树脂、沥青质。 “四组分”——饱和分、芳香分、胶质、沥青质。
9.2.2 石油沥青的组成
油分—— 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0.7～1.0ｇ／cm3之间。 在1700Ｃ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。
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。
饱和分 无色液体
芳香分 黄色至红 色液体
胶 质 棕色粘稠 液体
芳香烃、含S衍生物。
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。
9.2.3 石油沥青的主要技术性质
1.粘滞性 粘滞性——描述沥青的软硬和稀稠程度。 粘稠沥青——用针入度表示； 粘滞性
9.2.5 石油沥青的选用
3.建筑沥青的选用
建筑石油沥青主要用作： • 制造油纸、油毡、 • 防水涂料 • 沥青嵌缝膏 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25℃～30℃。故其软化 点应比本地区屋面最高温度高20℃～25℃，即比当地最高气温 高出50℃以上。
T2 T ×100% Q1 T2 T1
Q2 100 Q1
式中 Ｑ1——较软石油沥青用量（％）； Ｑ2——较硬石油沥青用量（％）； Ｔ——掺配后的石油沥青软化点（℃）； Ｔ1——较软石油沥青软化点（℃）； Ｔ2——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 （５％～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。
一般小于2%，沥青的粘结性和塑性均较好。
9.1.2 沥青的分类
3. 按加工方法分类
直馏沥青 蒸馏沥青 沥青 氧化沥青 裂化沥青 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。
9.1.2 沥青的分类
4. 按用途分类
道路石油沥青：
6.施工安全性
施工安全性通过测试沥青闪点和燃点控制。
闪点—— 规定加热条件下沥青与火焰接触初次闪光（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。
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
3.温度敏感性
指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。 用软化点表示。 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。
木沥青：木焦油蒸馏后的残余物加工而得。
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。
沥青
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
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。
9.2.2 石油沥青的组成
树脂——
黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体）； 分子量比油分大（600～1000）； 密度为1.0～1.1g／cm3； 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。
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。
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。
9.2.2 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 油分 外观特征 平均分 子量 碳氢 比 0.5~ 0.7 含量 /% 物化特征
淡黄色透明 200~700 液体
几乎溶于大部分 45~60 有机溶剂，具有 光学活性，常发 现有荧光，相对 密度约0.7~1.0。 温度敏感性高， 15~30 熔点低于100℃， 相对密度大于 1.0~1.1。 加热不熔化而碳 5~30 化，相对密度 1.1~1.5。
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
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5cm／min 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。
树脂
红褐色粘稠 800~ 3000 半固体
0.7~ 0.8
0.8~ 1.0
沥青质 深褐色固体 1000~ 5 000 微粒
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
性状 组分 外观特征 平均相对 平均分 主要化学结构 密度 子量 0.89 0.99 1.09 625 730 970 烷烃、环烷烃。
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。 蒸发前质量－蒸发后质量 ×100％ 蒸发损失百分率＝ 蒸发前质量 蒸发后针入度＝ 蒸发后针入度 ×100％ 蒸发前针入度
9.2.3 石油沥青的主要技术性质
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
9.2.1 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”。
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：
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。
沥青
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。
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
9.1.1 沥青的特点及用途
沥青在土木工程上的 主要用途 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；
防潮防水防腐材料 胶凝材料，路面桥面材料
9.2.3 石油沥青的主要技术性质
3.温度敏感性
针入度指数PI 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。）
30 PI 10 (10, 20) 1 50 A
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。
9.2.2 石油沥青的组成
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1g／cm3； 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。
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。
9.2.5 石油沥青的选用
4.防水防潮沥青的选用
防水防潮石油沥青主要用作：
Βιβλιοθήκη Baidu
• 油毡的涂覆材料 • 屋面和地下防水结构的粘结材料
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。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。
料5个，经沥青充分裹覆后，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 水浸法 ：粘附性。 选取9.5～13.2mm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。
水煮法： 选取粒径为13.2～19mm，形状接近正方体的规则集