《建筑工程材料》图文-第四章.pptx

第第4章章 沥青材料沥青材料4.1 石油沥青石油沥青4.2 煤沥青煤沥青4.3 乳化沥青乳化沥青4.4 改性沥青改性沥青4.5 防水卷材防水卷材4.6 防水涂料防水涂料4.7 防水材料的选用与验收防水材料的选用与验收4.8 建筑放水密封材料建筑放水密封材料 沥青是一种有机胶凝材料，其内部组成是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属（氧、硫）衍生物的混合物。按照来源的不同，沥青可分为地沥青和焦油沥青两大类。沥青具有良好的憎水性、黏滞性和塑性，可防水、防潮，因而广泛用于道路和水利工程。在道路建筑中最常用的是石油沥青和煤沥青两类，其次是天然沥青。4.1 石油沥青石油沥青4.1.1 概述概述 1石油沥青生产工艺概述石油沥青生产工艺概述 从油井开采出来的石油，一般简称原油，它是多种分子量大小不等的烃类（烷烃、环烷烃和芳香烃等）的复杂混合物。炼油厂将原油分馏而提取汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品后所剩残渣，再进行加工可制得各种石油沥青。其生产工艺流程如图4-l所示。图4-1 石油沥青生产工艺流程示意图 为了改善黏稠沥青的使用性能，还可采取各种方式将其加工成液体沥青、调和沥青、乳化沥青、混合沥青及其他改性沥青。（1）按原油成分分类 原油的分类一般依“关键馏分特性”和“含琉量”，可分为石蜡基原油、环烷基原油和中间基原油，以及高硫原油（含硫量大于2%），含硫原油（含硫量0.5%2%）和低硫原油（含硫量小于0.5%）。按原油成分分类石蜡基沥青环烷基沥青中间基沥青 这种沥青因原油中含有大量烷烃，沥青中含蜡量一般大于5%，有的高达10%以上。蜡在常温下往往以结晶体存在，降低了沥青的黏滞性和塑性。也称沥青基沥青，含有较多的环烷烃和芳香烃，所以此种沥青的芳香性高，含蜡量一般小于2%，沥青的黏滞性和塑性均较高。也称混合基沥青，所含烃类成分和沥青的性能一般均介于石腊基和环烷基沥青之间。2石油沥青的分类石油沥青的分类 （2）按加工方法分类按加工方法分类直馏沥青氧化沥青溶剂沥青 原油经过常压蒸馏、减压蒸馏或深拔装置提取各种轻质及中质石油产品而得到的沥青，这种沥青温度稳定性差，还需要进行氧化才能达到黏稠石油沥青的性能指标。将常压或减压原油，或低稠度直馏沥青在250300的高温下吹入空气，经数小时氧化可获得常温下为半固体或固体状的沥青，称为氧化沥青。氧化沥青具有良好的温度稳定性。在道路工程中使用的沥青，氧化程度不能太深，有时也称为半氧化沥青。这种沥青是对含蜡量较高的原油采用萃取工艺，提炼出润滑油原料后所余残渣。在溶剂萃取过程中，一些石蜡成分溶解在萃取溶剂中随之被拔出，因此，溶剂沥青中石蜡成分相对减少，其性能较之由石蜡基原油生产的渣油或氧化沥青有很大的改善。（3）按沥青在常温下的稠度分类 根据用途的不同，要求石油沥青具有不同的稠度，一般可分为黏稠沥青和液体沥青两大类。黏稠沥青在常温下为半固体或固体状态。如按针入度分级时，针入度小于40者为固体沥青，针入度在40300之间的呈半固体，而针入度大于300者为黏性液体状态。液体沥青在常温下多呈黏稠液体或液体状态，并可按标准黏度分级划分为慢凝、中凝和快凝液体沥青。在生产应用中，在黏稠沥青中掺入一定比例的溶剂，配制的稠度很低的液体沥青，称为稀释沥青。4.1.2 石油沥青的组成和结构石油沥青的组成和结构 1元素组成元素组成 石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮）的衍生物组成的混合物，它的分子表达式通式为CnH2naObScNd，化学组成主要是碳（含量80%87%）、氢（含量10%15%），其次是非烃元素，如氧、硫、氮等（含量小于3%）。此外，还含有一些微量的金属元素。2石油沥青的化学组分石油沥青的化学组分 （1）三组分分析法 石油沥青的三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个组分。因我国富产石蜡基或中间基沥青，在油分中往往含有蜡，在分析时还应将油蜡分离。这种分析方法称为溶解吸附法。按三组分分析法所得各组分的性状如表4-1所示。（2）四组分分析法四组分分析法沥青质饱和分环烷芳香分 沥青中不溶于正庚烷而溶于甲苯中的物质；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；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；极性芳香分 亦称胶质，沥青经上一步骤处理后能为苯乙醇或苯甲醇所溶解的物质。对于多蜡沥青，还可将饱和分和环烷芳香分用丁酮苯混合溶液冷冻分离出蜡。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（即地沥青酸和地沥青酸酐），是一种表面活性物质，能增强沥青与矿质材料表面的黏附性；沥青质能提高沥青的黏滞性和热稳定性。（3）沥青的含蜡量 蜡组分的存在对沥青性能的影响，是沥青性能研究的一个重要课题。特别是在我国富产石蜡基原油的情况下，更是众所关注。现有研究认为：蜡对沥青路用性能的影响，主要是由于沥青中的蜡在高温时使沥青容易发软，导致沥青路面的高温稳定性降低，出现车辙。同样，在低温时会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝。此外，蜡会使沥青与石料黏附性降低，在水分的作用下，会使路面石子与沥青产生剥落现象，造成路面破坏；更严重的是，含蜡沥青会使沥青路面的抗滑性降低，影响路面的行车安全性。对于沥青含蜡量的限制，由于世界各国测定方法不同，所以限值也不一致，其范围为2%4%，公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）对沥青含蜡量有明确规定。3石油沥青的结构石油沥青的结构 （1）胶体理论 根据胶体理论，沥青中沥青质是分散相，饱和分和芳香分是分散介质，但沥青质不能直接分散在饱和分和芳香分中。胶质作为一种“胶溶剂”，沥青吸附了胶质形成胶团而后分散于芳香分和饱和分中。所以沥青的胶体结构以沥青质为胶核，胶质被吸附在胶核表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。（2）胶体的结构类型胶体的结构类型溶胶结构溶凝胶结构凝胶结构 沥青质含量较少，油分及树脂含量较多，沥青质在胶体结构中运动自如，如图4-2a所示。这种结构沥青黏滞性小，流动性大，塑性好，温度稳定性较差，是液体沥青结构的特征。沥青质含量少于凝胶结构，又含适量的油分和树脂。在常温下，这种结构的沥青处于以上两种结构之间，其性能介于两者之间，如图4-2b所示。油分和树脂含量较少，沥青质含量较多，胶团相互吸引力增大，相互移动较困难，如图4-2c所示。这种结构的特点是弹性和黏性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性较低。（a）溶胶结构 （b）溶凝胶结构 （c）凝胶结构图4-2 沥青的胶体结构示意图 （3）胶体结构类型的判定 沥青的胶体结构与其路用性能有密切关系。为工程使用方便，通常采用针入度指数法判定其类型。该法根据针入度指数PI值，按表4-2所示数据划分胶体结构类型。4.1.3 石油沥青的技术性能石油沥青的技术性能 1黏滞性（黏性）黏滞性（黏性）黏滞性是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力。沥青受到外力作用后表现的变形，是由于沥青中组分胶团发生形变或胶团之间产生相互位移的原因。各种石油沥青的黏滞性变化范围很大，黏滞性的大小与组分及温度有关。当沥青质含量较高，又含适量的树脂、少量的油分时，则黏滞性较大。在一定温度范围内，当温度升高时，黏滞性随之降低，反之则增大。黏滞性是与沥青路面力学性能联系最密切的一个指标，沥青的黏性通常用黏度表示。在现代交通条件下，为防止路面出现车辙，沥青的黏度是首要考虑的参数。（1）沥青的绝对黏度（动力黏度）如果采用一种剪切变形的模型来描述沥青在沥青与矿质材料的混合料中的应用，可取一对互相平行的平面，在两平面之间分布沥青薄膜，薄膜与平面的吸附力远大于薄膜内部胶团之间的作用力。当下层平面固定，外力作用于顶层，表面发生位移时（如图4-3所示），按牛顿定律则可得到如下方程：F=图4-3 沥青绝对黏度概念图 （2）沥青的相对黏度（条件黏度）针入度。针入度是测定黏稠石油沥青黏滞性的常用技术指标，采用针入度仪测定（如图4-4所示）。图4-4 针入度法测定黏稠沥青针入度 示意图 沥青的针入度是在规定温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入试样的深度，以0.1 mm表示。试验条件以P（T，m，t）表示，其中P为针入度，T为试验温度，m为荷重，t为贯入时间。针入度值越小，表示黏度越大。我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定：标准针和针连杆组合件总质量为500.05 g，另加500.05 g砝码一只，试验时总质量为1000.05 g，试验温度为25，标准针贯入时间为5 s。例如某沥青在上述条件时测得针入度为65（0.1 mm），可表示为P（25，100 g，5 s）65（0.1 mm）我国现行使用的黏稠石油沥青技术标准中，针入度是划分沥青技术等级的主要指标。针入度值越大，表示沥青愈软（稠度愈小）。黏度。黏度又称黏滞度，是测定液体沥青（包括液体石油沥青和软煤沥青）黏滞性的常用技术指标，采用标准黏度计测定（如图4-5所示）。1沥青试样；2活动球杆；3液孔；4水图4-5 标准黏度计测定液体沥青示意图 我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定：液体状态的沥青材料，在标准黏度计中，于规定的温度条件下（20，25，30或60），通过规定的流孔（直径3 mm，4 mm，5 mm及10 mm）流出50 mL体积所需的时间（s），以Ct,d表示，其中C为黏度，t为试验温度，d为流孔直径。例如某沥青在60时，自5 mm孔径流出50 mL沥青所需时间为100 s，表示为C60,5100 s。在相同温度和相同流孔条件下，流出时间愈长，表示沥青黏度愈大。2塑性塑性 塑性是指沥青在外力作用下发生变形而不被破坏的能力。影响塑性大小的因素与沥青的组分及温度有关。沥青中树脂含量多，油分及沥青质含量适当，则塑性较大。温度升高，塑性增大，沥青膜层愈厚，则塑性愈高。反之，塑性愈差。在常温下，塑性好的沥青不易产生裂缝，并可减少摩擦时的噪声。同时它对于沥青在温度降低时抵抗开裂的性能有重要影响。我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定：沥青的塑性用延度表示，用延度仪测定（如图4-6所示）。沥青延度是将沥青试样制成8字形标准试模（中间最小截面积为l cm2）在规定速度（5 cm/min）和规定温度（25或15）下拉断时的长度，以厘米表示。1试模；2试样；3电机；4水槽；5泄水孔；6开关柄；7指针；8标尺图4-6 延度仪 沥青的延度越大，塑性越好，柔性和抗断裂性越好。3温度稳定性（感温性）温度稳定性（感温性）温度稳定性是指沥青的黏滞性和塑性随温度升降而变化的性能。当温度升高时，沥青由固态或半固态逐渐软化成黏流状态，当温度降低时由黏流态转变成固态甚至变脆。在工程上使用的沥青，要求有较好的温度稳定性。高温敏感性用软化点表示。沥青材料在硬化点至滴落点温度之间时，是一种黏滞流动状态。在工程实际中，为保证沥青不因温度升高而产生流动，所以取滴落点和硬化点之间温度间隔的87.21%为软化点。我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定：沥青软化点一般采用环球法软化点仪（如图4-7所示）测定，即是将沥青试样装入规定尺寸的铜环内（内径18.9 mm），试样上放置标准钢球（重3.5 g）浸入水或甘油中，以规定的升温速度（5/min）加热，使沥青软化下垂至规定距离时的温度（）。1温度计；2上盖板；3立杆；4钢球；5钢球定位环；6金属环；7中层板；8下底板；9烧杯图4-7 环球法软化点仪 软化点愈高，表明沥青的耐热性愈好，即温度稳定性愈好。针入度是在规定温度下沥青的条件黏度，而软化点则是沥青达到规定条件黏度时的温度。软化点既是反映沥青材料感温性的一个指标，也是沥青黏度的一种度量。以上所述及的针入度、延度、软化点是评价黏稠石油沥青路面性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标”。低温抗裂性用脆点表示。脆点是指沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达到条件脆裂时的温度。我国规范公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定，采用弗拉斯法测定沥青脆点。弗拉斯法使用的弗拉斯脆点仪如图4-8所示，其核心部分称作弯曲器，如图4-9所示。1外简；2夹钳；3硬塑料管；4真空玻璃管；5试样管；6橡胶管；7橡胶管；8通冷却液管道；9橡校管；10温度计；11摇把图4-8 弗拉斯脆点仪 图4-9 弯曲器 脆点试验是将沥青试样涂在金属片上，置于有冷却设备的脆点仪内，摇动脆点仪的曲柄，使涂有沥青的金属片产生弯曲，随制冷剂温度降低，沥青薄膜温度逐渐降低，沥青薄膜在规定弯曲条件下，产生断裂时的温度，即为脆点。在工程实际应用中，要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点，否则容易发生沥青材料夏季流淌或冬季变脆甚至开裂等现象。4加热稳定性加热稳定性 沥青在过热或过长时间加热过程中，会发生轻馏分挥发、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化学变化，使沥青的化学组成及性能相应地发生变化。这种性质称沥青加热稳定性。为了解沥青在路面施工及使用过程的耐久性，公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣性能的检测试验。对于中、轻交通量用道路黏稠石油沥青采用蒸发损失试验，对于重交通量用道路黏稠石油沥青采用沥青薄膜加热试验（加热烘箱如图4-10所示，图中尺寸数据单位mm），对于液体石油沥青采用沥青的蒸馏试验。（a）薄膜加热烘箱 （b）旋转薄膜加热烘箱 1转盘；2试样；3温度计 1垂直转盘；2盛校瓶橘孔；3试验温度计图4-10 沥青薄膜加热烘箱 （1）沥青的蒸发损失试验 将50 g沥青试样装入盛样皿（筒状，内径55 mm，深35 mm）内，置于烘箱内，在163下保持受热时间5 h，冷却后测定质量损失，并测定残留物的针入度。沥青经加热损失试验后由于沥青中轻质馏分挥发，不稳定成分发生氧化、聚合等作用，导致残留物性能与原始材料性能有很大差别，表现为针入度减小，软化点升高和延度降低。在沥青的蒸发损失试验中，沥青试样的厚度约21 mm，受热时与空气接触面积较小，只有表面薄层的沥青发生氧化，而在实际使用沥青时，往往需要将沥青与矿料在较高的温度下拌和均匀，这就是说，实际使用的沥青呈薄膜状分布，沥青与空气接触面积较大，所以对道路黏稠石油沥青采用薄膜加热试验。（2）沥青薄膜加热试验 一定厚度的试样在规定温度条件下，经规定时间加热，测定试验前后沥青质量和性能的变化。该法是将50 g沥青试样装入盛样皿（内径140 mm，深9.510 mm）内，使沥青成为厚约3.2 mm的薄膜，沥青薄膜在163的标准薄膜加热烘箱中（如图4-10所示）加热5 h后，取出冷却，测定其质量损失，并按规定的方法测定残留物的针入度、延度等技术指标。沥青薄膜加热试验（简称TFOT）可与沥青旋转薄膜加热试验（简称RTFOT）互相代替。（3）液体石油沥青蒸馏试验 该法是测定试样受热时，在规定温度范围内蒸出的馏分含量，以占试样体积百分率表示。除非特殊需要，各馏分蒸馏的标准切换温度为225，316，360。通过此试验可了解液体沥青含各温度范围内轻质挥发油的数量，并可根据残留物的性能测定评估液体沥青在道路路面中的性能。5安全性安全性 闪点（闪火点）是指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规定条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度（）。燃点（着火点）指沥青加热产生的混合气体与火接触能持续燃烧5 s以上时的沥青温度。闪点、燃点温度相差10左右。公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）要求用克利夫兰开口杯式闪点仪测定闪点（如图4-11所示，图中尺寸数据单位mm）。1温度计；2温度计支架；3金属试验杯；4加热器具；5试验标准球；6加热板；7试验火焰喷嘴；8试验火焰调节开关；9加热板支架；10加热器调节钮图4-11 克利夫兰开口杯式闪点仪 6溶解度溶解度 沥青的溶解度是指石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率（即有效物质含量）。那些不溶解的物质为有害物质（沥青碳、似碳物），会降低沥青的性能，应加以限制。7含水量含水量 沥青中含有水分，施工中挥发太慢，影响施工速度，所以要求沥青中含水量不宜过多。在加热过程中，如水分过多，易产生“溢锅”现象，引起火灾，使材料损失。所以在熔化沥青时应加快搅拌，促进水分蒸发，控制加热温度。8非常规的其他性能非常规的其他性能 （1）针入度指数 应用经验的针入度和软化点试验结果，提出一种能表征沥青的感温性和胶体结构的指标，称为针入度指数。若以对数为纵坐标表示针入度，以横坐标表示温度，可得到如图4-12所示的直线关系，该关系可以下式表示。lg PAT十K图4-12 确定沥青针入度指数用诺模图 据试验研究认为，沥青达到软化点时，此时的针入度约等于800（0.1 mm），如图4-13所示。因此斜率A可由下式表示：Alg 800lg P（25，100 g，5 s）/（T25）针入度温度感应性系数A与针入度指数PI的关系绘制成诺模图，如图4-12所示。按针入度指数可将沥青进行划分，划分情况如表4-2所示。（2）劲度模量 劲度模量是表示沥青的黏性和弹性联合效应的指标。大多数沥青在变形时呈现黏弹性。当形变量较小、荷载作用时间较短时，以弹性形变为主；反之，以黏性形变为主。范德波尔在论述黏弹性材料（沥青）的抗变形能力时，以荷载作用时间t和温度T作为应力与应变之比的函数，即在一定荷载作用时间和温度条件下，应力与应变的比值称为劲度模量（简称劲度Sb），故劲度模量可表示为Sb=/沥青的劲度Sb与温度T、荷载作用时间t和沥青流变类型（针入度指数PI）等参数有关，如下式所示：Sbf（T，t，PI）按上述关系，范德波尔绘制成可以应用于实际工程的劲度模量诺模图，如图4-13所示，利用此图求算沥青的劲度模量时，需要有3个参数：荷载作用时间或频率；针入度指数；温度差（即路面实际温度与环球法软化点之间的温差）。根据上述参数求其劲度模量，可作为实际工程中的参考数值。图4-13 针入度温度关系图 9黏附性黏附性 沥青裹覆石料后的抗水性（即抗剥性）不仅与沥青的性能有密切关系，而且亦与集料性能有关。当采用一种固定的沥青时，不同矿物成分的石料的剥落度也有所不同。从碱性、中性直至酸性石料，随着SiO2含量的增加，剥落度亦随之增加。为保证沥青混合料的强度，在选择石料时应优先考虑利用碱性石料，当地缺乏碱性石料必须采用酸性石料时，可掺加各种抗剥剂以提高沥青与石料的黏附性。对沥青与石料的黏附性试验方法，公路工程沥青及沥青混合试验规程（JTG E202011）规定采用水煮法和水浸法。10老化老化 沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作用下，产生“不可逆”的化学变化，导致路用性能劣化，通常称之为“老化”。沥青老化后，在物理力学性能方面，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对黏度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变化甚少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢）而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质显著减少，而沥青质显著增加。4.1.4 石油沥青的技术标准石油沥青的技术标准 1道路石油沥青的技术标准道路石油沥青的技术标准 （1）道路石油沥青分级 道路石油沥青分为A级，B级，C级三个等级，其适用范围应符合表4-3所示的规定。（2）道路石油沥青按针入度划分 道路石油沥青按针入度划分为160号，130号，110号，90号，70号，50号，30号七个标号，同时对各标号沥青的延度、软化点、闪点、含蜡量、薄膜加热试验等技术指标也提出了相应的要求。具体要求如表4-4所示。2道路液体石油沥青的技术标准道路液体石油沥青的技术标准 道路液体石油沥青适用于透层、黏层及拌制冷拌沥青混合料。按其凝结速度可分为快凝、中凝、慢凝三个等级，除黏度外，对蒸馏的馏分及残留物性能、闪点和水分等亦提出相应的要求，技术要求如表4-5所示。4.2 煤沥青煤沥青 煤沥青（俗称柏油）是用煤干馏炼焦和制煤气的副产品煤焦油炼制而成。根据煤干馏的温度不同而分为高温煤焦油（700以上）和低温煤焦油（450700）两类。路用煤沥青主要是由炼焦或制造煤气得到的高温煤焦油加工而得。4.2.1 煤沥青的化学组成和结构特点煤沥青的化学组成和结构特点 1煤沥青的化学组成煤沥青的化学组成 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和氮的衍生物的混合物，其元素组成主要为C，H，O，S和N。煤沥青化学组分的研究，与石油沥青研究方法相同，也是采用选择性溶解等方法将煤沥青划分为几个化学性质相近且与路用性能有一定联系的组。我国采用葛氏法按如图4-14所示流程划分煤沥青组分。图4-14 葛氏法煤沥青化学组分分析 如表4-6所示，为软煤沥青T-9各化学组分含量。2煤沥青结构煤沥青结构 煤沥青和石油沥青相类似，也是复杂的胶体分散系，游离碳和硬树脂组成的胶体微粒为分散相，油分为分散介质，而软树脂为保护物质，它吸附于固态分散胶粒周围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散系形成稳定的胶体物系。4.2.2 煤沥青的技术性能与技术标准煤沥青的技术性能与技术标准煤沥青与石油沥青技术性能上差异温度稳定性差气候稳定性差塑性较差煤沥青与矿质材料表面黏附性能好防腐性能好由于可溶性树脂含量较多，受热易软化，故温度稳定性差。由于煤沥青中含有较多不饱和碳氢化合物。在热、阳光、氧气等长期综合作用下，煤沥青的组分变化较大，易老化变脆。因含有较多的游离碳，所以在使用时易因受力变形而开裂。煤沥青组分中含有酸碱等表面活性物质，故与矿质材料表面黏滞力较强。由于煤沥青中含有酚、蒽、萘油等成分，所以防腐性好，故可用做地下防水层及防腐材料等。1煤沥青的技术指标煤沥青的技术指标 黏度。黏度表示煤沥青的稠度。煤沥青组分中油分含量减少、固态树脂及游离碳量增加时，煤沥青的黏度增高。煤沥青的黏度测定方法与液体沥青相同，亦是用道路沥青标准黏度计测定。蒸馏试验馏出量及残渣性能。煤沥青中含有各沸点的油分，这些油分的蒸发将影响其性能。因而煤沥青的起始黏滞度并不能完全表达其在使用过程中黏滞性的特征。为了预估煤沥青在路面中使用过程的性能变化，在测定其起始黏度的同时，还必须测定煤沥青在各流程中所含馏分及其蒸馏后残留物的性能。煤沥青蒸馏试验应测定试样受热时，在规定温度范围内蒸出的馏分含量，以质量百分率表示。除非特殊需要，各馏分蒸馏的标准切换温度为170，270，300。馏分含量的限定控制了煤沥青由于蒸发而发生老化的情况，残渣性能试验保证了煤沥青残渣具有适宜的黏滞性。煤沥青焦油酸含量。煤沥青的焦油酸（亦称酚）含量是通过测定试样总的蒸馏馏分与碱性溶液作用形成水溶性酚盐物质的含量求得，以体积百分率表示。焦油酸溶解于水，易导致路面强度降低，同时它有毒，因此对其在沥青中的含量必须加以限制。含萘量。萘在煤沥青中低温时易结晶析出，使煤沥青产生假黏度而失去塑性，而在常温下易升华，并促使“老化”加速，同时萘也有毒，故对其含量应加以限制。煤沥青的萘含量是试样馏分中萘的含量，以质量百分率表示。甲苯不溶物。煤沥青的甲苯不溶物含量，是试样在规定的甲苯溶剂中不溶物（游离碳）的含量，用质量百分率表示。水分。与石油沥青一样，在煤沥青中含有过量的水分会使煤沥青在施工加热时发生许多困难，甚至导致材料质量的劣化或造成火灾。煤沥青含水量的测定方法与石油沥青相同。2道路用煤沥青技术要求道路用煤沥青技术要求 用于铺筑公路沥青路面的道路煤沥青的质量应符合表4-7所示的数据要求。4.3 乳化沥青乳化沥青4.3.1 概述概述 乳化沥青是指沥青的颗粒微粒（1 pm左右），在机械破碎搅拌力的作用下，使沥青以微粒状均匀稳定地分散在水溶液之中的乳状液（亦称沥青乳液），其外观为茶褐色，在常温下具有较好的流动性。乳化沥青特点 可冷态施工。黏稠沥青通常要加热至160180施工，而乳化沥青可以在常温下进行喷洒、贯入或拌和摊铺，现场无需加热，简化了施工程序，操作简便，节省能源。与湿集料拌和，具有足够的黏滞力。无毒、无嗅保护环境，减少污染，施工安全。节省资源、降低成本。稳定性差，贮存期不超过半年，贮存温度在0以上。乳化沥青修筑路面，成型期较长。4.3.2 乳化沥青的组成材料乳化沥青的组成材料 1沥青沥青 沥青是乳化沥青组成的主要材料，占55%70%。在选择作为乳化沥青用的沥青时，首先要考虑它的易乳化性。一般说来，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但针入度的选择，应根据乳化沥青在路面工程中的用途来决定。另外，沥青中活性组分的含量与沥青乳化难易性有直接关系，通常认为沥青中沥青酸总量大于1%的沥青，采用通用乳化剂和一般工艺即容易形成乳化沥青。2乳化剂乳化剂 乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，从化学结构上考察，它是一种“两亲性”分子，分子的一部分具有亲水性，而另一部分具有亲油性，这两个基团具有使互不相溶的沥青与水连接起来的特殊功能。乳化剂按其亲水基在水中是否电离而分为离子型和非离子型两大类：乳化剂离子型非离子型两性离子型阳离子型阴离子型 乳化沥青的品种和适用范围如表4-8所示的规定。3稳定剂稳定剂稳定剂有机稳定剂无极稳定剂 常用的有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素纳、糊精、MF废液等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性和施工稳定性。常用的有氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性。稳定剂对乳化剂的协同作用必须通过试验来确定，并且稳定剂的用量不宜过多，一般为沥青乳液的0.1%0.15%。4水水 水是乳化沥青的主要组成部分。水在乳化沥青中起着润湿、溶解及化学反应的作用，因此要求乳化沥青中的水应当纯净，不含其他杂质，每升水中氧化钙含量不得超过80 mg。水的用量一般为30%70%。4.3.3 乳化沥青的形成机理乳化沥青的形成机理 根据乳状液理论，由于沥青与水这两种物质的表面张力相差较大，将沥青分散于水中，则会因表面张力的作用使已分散的沥青颗粒重新聚集结成团块。欲使已分散的沥青能稳定均匀地存在（实际上是悬浮）于水中，必须使用乳化剂。沥青能够均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中的原因 乳化剂降低界面能的作用。界面膜的保护作用。界面电荷稳定作用。4.3.4 乳化沥青技术性能与技术要求乳化沥青技术性能与技术要求 乳化沥青在使用中，与砂石骨料拌和成型后，在空气中逐渐脱水，水膜变薄，使沥青微粒靠拢，将乳化剂薄膜挤裂而凝成连续的沥青黏结膜层。成膜后的乳化沥青具有一定的耐热性、黏滞性、抗裂性、韧性及防水性。道路用乳化石油沥青技术要求如表4-9所示。4.3.5 乳化沥青在集料表面的分裂机理乳化沥青在集料表面的分裂机理 分裂是指从乳液中分裂出来的沥青微滴在集料表面聚结成一层连续的沥青薄膜，这一过程称为分裂（俗称破乳）。乳液产生分裂的外观特征是它的颜色由棕褐色变成黑色。1与集料表面的吸附作用与集料表面的吸附作用与集料表面的吸附作用 阴离子乳液（沥青微滴带负电荷）与带正电荷碱性集料（石灰石、玄武岩等）具有较好的黏滞性。阳离子乳液（沥青微滴带正电荷）与带负电荷的酸性集料（花岗岩、石英岩等）具有好的黏滞性。阳离子乳液（沥青微滴带正电荷）与带负电荷的酸性集料有较好的黏滞性。同时与碱性集料也有较好的亲和力。2水分的蒸发作用水分的蒸发作用 洒布在路上的乳化沥青，水分蒸发速度的快慢与温度、湿度、风速等条件有关。在温度较高、有风的环境中，水分蒸发较快，反则较慢。通常当沥青乳液中水分蒸发到沥青乳液的80%90%时，乳化沥青即开始凝结。4.3.6 乳化沥青的应用乳化沥青的应用乳化沥青用于修筑路面施工方法洒布法拌和法 如透层、黏层、表面处治或贯入式沥青碎石路面；如沥青碎石或沥青混合料路面。4.4 改性沥青改性沥青4.4.1 概述概述 改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善而制成的沥青结合料。改性剂是指在沥青中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可溶融分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能（与沥青发生反应或裹覆在集料表面上）的材料。4.4.2 改性沥青的分类及其特性改性沥青的分类及其特性 1热塑性橡胶类改性沥青热塑性橡胶类改性沥青 SBS常用于路面沥青混合料，SBS类改性沥青最大特点是高温稳定性和低温抗裂性能都好，且有良好的弹性恢复性能、抗老化性能。SBS使沥青软化点提高最大，使5延度大幅度增大，且薄膜加热后的针入度比保留90%以上。2橡胶类改性沥青橡胶类改性沥青 此类沥青通常称为橡胶沥青，其中使用最多的是丁苯橡胶（SBR）和氯丁橡胶（CR）。SBR是世界上应用最广泛的改性剂之一，尤其是胶乳形式的SBR。CR具有极性，常掺入煤沥青中使用，已成为煤沥青的改性剂。SBR改性沥青最大特点是低温性能得到改善，所以主要适宜在寒冷气候条件下使用。例如青藏二级汽车专用公路上就铺筑了橡胶沥青路面。3热塑性树脂类改性沥青热塑性树脂类改性沥青 聚乙烯（PE）、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和乙烯乙酸乙烯共聚物（EVA）等在道路沥青的改性中被应用过，这一类热塑性树脂的共同特点是加热后软化，冷却时变硬。此类改性剂的最大特点是使沥青结合料在常温下黏度增大，从而使高温稳定性增加，但是并不能使沥青混合料的弹性增加，且加热后易离析，再次冷却时产生众多的弥散体。不过这些局限性一定程度上已被接受。例如浙江杭州钱江二桥就使用了ESSO公司的EVA改性沥青铺筑桥面。4掺加天然沥青的改性沥青掺加天然沥青的改性沥青 天然沥青是石油经过历史上长期的、长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、触媒、细菌的综合作用下生成的沥青类物质。通常可掺加的天然沥青有湖沥青（如特立尼达湖沥青TLA）、岩石沥青（如美国的GUson）和海底沥青（如BMA）等。掺加TLA的混合沥青有良好的高温稳定性及低温抗裂性能，耐久性好；掺加岩石沥青的有抗剥离、耐久性好、高温抗车辙、抗老化特点；BMA适用于重交通道路、飞机场跑道、抗磨耗层等，最小铺筑厚度可减薄到2 cm，由此降低工程造价。5其他沥青改性剂其他沥青改性剂其他沥青改性剂多价金属皂化物炭黑 多价金属与一元羧酸所形成的盐类称为金属皂。将一定的金属皂溶解在沥青中，可使延度增加，脆点降低，明显提高与集料的黏附性能，增加沥青混合料的强度，提高沥青路面的柔性和疲劳强度。炭黑是由石油、天然气等碳氢化合物经高温不完全燃烧而生成的高含碳量粉状物质，在改性好的SBS改性沥青中混入炭黑综合改性，可使改性沥青的黏度增大，回弹性能提高。玻纤格栅 将一种自黏结型的玻璃纤维格栅，用专门的摊铺机铺设，铺在沥青混合料层中，耐热性、黏滞性好。这些格栅对提高高温抗车辙能力及低温抗裂性能都有良好效果，同时还可防治沥青路面的反射性裂缝。4.4.3 改性沥青的应用和发展改性沥青的应用和发展 目前，改性沥青可用于做排水或吸音磨耗层及其下面的防水层；在老路面上做应力吸收膜中间层，以减少反射裂缝，在重载交通道路的老路面上加铺薄或超薄的沥青面层，以提高耐久性；在老路面上或新建一般公路上做表面处治，以恢复路面使用性能或减少养护工作量等。我国现在正处于高等级公路的大规模建设时期，使用改性沥青时，应当特别注意路基、路面的施工质量，以避免产生路基沉降和其他早期损坏。否则，使用改性沥青就达不到应有的效果。SBS改性沥青无论在高温、低温、弹性等方面都优于其他改性剂沥青，所以我国改性沥青的发展方向应该以SBS作为主要方向。尤其是现在，SBS的价格比以前有了大幅度的降低，仅成本这一项，它就比PE、EVA有竞争力。明确这一点十分重要。4.5 防水卷材防水卷材 防水卷材是一种可卷曲的片状制品。尺寸大，施工效率高，防水效果好和耐用年限长。要求产品应具有良好的延伸性、耐高温性以及较高的抗拉强度、抗撕裂能力。按组成材料分为氧化沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材三大类。4.5.1 沥青防水卷材沥青防水卷材 沥青防水卷材是在基胎（原纸或纤维织物等）上浸涂沥青后，在表面撒布粉状或片状隔离材料制成的一种防水卷材。1主要品种的性能及应用主要品种的性能及应用 （1）石油沥青纸胎防水卷材 纸胎油毡系采用低软化点石油沥青浸渍原纸，用高软化点沥青涂盖油纸的两面，再撒以隔离材料而制成的一种纸胎油毡。石油沥青纸胎油毡、油纸（GB 3262007）规定：油毡按卷重和物理性能分型，型，型，幅宽为1 000 mm，其他规格可由供需双方商定。每卷油毡的总面积为（200.3）mm2；油毡的物理性能如表4-10所示。由于沥青材料的温度敏感性大，低温柔性差，易老化，因而使用年限较短。其中型和型油毡适用于辅助防水、保护隔离层、临时性建筑防水、防潮及包装等，型油毡用于防水等级为级的屋面工程的多层防水。（2）石油沥青玻璃纤维油毡（玻纤油毡）和玻璃布油毡 玻纤油毡是采用玻璃纤维薄毡为胎基，浸涂石油沥青，表面撒以矿物粉料或覆盖以聚乙烯薄膜等隔离材料制成的一种防水卷材。其指标应符合石油沥青玻璃纤维油毡（GB/T 146862008）的规定，柔性好（在010时弯曲无裂纹），耐化学微生物腐蚀、寿命长。用于防水等级为III级的屋面工程。玻璃布油毡是采用玻璃布为胎基，浸涂石油沥青，表面撒以矿物粉料或覆盖以聚乙烯薄膜等隔离材料制成的一种防水卷材。根据石油沥青玻璃布油毡（JC/T 841996）规定，宽为1 000 mm，分为一等品和合格品两个等级。每卷油毡的总面积为（200.3）mm2。具有拉力大及耐霉菌性好特点，适用于要求强度高及耐霉菌性好的防水工程，柔韧性也比纸胎油毡好，易于在复杂部位粘贴和密封。主要用于铺设地下防水、防潮层，金属管道的防腐保护层。（3）沥青复合胎柔性防水卷材 沥青复合胎柔性防水卷材是指以沥青（用橡胶、树脂等高聚物改性）为基料，以两种材料复合为胎体，细砂、矿物粒（片）料、聚酯膜、聚乙烯膜等为覆面材料，以浸涂、滚压工艺而制成的防水卷材。按胎体分为沥青聚酯毡、玻纤网格布复合胎柔性防水卷材，沥青玻纤毡、玻纤网格布复合胎柔性防水卷材，沥青涤棉无纺布、玻纤网格布复合胎柔性防水卷，材沥青玻纤毡、聚乙烯膜复合胎柔性防水卷材。规格尺寸有长10 m，7.5 m；宽1 000 mm，1 100 mm；厚度3 mm，4 mm。按物理性能分为一等品（B）和合格品（C）。其性能指标应符合沥青复合胎柔性防水卷材（JC/T 6902008）的规定。（4）铝箔面油毡 铝箔面油毡是以玻璃纤维毡为胎基，浸涂氧化沥青，表面用压纹铝箔贴面，底面撒以细颗粒矿物料或覆盖以聚乙烯（PE）膜制成的防水卷材。具有美观效果及能反射热量和紫外线的功能，能降低屋面及室内温度，阻隔蒸汽的渗透，用于多层防水的面层和隔气层。其性能指标应符合铝箔面石油沥青防水卷材（JC/T 5042007）的规定。2石油沥青防水卷材的验收、储存、运输和保管石油沥青防水卷材的验收、储存、运输和保管 不同规格、标号、品种、等级的产品不得混放。卷材应保管在规定的温度（粉毡和玻璃毡45，片毡50）环境下。纸胎油毡和玻璃纤维油毡要求立放，高度不得超过两层，所有搭接边的一端必须朝上；玻璃布胎油毡可以同一方向平放堆置成三角形，码放不超过10 层，并应远离火源，置于通风、干燥的室内，防止日晒、雨淋和受潮。用轮船和铁路运输时，卷材必须立放，高度不得超过两层，短途运输可平放，不宜超过4层，不得倾斜、横压，必要时应加盖苫布；人工搬运要轻拿轻放，避免出现不必要的损伤。产品质量保证期为一年。检验内容：外观不允许有孔洞、硌伤，胎体不允许出现露胎或涂盖不匀、裂纹、折纹、皱折、裂口，缺边不许超标，每卷允许有一个接头，较短的一段不应小于2.5 m，接头处应加长150 mm。反映物理性能纵向拉力、耐热度、柔度、不透水性等指标应符合技术要求。4.5.2 高聚物改性沥青防水卷材高聚物改性沥青防水卷材 高聚物改性沥青卷材是以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为基胎，粉状、粒状、片状或薄膜材料为防黏隔离层制成的防水卷材，具有高温不流淌，低温不脆裂，拉伸强度高，延伸率较大等优异性能，是重点发展的一类中档产品。1常用高聚物改性沥青防水卷材常用高聚物改性沥青防水卷材 （1）弹性体改性沥青防水卷材 弹性体改性沥青防水卷材是以SBS热塑性弹性体作为改性剂，以聚酯毡或玻纤毡为胎基，两面覆盖以聚乙