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第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.1第9章 沥青及沥青混合料 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.2 沥青沥青 沥青混合料沥青混合料 思考题思考题本章内容本章内容第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.3一、一、石油沥青石油沥青 石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油(如汽油、煤油和柴油等如汽油、煤油和柴油等)及润滑油及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。以后的残留物，或再经加工而得的产品。1.石油沥青的组成与结构石油沥青的组成与结构 1)石油沥青的组分石油沥青的组分 石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫和氮氧、硫和氮)衍生物组成的混合物。它衍生物组成的混合物。它的组分主要有碳的组分主要有碳(80%87%)、氢、氢(10%15%)，其余是非烃元素，如氧、硫、氮，其余是非烃元素，如氧、硫、氮等等(607595溶解度(三氯乙烯、四氯化碳或苯)，(%)不小于99.599.599.5蒸发损失(160,5h)，%，不大于111蒸发后针入度比，(%)不大于656565闪点(开口)，()不低于230230230第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.21 2)道路石油沥青道路石油沥青 道路石油沥青技术标准列表道路石油沥青技术标准列表9-4。道路石油沥青按。道路石油沥青按公路沥青路面施工技术规范公路沥青路面施工技术规范(JTGF402004)分为分为30、50、70、90、110、130和和160七个标号。按技术性能七个标号。按技术性能分为分为A、B、C三个等级：三个等级：B级沥青与原规范级沥青与原规范“重交通道路沥青重交通道路沥青”相近，相近，C级沥青比级沥青比原规范原规范“中、轻交通道路石油沥青中、轻交通道路石油沥青”技术要求稍有提高。技术要求稍有提高。道路沥青的牌号较多，选用时应根据地区气候条件、施工季节气温、路面类型、道路沥青的牌号较多，选用时应根据地区气候条件、施工季节气温、路面类型、施工方法等按有关标准选用。道路石油沥青还可作密封材料和粘结剂以及沥青涂料施工方法等按有关标准选用。道路石油沥青还可作密封材料和粘结剂以及沥青涂料等。等。3)沥青的掺配沥青的掺配 某一种牌号的石油沥青往往不能满足工程技术要求，因此需要不同牌号沥青进行某一种牌号的石油沥青往往不能满足工程技术要求，因此需要不同牌号沥青进行掺配。掺配。在进行掺配时，为了不使掺配后的沥青胶体结构破坏，应选用表面张力相近和化在进行掺配时，为了不使掺配后的沥青胶体结构破坏，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。所谓同产源是指同属石油沥青，或同属煤沥青性。所谓同产源是指同属石油沥青，或同属煤沥青(或煤沥青或煤沥青)。两种沥青掺配的比例可用下式估算。两种沥青掺配的比例可用下式估算。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.22 (9.4)(9.5)式中式中 Q1较软沥青用量，较软沥青用量，%。Q2较硬沥青用量，较硬沥青用量，%。T掺配后沥青软化点，掺配后沥青软化点，。T1较软沥青软化点，较软沥青软化点，。T2较硬沥青软化点，较硬沥青软化点，。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.23沥青沥青【例例9.1】某工程须要用软化点为某工程须要用软化点为85的石油沥青，现有的石油沥青，现有10号及号及60号两种，应如何号两种，应如何掺配以满足工程需要？掺配以满足工程需要？由试验测得，由试验测得，10号石油沥青软化点为号石油沥青软化点为95；60号石油沥青软化点为号石油沥青软化点为45。估算掺配用量：估算掺配用量：60号石油沥青用量号石油沥青用量(%)10号石油沥青用量号石油沥青用量(%)1002080 根据估算的掺配比例和在其邻近的比例根据估算的掺配比例和在其邻近的比例(5%10%)进行试配进行试配(混合熬制均匀混合熬制均匀)，测，测定掺配后沥青的软化点，然后绘制定掺配后沥青的软化点，然后绘制“掺配比掺配比软化点软化点”曲线，即可从曲线上确定所曲线，即可从曲线上确定所需要求的掺配比例。同样地可采用针入度指标按上法进行估算及试配。需要求的掺配比例。同样地可采用针入度指标按上法进行估算及试配。第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.24二、二、煤沥青煤沥青 煤焦油是生产焦炭和煤气的副产物，它大部分用于化工，而小部分用于制作建筑煤焦油是生产焦炭和煤气的副产物，它大部分用于化工，而小部分用于制作建筑防水材料和铺筑道路路面材料。防水材料和铺筑道路路面材料。烟煤在密闭设备中加热干馏，此时烟煤中挥发物质气化逸出，冷却后仍为气体的烟煤在密闭设备中加热干馏，此时烟煤中挥发物质气化逸出，冷却后仍为气体的可作煤气，冷凝下来的液体除去氨及苯后，即为煤焦油。因为干馏温度不同，生产可作煤气，冷凝下来的液体除去氨及苯后，即为煤焦油。因为干馏温度不同，生产出来的煤焦油品质也不同。炼焦及制煤气时干馏温度约出来的煤焦油品质也不同。炼焦及制煤气时干馏温度约8001 300，这样得到，这样得到的为高温煤焦油；当低温的为高温煤焦油；当低温(600以下以下)干馏时，所得到的为低温煤焦油。高温煤焦干馏时，所得到的为低温煤焦油。高温煤焦油含碳较多，密度较大，含有多量的芳香族碳氢化合物，工程性质较好。低温煤焦油含碳较多，密度较大，含有多量的芳香族碳氢化合物，工程性质较好。低温煤焦油含碳少，密度较小，含芳香族碳氢化合物少，主要含蜡族和环烷族及不饱和碳氢油含碳少，密度较小，含芳香族碳氢化合物少，主要含蜡族和环烷族及不饱和碳氢化合物，还含较多的酚类，工程性质较差。故多用高温煤焦油制作焦油类建筑防水化合物，还含较多的酚类，工程性质较差。故多用高温煤焦油制作焦油类建筑防水材料，或煤沥青，或作为改性材料。材料，或煤沥青，或作为改性材料。煤沥青是将煤焦油再进行蒸馏，蒸去水分和所有的轻油及部分中油、重油和蒽油煤沥青是将煤焦油再进行蒸馏，蒸去水分和所有的轻油及部分中油、重油和蒽油后所得的残渣。各种油的分馏温度为在后所得的残渣。各种油的分馏温度为在170以下时以下时轻油；轻油；170270时时中中油；油；270300时时重油；重油；300360时时蒽油。有的残渣太硬还可加入蒽蒽油。有的残渣太硬还可加入蒽油调整其性质，使所生产的煤沥青便于使用。油调整其性质，使所生产的煤沥青便于使用。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.25 1.煤沥青的化学组成煤沥青的化学组成 1)元素组成元素组成 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和碳的衍生物的混合物。其元煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和碳的衍生物的混合物。其元素组成主要为素组成主要为C、H、O、S和和N。2)化学组分化学组分 按按E.J.狄金松法，煤沥青可分离为油分、树脂狄金松法，煤沥青可分离为油分、树脂A、树脂、树脂B、游离碳、游离碳C1和游离碳和游离碳C2等组分。等组分。煤沥青中各组分的性质简述如下：煤沥青中各组分的性质简述如下：(1)游离碳，又称自由碳，是高分子的有机化合物的固态碳质微粒，不溶于苯。游离碳，又称自由碳，是高分子的有机化合物的固态碳质微粒，不溶于苯。加热不熔，但高温分解。煤沥青的游离碳含量增加，可提高其粘度和温度稳定性。加热不熔，但高温分解。煤沥青的游离碳含量增加，可提高其粘度和温度稳定性。但随着游离碳含量增加低温脆性亦增加。但随着游离碳含量增加低温脆性亦增加。(2)树脂，树脂为环心含氧碳氢化合物。分为树脂，树脂为环心含氧碳氢化合物。分为A：硬树脂，类似石油沥青中的沥：硬树脂，类似石油沥青中的沥青质；青质；B：软树脂，赤褐色粘塑性物，溶于氯仿，类似石油沥青中的树脂。：软树脂，赤褐色粘塑性物，溶于氯仿，类似石油沥青中的树脂。(3)油分，是液态碳氢化合物。油分，是液态碳氢化合物。此外煤沥青的油分中还含有萘、蒽和酚等，萘和蒽能溶解于油分中，在含量较高此外煤沥青的油分中还含有萘、蒽和酚等，萘和蒽能溶解于油分中，在含量较高或低温时能呈固态晶状析出，影响煤沥青的低温变形能力。酚为苯环中含羟物质，或低温时能呈固态晶状析出，影响煤沥青的低温变形能力。酚为苯环中含羟物质，能溶于水，且易被氧化。煤沥青中酚、萘和水均为有害物质，对其含量必须加以限能溶于水，且易被氧化。煤沥青中酚、萘和水均为有害物质，对其含量必须加以限制。制。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.26 2.煤沥青的技术性质煤沥青的技术性质 煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异。煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异。1)温度敏感性较低，因含可溶性树脂多，由固态或粘稠态转变为粘流态温度敏感性较低，因含可溶性树脂多，由固态或粘稠态转变为粘流态(或液态或液态)的温度间隔较窄，夏天易软化流淌而冬天易脆裂。的温度间隔较窄，夏天易软化流淌而冬天易脆裂。2)与矿质集料的粘附性较好，在煤沥青组成中含有较多的极性物质，它赋予煤与矿质集料的粘附性较好，在煤沥青组成中含有较多的极性物质，它赋予煤沥青高的表面活性，所以它与矿质集料具有较好的粘附性。沥青高的表面活性，所以它与矿质集料具有较好的粘附性。3)大气稳定性较差，含挥发性成分和化学稳定性差的成分较多，在热、阳光和大气稳定性较差，含挥发性成分和化学稳定性差的成分较多，在热、阳光和氧气等长期综合作用下，煤沥青的组成变化较大，易硬脆。氧气等长期综合作用下，煤沥青的组成变化较大，易硬脆。4)塑性差，含有较多的游离碳，容易变形而开裂。塑性差，含有较多的游离碳，容易变形而开裂。5)耐腐蚀性强，因含酚、蒽等有有毒物质，防腐蚀能力较强，故适用于木材的耐腐蚀性强，因含酚、蒽等有有毒物质，防腐蚀能力较强，故适用于木材的防腐处理。又因酚易溶于水，故防水性不及石油沥青。防腐处理。又因酚易溶于水，故防水性不及石油沥青。3.煤沥青与石油沥青简易鉴别煤沥青与石油沥青简易鉴别 石油沥青与煤沥青掺混时，将发生沉渣变质现象而失去胶凝性，故不宜掺混使用。石油沥青与煤沥青掺混时，将发生沉渣变质现象而失去胶凝性，故不宜掺混使用。二者简易鉴别方法见表二者简易鉴别方法见表9-5所示。所示。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.27表表9-5 煤沥青与石油沥青简易鉴别方法煤沥青与石油沥青简易鉴别方法沥青沥青鉴别方法石油沥青煤沥青密度法近似于1.0g/cm3大于1.10g/cm3锤击法声哑，有弹性，韧性感声脆，韧性差燃烧法烟无色，基本无刺激性臭味烟黄色，有刺激性臭味溶液比色法用30倍50倍汽油或煤油溶解后，将溶液滴于滤纸上，斑点呈棕色溶解方法同左。斑点有两圈，内黑外棕三、三、乳化沥青乳化沥青 乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动态，经机械力的作用，而形成微滴乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动态，经机械力的作用，而形成微滴(粒径约为粒径约为25)分散在有乳化剂的水中，由于乳化剂分散在有乳化剂的水中，由于乳化剂稳定剂的作用而形成均匀的乳状液。稳定剂的作用而形成均匀的乳状液。乳化沥青具有如下优点：乳化沥青具有如下优点：(1)冷态施工，节约能源。冷态施工，节约能源。(2)施工方便，节约沥青。施工方便，节约沥青。(3)保护环境，保障健康。保护环境，保障健康。第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.28 1.乳化沥青组成材料乳化沥青组成材料 乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分组成。乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分组成。1)沥青沥青 沥青是乳化沥青组成的主要材料，沥青的质量直接关系到乳化沥青的性能。在选沥青是乳化沥青组成的主要材料，沥青的质量直接关系到乳化沥青的性能。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。以工程适用为目的，可以择作为乳化沥青用的沥青时，首先要考虑它的易乳化性。以工程适用为目的，可以认为易乳化性与沥青中的沥青酸含量有关。通常认为沥青酸总量大于认为易乳化性与沥青中的沥青酸含量有关。通常认为沥青酸总量大于1%的沥青，的沥青，采用通用乳化剂和一般工艺即易于形成乳液。一般说来，相同油源和工艺的沥青，采用通用乳化剂和一般工艺即易于形成乳液。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。针入度较大者易于形成乳液。2)乳化剂乳化剂 乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。沥青乳化剂是一种表面活性剂，从化学结构乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。沥青乳化剂是一种表面活性剂，从化学结构上考察，它是一种上考察，它是一种“两亲性两亲性”分子，分子的一部分具有亲水性质，而另一部分具有分子，分子的一部分具有亲水性质，而另一部分具有亲油性质。亲油部分一般由碳氢原子团，特别是由长链烷基构成，结构差别较小。亲油性质。亲油部分一般由碳氢原子团，特别是由长链烷基构成，结构差别较小。亲水部分原子团则种类繁多，结构差异较大。沥青乳化剂按其亲水基在水中是否电亲水部分原子团则种类繁多，结构差异较大。沥青乳化剂按其亲水基在水中是否电离为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按其离子电性，又衍生为阴离子型离为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按其离子电性，又衍生为阴离子型(或负离子型或负离子型)、阳离子型、阳离子型(或正离子型或正离子型)和两性离子型等三类。沥青乳化剂分类如下：和两性离子型等三类。沥青乳化剂分类如下：沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.29 阴离子型阴离子型 离子型离子型 阳离子型阳离子型乳化剂乳化剂 两性离子型两性离子型 非离子型非离子型常见的各种乳化剂如表常见的各种乳化剂如表9-6。沥青沥青乳化剂类别乳化剂名称阴离子乳化剂十二烷基磺酸钠阳离子乳化剂十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八叔胺二甲基硝酸季铵盐、十七烷基二甲基苄基氯化铵、N-烷基丙撑二胺两性离子乳化剂氨基酸型两性乳化剂、甜菜碱型两性乳化型非离子乳化剂辛基酚聚氧乙烯醚第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.30 3)稳定剂稳定剂 为使乳液具有良好的贮存稳定性，以及在施工中喷洒或拌和的机械作用下的稳定为使乳液具有良好的贮存稳定性，以及在施工中喷洒或拌和的机械作用下的稳定性，必要时可加入适量的稳定剂。稳定剂可分两类。性，必要时可加入适量的稳定剂。稳定剂可分两类。(1)有机稳定剂，常用的有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠等。有机稳定剂，常用的有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠等。(2)无机稳定剂，常用的氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。无机稳定剂，常用的氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。4)水水 水是乳化沥青的主要组成部分，不可忽视水对乳化沥青性能的影响。水常含有各水是乳化沥青的主要组成部分，不可忽视水对乳化沥青性能的影响。水常含有各种矿物质或其他影响乳化沥青形成的物质。种矿物质或其他影响乳化沥青形成的物质。2.乳化沥青形成机理乳化沥青形成机理 1)乳化剂降低界面张力的作用乳化剂降低界面张力的作用 如将如将180热沥青倾于热沥青倾于80温热的水中，经机械搅拌后，沥青可形成微滴分散在温热的水中，经机械搅拌后，沥青可形成微滴分散在水中。但是停止搅拌后，沥青很快就水中。但是停止搅拌后，沥青很快就“聚析聚析”而浮在水面。这是由于沥青在而浮在水面。这是由于沥青在180时的表面张力时的表面张力()约为约为33mN/m，80时水的表面张力时水的表面张力()约为约为63 mN/m，故沥青与水，故沥青与水的界面张力的界面张力()约为约为33 mN/m左右，表明它们之间存在较大的表面张力。左右，表明它们之间存在较大的表面张力。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.31 由吉布斯定律可知：由吉布斯定律可知：(9.6)G沥青微滴表面自由能。沥青微滴表面自由能。S沥青微滴的总表面积。沥青微滴的总表面积。沥青与水的界面张力。沥青与水的界面张力。C常数。常数。由上式可知，当沥青与水的界面张力由上式可知，当沥青与水的界面张力()为一定值，随着沥青液滴总表面积为一定值，随着沥青液滴总表面积(S)的的增加，表面自由能增加，表面自由能(G)亦增加。由于沥青亦增加。由于沥青水体系是一个热力学不稳定体系，为了水体系是一个热力学不稳定体系，为了保持热力学平衡，沥青液滴自然趋向保持热力学平衡，沥青液滴自然趋向“聚析聚析”以降低表面自由能。为保持沥青液滴以降低表面自由能。为保持沥青液滴的高度分散性，即不缩小沥青液滴的总表面积的高度分散性，即不缩小沥青液滴的总表面积(S)，而又能保持沥青，而又能保持沥青水体系的稳水体系的稳定，唯一的途径只有降低沥青水的界面张力定，唯一的途径只有降低沥青水的界面张力()。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.32 乳化剂是一种两亲性物质，它在沥青乳化剂是一种两亲性物质，它在沥青水的体系中，非极性端朝向沥青、极性端朝向水的体系中，非极性端朝向沥青、极性端朝向水，这样定向排列可使沥青与水的界面张力水，这样定向排列可使沥青与水的界面张力()大大降低，因而使沥青大大降低，因而使沥青水体系形成稳定水体系形成稳定的分散体系。的分散体系。2)界面膜的保护作用界面膜的保护作用 乳化剂在沥青乳化剂在沥青水界面上定向排列，降低了沥青与水的界面张力。与此同时，乳化剂水界面上定向排列，降低了沥青与水的界面张力。与此同时，乳化剂在沥青微滴的周围形成在沥青微滴的周围形成“界面膜界面膜”，此膜具有一定的强度，对沥青微滴起着保护作用，此膜具有一定的强度，对沥青微滴起着保护作用，使其在相互碰撞时，不至产生使其在相互碰撞时，不至产生“聚结聚结”现象。当乳化剂用量最适宜时，界面膜为密排的现象。当乳化剂用量最适宜时，界面膜为密排的定向分子组成，此时界面膜的强度最高，沥青微滴聚结需要克服较大阻力，因而保证沥定向分子组成，此时界面膜的强度最高，沥青微滴聚结需要克服较大阻力，因而保证沥青青水体系的稳定性。水体系的稳定性。3)双电层的稳定作用双电层的稳定作用 通常稳定的沥青乳液中沥青微滴都带电荷，这电荷来源于电离、吸附和沥青微滴于水通常稳定的沥青乳液中沥青微滴都带电荷，这电荷来源于电离、吸附和沥青微滴于水之间的摩擦。电离与吸附带电是同时发生的，例如阳离子乳化剂吸附于沥青微滴表面时，之间的摩擦。电离与吸附带电是同时发生的，例如阳离子乳化剂吸附于沥青微滴表面时，伸入水中的极性基团电离而使沥青微滴带正电荷。沥青伸入水中的极性基团电离而使沥青微滴带正电荷。沥青水界面上电荷层的结构，一般水界面上电荷层的结构，一般是扩散双电层分布。双电层由两部分组成，第一部分为单分子层，基本上固定在界面上，是扩散双电层分布。双电层由两部分组成，第一部分为单分子层，基本上固定在界面上，这层电荷与沥青微滴的电荷相反，这一层称为吸附层；第二部分由吸附层向外，电荷向这层电荷与沥青微滴的电荷相反，这一层称为吸附层；第二部分由吸附层向外，电荷向水介质中扩散，此层称为扩散层。在吸附层与扩散层界面上的电动电位水介质中扩散，此层称为扩散层。在吸附层与扩散层界面上的电动电位(又称又称电位电位)。乳。乳化沥青的稳定性取决于化沥青的稳定性取决于电位的大小。由于每一沥青微滴界面都带相同电荷，并有扩散电位的大小。由于每一沥青微滴界面都带相同电荷，并有扩散双电层的作用，故水沥青体系成为稳定体系。双电层的作用，故水沥青体系成为稳定体系。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.33 综上所述，沥青乳液所以能形成高稳定的分散体系，主要是由于乳化剂降低了体综上所述，沥青乳液所以能形成高稳定的分散体系，主要是由于乳化剂降低了体系的界面能、界面膜的形成和界面电荷的作用。系的界面能、界面膜的形成和界面电荷的作用。3.乳化沥青分裂机理乳化沥青分裂机理 乳化沥青在路面施工时，为发挥其粘结功能，沥青液滴必须从乳化液中分裂出来，乳化沥青在路面施工时，为发挥其粘结功能，沥青液滴必须从乳化液中分裂出来，聚集在集料的表面而形成连续的沥青薄膜，这一过程称为聚集在集料的表面而形成连续的沥青薄膜，这一过程称为“分裂分裂”。1)分裂原因分裂原因 乳化沥青的分裂主要取决于下列因素。乳化沥青的分裂主要取决于下列因素。(1)水的蒸发作用，由于路面施工环境气温、相对湿度和风速等因素的影响，乳水的蒸发作用，由于路面施工环境气温、相对湿度和风速等因素的影响，乳 液中水的蒸发，破坏乳化沥青的稳定性，而造成分裂。液中水的蒸发，破坏乳化沥青的稳定性，而造成分裂。(2)集料的吸收作用，由于集料的矿物构造孔隙对乳液水分的吸收，同样能破坏集料的吸收作用，由于集料的矿物构造孔隙对乳液水分的吸收，同样能破坏乳液的稳定性造成分裂。乳液的稳定性造成分裂。(3)集料物理集料物理化学作用，乳化沥青中带电荷的微滴于不同化学性质的集料接触化学作用，乳化沥青中带电荷的微滴于不同化学性质的集料接触后产生复杂的物理后产生复杂的物理化学作用，而使乳化沥青分裂并在集料表面形成薄膜。化学作用，而使乳化沥青分裂并在集料表面形成薄膜。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.34 (4)机械的激波作用，在施工过程中压路机的碾压和开放交通后汽车的行驶，各机械的激波作用，在施工过程中压路机的碾压和开放交通后汽车的行驶，各种机械力对路面的振颤而产生激波作用，也能促进乳化沥青的稳定性的破坏和沥青种机械力对路面的振颤而产生激波作用，也能促进乳化沥青的稳定性的破坏和沥青薄膜结构的形成。薄膜结构的形成。2)分裂机理分裂机理 在诸多分裂的因素中，最核心的是乳化沥青与集料的物理在诸多分裂的因素中，最核心的是乳化沥青与集料的物理化学作用，由此而提化学作用，由此而提出不同的理论解释。出不同的理论解释。(1)电荷理论，这种理论认为，集料可分为带正电荷的碱性石料和带负电的酸性电荷理论，这种理论认为，集料可分为带正电荷的碱性石料和带负电的酸性石料两类。阴离子乳液由于沥青微粒带负电荷，它与表面上基本带正电荷的碱性集石料两类。阴离子乳液由于沥青微粒带负电荷，它与表面上基本带正电荷的碱性集料料(如石灰石、白云石等如石灰石、白云石等)具有较好的粘附性；同样，阳离子乳液由于沥青微粒带正具有较好的粘附性；同样，阳离子乳液由于沥青微粒带正电荷，它与表面基本带负电荷的酸性集料电荷，它与表面基本带负电荷的酸性集料(如硅质岩或花岗岩如硅质岩或花岗岩)具有较好的粘附性。具有较好的粘附性。(2)化学反应理论，这种理论认为，传统的电荷理论是值得怀疑的，因为实践表化学反应理论，这种理论认为，传统的电荷理论是值得怀疑的，因为实践表明，带正电荷的阳离子乳液不仅能与带负电荷的酸性集料具有较好的粘附性，而且明，带正电荷的阳离子乳液不仅能与带负电荷的酸性集料具有较好的粘附性，而且与带正电荷的碱性集料同样具有较好的粘附性。因此认为，阳离子乳液与碱性集料与带正电荷的碱性集料同样具有较好的粘附性。因此认为，阳离子乳液与碱性集料具有好的粘附性，是由于石灰石具有好的粘附性，是由于石灰石(CaCO3)与阳离子乳液中的与阳离子乳液中的HCI作用，可形成作用，可形成H2CO3，而，而H2CO3在水中，又可电离出在水中，又可电离出CO32-，它与阳离子乳化剂电离后的正电，它与阳离子乳化剂电离后的正电荷原子团具有较好的亲和力。荷原子团具有较好的亲和力。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.35其化学反应可表示如下式。其化学反应可表示如下式。(9.7)(9.8)(9.9)(3)振动功能理论，上述化学反应理论的解释，并未能取得所有研究者的赞同，振动功能理论，上述化学反应理论的解释，并未能取得所有研究者的赞同，因此有的研究者则另辟途径，而提出一种因此有的研究者则另辟途径，而提出一种“振动功能振动功能”理论来进行解释。这种理论理论来进行解释。这种理论认为阳离子乳液由于具有高的振动功能，所以它不论是对酸性集料或碱性集料表面认为阳离子乳液由于具有高的振动功能，所以它不论是对酸性集料或碱性集料表面都具有较好的亲和力。都具有较好的亲和力。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.36 4.乳化沥青的应用乳化沥青的应用 乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、粘层与封层等。乳化沥青的品种和适用范围宜符合表补裂缝，喷洒透层、粘层与封层等。乳化沥青的品种和适用范围宜符合表9-7的规的规定。在高温条件下宜采用粘度较大的乳化沥青，寒冷条件下宜使用粘度较小的乳化定。在高温条件下宜采用粘度较大的乳化沥青，寒冷条件下宜使用粘度较小的乳化沥青。沥青。表表9-7 乳化沥青品种及适用范围乳化沥青品种及适用范围沥青沥青分类品种及代号适用范围阳离子乳化沥青PC-1表处、贯入式路面及下封层用PC-2透层油及基层养生用PC-3粘层油用BC-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用阴离子乳化沥青PA-1表处、贯入式路面及下封层用PA-2透层油及基层养生用PA-3粘层油用BA-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用非离子乳化沥青PN-2透层油用BN-1与水泥稳定集料同时使用(基层路拌或再生)第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.37四、四、改性沥青改性沥青 在土木工程中使用的沥青应具有一定的物理性质和粘附性。在低温条件下应有弹在土木工程中使用的沥青应具有一定的物理性质和粘附性。在低温条件下应有弹性和塑性；在高温条件下要有足够的强度和稳定性；在加工和使用条件下具有抗性和塑性；在高温条件下要有足够的强度和稳定性；在加工和使用条件下具有抗“老化老化”能力；还应与各种矿料和结构表面有较强的粘附力；以及对变形的适应性和能力；还应与各种矿料和结构表面有较强的粘附力；以及对变形的适应性和耐疲劳性。通常，石油加工厂制备的沥青不耐疲劳性。通常，石油加工厂制备的沥青不定能全面满足这些要求，为此，常用定能全面满足这些要求，为此，常用橡胶、树脂和矿物填料等改性。橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青的改性材橡胶、树脂和矿物填料等改性。橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青的改性材料。料。从广义上划分，根据不同目的所采取的改性沥青汇总于图从广义上划分，根据不同目的所采取的改性沥青汇总于图9.7。沥青沥青图图图图9.7 9.7 改性沥青分类改性沥青分类改性沥青分类改性沥青分类第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.38 从狭义来说，改性沥青按改性剂的不同，一般将其分为四类。从狭义来说，改性沥青按改性剂的不同，一般将其分为四类。1.橡胶改性沥青橡胶改性沥青 橡胶是沥青的重要改性材料。它和沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的橡胶是沥青的重要改性材料。它和沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小，低温柔性好。由于橡胶的品种不同，掺入的方法也有很多优点，如高温变形性小，低温柔性好。由于橡胶的品种不同，掺入的方法也有所不同，而各种橡胶沥青的性能也有差异。现将常用的几种分述如下。所不同，而各种橡胶沥青的性能也有差异。现将常用的几种分述如下。1)氯丁橡胶改性沥青氯丁橡胶改性沥青 沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性和耐气候性等沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性和耐气候性等得到改进。氯丁橡胶改性沥青的生产方法有溶剂法和水乳法。溶剂法是先将氯丁橡得到改进。氯丁橡胶改性沥青的生产方法有溶剂法和水乳法。溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂中形成溶液，然后掺入沥青中，混合均匀即成为氯丁橡胶改性沥胶溶于一定的溶剂中形成溶液，然后掺入沥青中，混合均匀即成为氯丁橡胶改性沥青。水乳法是将橡胶和石油沥青分别制成乳液，再混合均匀即可使用。青。水乳法是将橡胶和石油沥青分别制成乳液，再混合均匀即可使用。氯丁橡胶改性沥青可用于路面的稀浆封层和制作密封材料和涂料等。氯丁橡胶改性沥青可用于路面的稀浆封层和制作密封材料和涂料等。2)丁基橡胶改性沥青丁基橡胶改性沥青 丁基橡胶改性沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似，而且较简单一些。丁基橡胶改性沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似，而且较简单一些。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.39 将丁基橡胶碾切成小片，在搅拌条件下把小片加到将丁基橡胶碾切成小片，在搅拌条件下把小片加到100的溶剂中的溶剂中(不得超过不得超过110)，制成浓溶液。同时将沥青加热脱水熔化成液体状沥青。通常在，制成浓溶液。同时将沥青加热脱水熔化成液体状沥青。通常在100左右左右把两种液体按比例混合搅拌均匀进行浓缩把两种液体按比例混合搅拌均匀进行浓缩15min20min，达到要求性能指标。丁，达到要求性能指标。丁基橡胶在混合物中的含量一般为基橡胶在混合物中的含量一般为2%4%。同样也可以分别将丁基橡胶和沥青制备。同样也可以分别将丁基橡胶和沥青制备成乳液，然后再按比例把两种乳液混合即可。成乳液，然后再按比例把两种乳液混合即可。丁基橡胶改性沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性能和耐热性能，丁基橡胶改性沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性能和耐热性能，多用于道路路路面工程和制作密封材料和涂料。多用于道路路路面工程和制作密封材料和涂料。3)SBS改性沥青改性沥青 SBS是热塑性弹性体苯乙烯是热塑性弹性体苯乙烯丁二烯嵌段共聚物，它兼有橡胶和树脂的特性，常丁二烯嵌段共聚物，它兼有橡胶和树脂的特性，常温下具有橡胶的弹性，高温下又能像树脂那样熔融流动，成为可塑的材料。温下具有橡胶的弹性，高温下又能像树脂那样熔融流动，成为可塑的材料。SBS改改性沥青具有良好的耐高温性、优异的低温柔性和耐疲劳性，性沥青具有良好的耐高温性、优异的低温柔性和耐疲劳性，SBS改性沥青具有以下改性沥青具有以下特点。特点。(1)弹性好，延伸率大，延度可达弹性好，延伸率大，延度可达2 000%。(2)低温柔性大大改善，冷脆点降至低温柔性大大改善，冷脆点降至-40。(3)热稳定性提高，耐热度达热稳定性提高，耐热度达90100。(4)耐候性好。耐候性好。SBS改性沥青是目前应用最成功和用量最大的一种改性沥青。改性沥青是目前应用最成功和用量最大的一种改性沥青。SBS的掺量一般为的掺量一般为 3%10%。主要用于制作防水卷材和铺筑高等级公路路面等。主要用于制作防水卷材和铺筑高等级公路路面等。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.40 4)再生橡胶改性沥青再生橡胶改性沥青 再生胶掺人沥青中以后，同样可大大提高沥青的气密性，低温柔性，耐光、热、再生胶掺人沥青中以后，同样可大大提高沥青的气密性，低温柔性，耐光、热、臭氧性，耐气候性。臭氧性，耐气候性。再生橡胶改性沥青材料的制备是先将废旧橡胶加工成再生橡胶改性沥青材料的制备是先将废旧橡胶加工成1.5mm以下的颗粒，然后与以下的颗粒，然后与沥青混合，经加热搅拌脱硫，就能得到具有一定弹性、塑性和粘结力良好的再生胶沥青混合，经加热搅拌脱硫，就能得到具有一定弹性、塑性和粘结力良好的再生胶改性沥青材料。废旧橡胶的掺量视需要而定，一般为改性沥青材料。废旧橡胶的掺量视需要而定，一般为3%15%。再生橡胶改性沥青可以制成卷材、片材、密封材料、胶粘剂和涂料等，随着科学技再生橡胶改性沥青可以制成卷材、片材、密封材料、胶粘剂和涂料等，随着科学技术的发展，加工方法的改进，各种新品种的制品将会不断增多。术的发展，加工方法的改进，各种新品种的制品将会不断增多。2.树脂改性沥青树脂改性沥青 用树脂改性石油沥青，可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。由用树脂改性石油沥青，可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。由于石油沥青中含芳香性化合物很少，故树脂和石油沥青的相容性较差，而且可用的于石油沥青中含芳香性化合物很少，故树脂和石油沥青的相容性较差，而且可用的树脂品种也较少。常用的树脂有古马隆树脂、聚乙烯、乙烯树脂品种也较少。常用的树脂有古马隆树脂、聚乙烯、乙烯乙酸乙烯共聚物乙酸乙烯共聚物(EVA)，无规聚丙烯，无规聚丙烯APP等。等。1)古马隆树脂改性沥青古马隆树脂改性沥青 古马隆树脂又名香豆桐树脂，呈粘稠液体或固体状，浅黄色至黑色，易溶于氯化古马隆树脂又名香豆桐树脂，呈粘稠液体或固体状，浅黄色至黑色，易溶于氯化烃、酯类、硝基苯等，为热塑性树脂。烃、酯类、硝基苯等，为热塑性树脂。将沥青加热熔化脱水，在将沥青加热熔化脱水，在150160情况下，把古马隆树脂放人熔化的沥青情况下，把古马隆树脂放人熔化的沥青中，并不断搅拌，再把温度升至中，并不断搅拌，再把温度升至185190，保持一定时间，使之充分混合均，保持一定时间，使之充分混合均匀，即得到古马隆树脂沥青。树脂掺量约匀，即得到古马隆树脂沥青。树脂掺量约40%。这种沥青的粘性较大。这种沥青的粘性较大。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.41 2)聚乙烯树脂改性沥青聚乙烯树脂改性沥青 在沥青中掺入在沥青中掺入5%10%的低密度聚乙烯，采用胶体磨法或高速剪切法即可制得的低密度聚乙烯，采用胶体磨法或高速剪切法即可制得聚乙烯树脂改性沥青。聚乙烯树脂改性沥青的耐高温性和耐疲劳性有显著改善，低聚乙烯树脂改性沥青。聚乙烯树脂改性沥青的耐高温性和耐疲劳性有显著改善，低温柔性也有所改善。一般认为，聚乙烯树脂与多蜡沥青的相容性较好，对多蜡沥青温柔性也有所改善。一般认为，聚乙烯树脂与多蜡沥青的相容性较好，对多蜡沥青的改性效果较好。的改性效果较好。3)APP改性沥青改性沥青 APP是聚丙烯的一种，根据甲基的不同排列。聚丙基分无规聚丙烯、等规聚丙烯是聚丙烯的一种，根据甲基的不同排列。聚丙基分无规聚丙烯、等规聚丙烯和间规聚丙烯三种。和间规聚丙烯三种。APP即无规聚丙烯，其甲基无规地分布在主链两侧。即无规聚丙烯，其甲基无规地分布在主链两侧。无规聚丙烯为黄白色塑料，无明显熔点，加热到无规聚丙烯为黄白色塑料，无明显熔点，加热到150后才开始变软。它在后才开始变软。它在250左右熔化，并可以与石油沥青均匀混合。左右熔化，并可以与石油沥青均匀混合。APP改性沥青与石油沥青相比，其改性沥青与石油沥青相比，其软化点高，延度大，冷脆点降低，粘度增大，具有优异的耐热性和抗老化性，尤其软化点高，延度大，冷脆点降低，粘度增大，具有优异的耐热性和抗老化性，尤其适用于气温较高的地区。主要用于制造防水卷材。适用于气温较高的地区。主要用于制造防水卷材。3.橡胶和树脂改性沥青橡胶和树脂改性沥青 橡胶和树脂同时用于改善沥青的性质，使沥青同时具有橡胶和树脂的特性。且树橡胶和树脂同时用于改善沥青的性质，使沥青同时具有橡胶和树脂的特性。且树脂比橡胶便宜，橡胶和树脂又有较好的混溶性，故效果较好。脂比橡胶便宜，橡胶和树脂又有较好的混溶性，故效果较好。沥青沥青第第9章章 沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料1.42 橡胶、树脂和沥青在加热融熔状态下，沥青与高分子聚合物之间发生相互侵入和橡胶、树脂和沥青在加热融熔状态下，沥青与高分子聚合物之间发生相互侵入和扩散，沥青分子填充在聚合物大分子的间隙内，同时聚合物分子的某些链节扩散进扩散，沥青分子填充在聚合物大分子的间隙内，同时聚合物分子的某些链节扩散进入沥青分子中，形成凝聚的网状混合结构，故可以得到较优良的性能。入沥青分子中，形成凝聚的网状混合结构，故可以得到较优良的性能。配制时，采用的原材料品种、配比和制作工艺不同，可以得到很多性能各异的产品。配制时，采用的原材料品种、配比和制作工艺不同，可以得到很多性能各异的产品。主要有卷、片材，密封材料，防水涂料等。主要有卷、片材，密封材料，防水涂料等。4.矿物填料改性沥青矿物填料改性沥青 为了提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，经常加入一定数量为了提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，经常加入一定数量的矿物填料。的矿物填料。1)矿物填料的品种矿物填料的品种常用的矿物填料大多是粉状的和纤维状的，主要的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土和常用的矿物填料大多是粉状的和纤维状的，主要的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土和石棉等。石棉等。(1)滑石粉，主要化学成分是含水硅酸镁滑石粉