瀝青組分及成分[資源借鑒]

1、第一章 組分1、組分：可溶質(zhì)：去掉瀝青質(zhì)后的，包括瀝青中的油分和膠質(zhì)的組分。溶于低分子烷烴。瀝青質(zhì)：采用固定溶質(zhì)比，用輕質(zhì)烷烴溶解所得高分子量組分。碳青質(zhì)：為半油焦質(zhì)（石油瀝青中含量很少，道路瀝青中一般少于0.2%）油焦質(zhì)：不溶于二氧化硫的瀝青組分。（石油瀝青中一般不含）可溶質(zhì)膠質(zhì)：可溶質(zhì)用硅膠或氧化鋁吸附后，不能用低分子烷烴沖洗脫附下來，但能用苯-乙醇沖洗脫附下來的物質(zhì)。含蠟油或稱油分：用以上吸附方法后，低分子烷烴可以沖洗脫附下來的部分。含蠟油經(jīng)稀釋、冷凍、結(jié)晶、過濾后得到的固體部分稱為蠟，液體部分稱為油。瀝青的生產(chǎn)：1、 直接蒸餾2、 氧化法： 使瀝青稠化，溫度敏感性降低，針入度指數(shù)增大。

2、主要生產(chǎn)高軟化點的建筑瀝青。3、溶劑法4、調(diào)配法2、煤瀝青 組分：1、游離碳：不溶于苯，高溫分解。游離碳含量增加，可提高粘度和高溫穩(wěn)定性，但低溫脆性增加；2、樹脂：硬樹脂提高粘滯性，軟樹脂使瀝青具有塑性；3、油分：使瀝青有流動性。技術(shù)性質(zhì)（與石油瀝青相比）：1、溫度穩(wěn)定性低 2、粘附性好 3、耐候性較差 4、塑性較差 5、防腐蝕性較好3、石油瀝青：有較高的粘結(jié)性、抗張性和抗磨性；硬度大，針入度小，遇冷不變脆，軟化點高，遇熱不變黏；防水防潮性能好，蒸發(fā)損失小，融化時對環(huán)境傷害低。4、道路瀝青規(guī)格及要求： 要求： 1、良好粘結(jié)性和持久粘附性 2、沒有車印 3、車輛高速轉(zhuǎn)彎時無推移現(xiàn)象。 4、具有良

3、好的剎車性能 5、夜行時有良好的反光功能。分類： 粘稠瀝青：針入度（25）在40-200之間，軟化點在30-50之間。使用時必須加熱，利于和石料的拌合和滲透。一般以針入度作為分類指標(biāo)，以軟化點、伸長度、蒸發(fā)后針入度比等作為控制指標(biāo)。高速公路、一級公路、夏季高溫、高溫持續(xù)時間長、重載交通、山區(qū)及丘陵上坡段、服務(wù)區(qū)、停車場等車速慢的路段宜采用稠度大、60粘度大的瀝青；對冬季寒冷的地區(qū)、交通量小的公路、旅游公路宜選用稠度小低溫粘度大的瀝青；對溫差大、年溫差大的地區(qū)宜選用針入度指數(shù)的的瀝青；當(dāng)高溫和低溫要求發(fā)生矛盾時應(yīng)優(yōu)先考慮滿足高溫性能的要求。瀝青三大指標(biāo)：針入度、軟化點和延度針入度與軟化點具有良好

4、的對應(yīng)關(guān)系;延度愈高，所鋪筑的道路的耐久性愈好；延度表示瀝青在受力破壞前的擴(kuò)張和伸長的能力。延度大于100cm時，路面的裂縫產(chǎn)生的較少。蠟含量高，瀝青的延度就會不足。5、稀釋瀝青：將針入度為120-300（0.1mm）的石油瀝青，加入適量的石油餾分使其成為流動性好、運輸和施工方便的液體石油瀝青溶液，其中溶劑（石油餾分）比重為20-50%。液體石油瀝青適用于透層、粘層及冷拌瀝青混合料；分類 使用的石油餾分 稀釋后針入度（0.1mm）速凝型 120-205的汽油餾分 80-120中凝型 162-270的煤油餾分 120-250慢凝型 260-483的柴油餾分 6、乳化瀝青：乳化液是一種兩相體系，乳

5、化瀝青中瀝青為分散相，分散在連續(xù)相的水中。瀝青可以是石油瀝青、煤瀝青或兩者混合物。顆粒直徑在2um左右。 在潮濕的路面或集料表面可以應(yīng)用乳化瀝青，但是在噴灑乳化瀝青后應(yīng)避免雨水將其沖走。特別是陰離子乳化瀝青。 乳化劑分為： 陰離子乳化劑：由長鏈有機(jī)陰離子與一種堿構(gòu)成的鹽。 陽離子乳化劑：以高分子脂肪胺和三胺為代表，其分子溶解于瀝青的是長鏈的陽離子。非離子乳化劑：此類乳化劑在水中并不解離，很少用于道路瀝青。如脂肪酸脂、醚膠體乳化劑：包括天然的細(xì)粉末（如黏土、膨潤土）、酪素、動物膠等。陽離子乳化瀝青適用于各種集料，陰離子乳化瀝青適用于堿性石料。陽離子cation 陰離子anion快凝rapid s

6、etting 中凝medium setting 慢凝slow setting所以陽離子中凝乳化瀝青標(biāo)志為：CMS7、建筑瀝青規(guī)格及要求：由于石油瀝青具有良好的黏結(jié)性、不透水性、能夠抵抗多種化學(xué)藥品的侵蝕及良好的絕緣性和廉價易得，故在建筑部門有很重要的地位。 瀝青主要作用：防水、防潮、良好的黏結(jié)性、良好的抗老化性和抗熱老化能力。 常溫下，蠟含量與瀝青粘結(jié)力的關(guān)系不是很明顯，但當(dāng)溫度高于50時，含蠟量越高，粘結(jié)力越低。瀝青研究的三方向： 1、石油瀝青結(jié)構(gòu)組的研究。（紅外、核磁共振、質(zhì)譜、x射線衍射、電子掃描共振）荷載 2、石油瀝青的膠體性質(zhì)和流變性的研究。 3、石油瀝青的生產(chǎn)及使用性能的研究。墊層

7、耐磨層 成型 底層 基層 路基荷載分布于路基上路基：天然路面 成型層：路基表面的起拱或下降基層：通常為一層顆粒狀材料，起到使路面路基隔離污染 底層：是路面的主要結(jié)構(gòu)單元。耐磨層：決定著路面的安全性和行駛性。所用材料質(zhì)量有較高的要求。墊層：可進(jìn)一步分散車輛的荷載，厚度一般為耐磨層厚度的2倍。取樣： 粘稠或固體瀝青1.5千克 ； 液體瀝青1升 ； 瀝青乳液4升1、 儲油罐中取樣： （液體瀝青或已加熱至流體的粘稠瀝青） 無攪拌器時，分上中下三部分取樣，經(jīng)充分混合后檢測。 有攪拌器時，攪拌充分后，從中部取規(guī)定數(shù)量的樣。2、 槽車、罐車、瀝青灑車中取樣： 有取樣閥時，旋開取樣閥，至少流出4千克或4升時再

8、取樣； 有放料閥時，放出全部瀝青的一半時，再取樣。 從頂蓋取樣，用取樣器從中部取樣。3、 裝料或卸料時取樣：在均勻的時間間隔內(nèi)均勻地至少取三個樣，混合再取規(guī)定數(shù)量的樣。4、 瀝青桶中取樣：同一廠家則隨機(jī)取樣，不同廠家看標(biāo)準(zhǔn)。5、 固體瀝青取樣：在至少離表面或上下面5處取樣?？纱蛩?，則打碎取樣；若是軟塑的，則用熱工具取樣。瀝青的保存：1、 出液體瀝青和乳化瀝青外，需加熱的瀝青均應(yīng)在有密封蓋的金屬容器內(nèi)保存。2、 乳化瀝青在冬季應(yīng)有一定的防凍措施。3、 減少重復(fù)加熱取樣，取樣時應(yīng)一次加熱抽取一系列實驗所需樣品，放別處。高溫采用粘度較大的乳化瀝青；低溫采用粘度較小的乳化瀝青。陽離子乳化瀝青可適用于各

9、種集料，陰離子乳化瀝青適用于堿性石料。基質(zhì)瀝青的加熱溫度嚴(yán)禁超過140，液體瀝青的存儲溫度不得高于50。改性瀝青的加工溫度不宜超過180。 第二章 石油瀝青的成分、組成和結(jié)構(gòu)瀝青是一種暗褐色至黑色的有機(jī)膠凝材料，由一些復(fù)雜的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的混合物，能溶于苯或二硫化碳等溶劑，常溫下呈固體、半固體或液體。1、元素組成： 主要由烷烴（碳原子以單鏈CnH2n+2）、環(huán)烷烴、縮合的芳香烴組成。主要含有C、H兩種化學(xué)元素，（含有少量的硫、氮、氧及一些金屬元素，如鈉、鎳、鐵鈣、鎂等。稱為雜原子）C/H值很大程度上反應(yīng)瀝青的化學(xué)成分。其值越大，表明瀝青的環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多，尤其是芳香環(huán)結(jié)構(gòu)越多。石蠟

10、基此值最小，環(huán)烷基的此值最大。1、 渣油及瀝青元素組成 國產(chǎn)渣油中，碳含量在85%以上，氫含量在12%左右。C/H比在0.6-0.7之間。 硫元素主要集中在可溶質(zhì)（膠質(zhì)及油份）中；氮集中在膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中。2、 可溶質(zhì)的元素組成 可溶質(zhì)的元素組成因來源而異。C/H在0.62-0.7之間，比渣油的較小。 瀝青隨著氧化程度的加深，氧化瀝青中的可溶質(zhì)中的C/H有較明顯的增大，（故瀝青在吹空氣氧化時主要的反應(yīng)是縮合脫氫與氧化合成水的反應(yīng)。）3、 瀝青質(zhì)的元素組成 與可溶質(zhì)相比，氫含量減少，C/H一般在0.85-0.90之間4、 微量元素 除碳、氫、硫、氧、氮外的其他元素，一般不超過0.01-0.3%2、

11、瀝青組分分析方法： 二組分：瀝青質(zhì)和可溶質(zhì)。 三組分：瀝青質(zhì)、油份和樹脂。 溶解吸附法 用規(guī)定的溶劑和吸附劑，采用抽提法。 四組分：瀝青質(zhì)、飽和分、芳香分、膠質(zhì)。 吸附色層分析法 用規(guī)定的溶劑和吸附劑，采用容積沉淀和色譜柱法。 五組分：瀝青質(zhì)、氨基、第一酸性分、第二酸性分、鏈烷分。 化學(xué)沉淀法飽和分含量增加，使瀝青黏性降低；膠質(zhì)含量增大，瀝青塑形提高；瀝青質(zhì)含量增加，瀝青溫度敏感性降低；膠質(zhì)和瀝青含量增加，使瀝青的黏附性提高。3、瀝青質(zhì)（瀝青烯）： 深褐色至黑色物質(zhì)，無固定熔點，加熱時膨脹，300時分解成氣體和焦炭。相對密度大于1，不溶于乙醇、石油醚，但易溶于苯、氯仿、四氯化碳等溶劑。為復(fù)雜芳

12、香分物質(zhì)，強(qiáng)極性。在瀝青中含量一般為5-25% 含量對瀝青的流變性有很大影響。瀝青質(zhì)含量增加，瀝青的黏度、稠度、軟化點上升。 瀝青質(zhì)對瀝青的感溫性有影響，瀝青質(zhì)可使瀝青在高溫下有一定的黏度。 影響瀝青質(zhì)含量的因素： 1、溶劑性質(zhì)?？扇苡诒砻鎻埩Υ笥?510-3N/m（25）的大部分有機(jī)溶劑。 溶劑的溶解能力愈強(qiáng)，同樣濃度的瀝青質(zhì)溶液的黏度愈小； 瀝青質(zhì)的分子量愈小，溶液的黏度也愈小。 2、溶劑數(shù)量。 3、溫度。溫度升高，沉淀的瀝青質(zhì)含量減少。4、膠質(zhì)（樹脂或極性芳烴）：為半固體或液體狀的黃色至褐色的黏稠狀物質(zhì)（石油瀝青中呈深黑至黑褐色），有很強(qiáng)的極性。其組成和性質(zhì)介于瀝青質(zhì)和油分之間，但更接近

13、瀝青質(zhì)。相對密度接近1（0.98-1.08），溶于各種石油產(chǎn)品及石油醚、汽油、苯等，不溶于乙醇及其他醇類。膠質(zhì)在瀝青中起到擴(kuò)散劑和膠溶劑的作用。膠質(zhì)賦予瀝青可塑性、流動性和黏結(jié)性，對瀝青的延性和粘結(jié)力有很大影響。膠質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性差，在吸附劑的影響下，稍加熱甚至是空氣作用下就可氧化縮合為瀝青質(zhì)。故可粗略的分為：易氧化和難氧化的兩類。5、油分： 芳香分：深棕色的粘稠液體，由瀝青中的最低分子量的環(huán)烷芳香化合物組成 飽和分：由直鏈烴和直鏈烴組成，是一種非極性稠狀油。油分在瀝青中起潤滑柔軟的作用。油分含量越多，瀝青的軟化點越低，針入度越大，稠度降低。油分經(jīng)丁酮-苯脫蠟，-20冷凍，會分離出蠟。6、蠟：

14、指原油、渣油及瀝青在冷凍時，能結(jié)晶析出、熔點在25以上的混合物組分。對瀝青性能的影響：1、 流變性。 蠟主要溶解于油分中，當(dāng)它以溶解狀態(tài)存在時，會降低分散相的黏度；當(dāng)它以結(jié)晶狀態(tài)存在時，會使瀝青屈服應(yīng)力的結(jié)構(gòu)；如果以松散粒子存在時，使瀝青常溫下黏度增大，當(dāng)接近石蠟融化溫度（50）時，蠟含量增加，反而使瀝青的黏度降低。因此蠟含量高的瀝青溫度敏感性強(qiáng)。2、 低溫性能。低溫下高蠟含量瀝青的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)增加了瀝青的剛性，表現(xiàn)出了較高的彈性和粘性，隨蠟含量的增加，瀝青脆性也增大。 蠟使得瀝青具有較高的溫度敏感性。 （低溫下，蠟結(jié)晶使瀝青的脆性增大，從而導(dǎo)致瀝青的低溫性和黏性降低，使瀝青變硬變脆導(dǎo)致路面低溫

15、抗裂性能降低，出現(xiàn)裂縫；高溫下，蠟的熔融會使瀝青的黏度降低，使瀝青發(fā)軟，導(dǎo)致路面的高溫性能降低，出現(xiàn)車轍、壅包等病害。）3、 界面性質(zhì)。蠟會降低瀝青對食療的黏附，同時，蠟集中在瀝青表面使其失去光澤，并影響路面的摩阻性能。4、 膠體結(jié)構(gòu)。蠟的結(jié)晶網(wǎng)格促使瀝青向凝膠型膠體方向發(fā)展，但膠體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)且具有明顯的觸變性。膠體結(jié)構(gòu)：7、膠體結(jié)構(gòu)及其脫穩(wěn)凝聚機(jī)理大分子溶液或溶膠膠凝后，凝膠的結(jié)構(gòu)仍在繼續(xù)形成與發(fā)展。隨著時間的延續(xù)，膠體粒子或大分子會進(jìn)一步靠近和定向更完全，從而使凝膠骨架收縮，一部分液體從凝膠中分離出來，稱為脫水收縮作用或離漿作用一、膠體結(jié)構(gòu)及其電位圖4-1是膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)及其電位分

16、布示意圖。粒子的中心，是由數(shù)百以至數(shù)萬個分散相固體物質(zhì)分子組成的膠核。在膠核表面，有一層帶同號電荷的離子，稱為電位離子層，電位離子層構(gòu)成了雙電層的內(nèi)層，電位離子所帶的電荷稱為膠體粒子的表面電荷，其電性正負(fù)和數(shù)量多少決定了雙電層總電位的符號和膠體粒子的整體呈現(xiàn)為電中性。為了平衡電位離子所帶的表面電荷，液相一側(cè)必須存在眾多電荷數(shù)與表面電荷相等而電性與電位離子相反的離子，稱為反離子。反離子層構(gòu)成了雙電層的外層，其中緊靠電位離子的反離子被電位離子牢固吸引著，并隨膠核一起運動，稱為反離子吸附層。吸附層的厚度一般為幾納米，它和電位離子層一起構(gòu)成膠體粒子的固定層。固定層外圍的反離子由于受電位離子的引力較弱，

17、受熱運動和水合作用的影響較大，因而不隨膠核一起運動，并趨于向溶液主體擴(kuò)散，稱為反離子擴(kuò)散層。擴(kuò)散層中，反離子濃度呈內(nèi)濃外稀的遞減分布，直至與溶液中的平均濃度相等。圖4-1膠體粒子結(jié)構(gòu)及其點位分布固定層與擴(kuò)散層之間的交界面稱為滑動面(Sliding Surface)。當(dāng)膠核與溶液發(fā)生相對運動時，膠體粒子就沿滑動面一分為二，滑動面以內(nèi)的部分是一個作整體運動的動力單元，稱為膠粒。由于其中的反離子所帶電荷數(shù)少于表面電荷總數(shù)，所以膠粒總是帶有剩余電荷。剩余電荷的電性與電位離子的電性相同，其數(shù)量等于表面電荷總數(shù)與吸附層反離子所帶電荷之差。膠粒和擴(kuò)散層一起構(gòu)成電中性的膠體粒子（即膠團(tuán)）。膠核表面電荷的存在，

18、使膠核與溶液主體之間產(chǎn)生電位，稱為總電位或電位。膠粒表面剩余電荷，使滑動面與溶液主體之間也產(chǎn)生電位，稱為電動電位或電位。圖4-1中的曲線AC和BC段分別表示出電位和電位隨與膠核距離不同而變化的情況。電位和電位的區(qū)別是：對于特定的膠體，電位是固定不變的，而電位則隨溫度、pH值及溶液中的反離子強(qiáng)度等外部條件而變化，是表征膠體穩(wěn)定性強(qiáng)弱和研究膠體凝聚條件的重要參數(shù)。根據(jù)電學(xué)的基本定律，可導(dǎo)出電位的表達(dá)式為（4-1）式中膠體粒子的電動電荷密度，即膠粒表面與溶液主體間的電荷差（SC）；擴(kuò)散層厚度，cm；水的介電常數(shù)，其值隨水溫升高而減小。由式（4-1）可見，在電荷密度和水溫一定時，電位取決于擴(kuò)散層厚度，

19、值愈大，電位也愈高，膠粒間的靜電斥力就愈大，膠體的穩(wěn)定性愈強(qiáng)。二、膠體的脫穩(wěn)和凝聚膠體因電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過程稱為脫穩(wěn)(Destabilization)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為微絮粒的過程稱為凝聚。不同的化學(xué)藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)和凝聚。按機(jī)理，脫穩(wěn)和凝聚可分為壓縮雙電層、電性中和、吸附橋連和網(wǎng)羅卷帶4種。1.壓縮雙電層壓縮雙電層(Electronic Double-layer Compression)是指在膠體分散系中投加能產(chǎn)生高價反離子的活性電解質(zhì)，通過增大溶液中的反離子強(qiáng)度來減小擴(kuò)散層厚度，從而使電位降低的過程。該過程的實質(zhì)是新增的反離子與擴(kuò)散層內(nèi)原有反離子之間的靜電斥

20、力把原有反離子程度不同地擠壓到吸附層中，從而使擴(kuò)散層減薄。如果從膠體間相互作用勢能的角度進(jìn)行分析，那末在膠粒間存在靜電斥力的同時，總是存在著范德華引力，兩種力的作用強(qiáng)度可分別用排斥勢能和吸引勢能來表述。膠體的視在穩(wěn)定性就取決于上述兩種勢能中何者占主導(dǎo)地位。理論分析說明，排斥勢能和吸引勢能都隨與膠粒中心距的縮小而增大，不同的是吸引勢能的變化幅度要比排斥勢能陡峭，而且與溶液中的反離子強(qiáng)度無關(guān)，而排斥勢能則能與反離子強(qiáng)度緊密相關(guān)。因此，對一種特定膠體只有一種吸引勢能曲線，但隨反離子強(qiáng)度的不同而有多種排斥勢能曲線。將排斥勢能和吸引勢能疊加，可得作用于粒子上的總勢能W。膠粒間作用勢能與中心距的關(guān)系可用圖

21、4-2所示的勢能曲線表述。圖中，表示低反離子強(qiáng)度下的高排斥勢能曲線，表示高反離子強(qiáng)度下的低排斥勢能曲線。如果對和進(jìn)行幾何疊加，可繪出相應(yīng)的綜合勢能曲線和。由圖可見，在范圍內(nèi)，曲線位于橫軸上方，并在處出現(xiàn)一個極大值；隨著值的增大，又逐漸變?yōu)樨?fù)值，并在處出現(xiàn)一個極大值，最后趨近于零。曲線則隨值由大變小而連續(xù)增大，并始終處于橫軸下方。圖4-2膠粒勢能曲線上述曲線上的極大值稱為勢能峰或勢能壘，可看作膠粒接觸碰撞所必須克服的“活化能”，只有將它降低到小于膠粒的動能時，膠粒之間才能發(fā)生碰撞和凝聚。在穩(wěn)定的膠體分散系中，膠粒的動能主要來自布朗運動，其值不過1.5kT（k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.3810-23J/K，T為絕對溫度，（K），）而勢能峰卻高達(dá)數(shù)百以至數(shù)千kT，因而膠粒始終不能超越勢能峰的阻礙而發(fā)生凝聚。但是，如果向體系中投加電解質(zhì)來壓縮雙電層，使電位由降低至，曲線由降低至。此時曲線上的值依次減小并向左移動。當(dāng)由降低至?xí)r，膠粒開始脫穩(wěn)；當(dāng)=0時，勢能峰消失，曲線進(jìn)一步降低至在所有值范圍內(nèi)WA都占主導(dǎo)的，膠粒的每次碰撞都促成聚集，膠體分散系便達(dá)到了快速凝聚狀態(tài)。2.電性中和當(dāng)投加的電解質(zhì)為鐵鹽、鋁鹽時，它們能在一定條件下離解和水解，生成各種絡(luò)離子，如Al(H2O