瀝青介紹的資料

瀝青介紹的資料第1頁/共134頁知識(shí)目標(biāo)

1、掌握石油瀝青的組成結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)的測定方法

2、熟悉改性瀝青、乳化瀝青的組成、性質(zhì)及應(yīng)用能力目標(biāo)

1、能針對(duì)不同的工程環(huán)境，根據(jù)國家及交通行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正確評(píng)價(jià)和選擇道路石油瀝青

2、能根據(jù)現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)規(guī)程的要求，正確完成道路石油瀝青的各項(xiàng)常規(guī)試驗(yàn)。第2頁/共134頁第二節(jié)改性瀝青第一節(jié)石油瀝青

第三節(jié)乳化瀝青

第四節(jié)煤瀝青

第3頁/共134頁

第4頁/共134頁瀝青的定義：在高度縮合的環(huán)烷環(huán)、芳香環(huán)上帶有長短不同的烷基側(cè)鏈的碳?xì)浠衔?，及其非金屬（O、S、N）衍生物組成的混合物，并含有微量元素顏色：暗褐色或黑色形態(tài)：常溫下為固體或半固體第5頁/共134頁瀝青地瀝青

焦油瀝青天然瀝青：石油在自然條件下，長時(shí)間經(jīng)受地球物理因素作用形成的產(chǎn)物

石油瀝青：石油經(jīng)各種煉制工藝加工而得的瀝青產(chǎn)品

煤瀝青：煤經(jīng)干餾所得的煤焦油，經(jīng)再加工后得到煤瀝青頁巖瀝青：頁巖煉油工業(yè)的副產(chǎn)品分類柏油第6頁/共134頁天然瀝青天然瀝青是石油在自然條件下，經(jīng)過千百萬年的時(shí)間，在溫度、壓力、氣體、無機(jī)物催化劑、微生物以及水分等綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質(zhì)。由于它常年與自然環(huán)境共存，故其性質(zhì)特別穩(wěn)定。由瀝青、礦物質(zhì)、水分構(gòu)成。根據(jù)天然瀝青生成礦床的不同，可以分為：

湖瀝青巖瀝青海底瀝青第7頁/共134頁（1）湖瀝青

特立尼達(dá)湖瀝青（TriniadaLakeAsphalt）是世界上最為著名的天然瀝青之一，它產(chǎn)于南美洲加勒比海島國－風(fēng)景秀麗的特立尼達(dá)和多巴哥境內(nèi)的瀝青湖。該瀝青湖又叫彼奇湖，面積44萬平方米，深約82米，湖中瀝青儲(chǔ)量達(dá)1200萬噸，是世界上最大的天然瀝青產(chǎn)地。特立尼達(dá)瀝青湖第8頁/共134頁（2）巖瀝青

巖瀝青生成于巖石的夾縫中，縫寬很窄，僅數(shù)十厘米，深可達(dá)幾百米。天然巖瀝青是一種純天然的碳?xì)浠衔?，熔點(diǎn)在150℃以上，我國青海及克拉瑪依地區(qū)有所開采，但很少用于道路。美國北部猶他州的Uintah盆地的UNTAITE巖瀝青是世界上最為著名的巖瀝青。技術(shù)指標(biāo)數(shù)值軟化點(diǎn)，℃160～175針入度，250比重1.04～1.06閃點(diǎn)，25℃315＋第9頁/共134頁我國道路瀝青生產(chǎn)量道路瀝青產(chǎn)量，萬頓第10頁/共134頁第一節(jié)石油瀝青第11頁/共134頁1.石油瀝青的生產(chǎn)和分類2.石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)3.石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)4.石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容第12頁/共134頁5.1石油瀝青5.1.1石油瀝青的生產(chǎn)工藝簡介插圖5.1.1.1石油的基屬分類分類指標(biāo)：“關(guān)鍵餾分特性”和“含硫量”。1)關(guān)鍵餾分特性分類關(guān)鍵餾分：“第一關(guān)鍵餾分”：常壓下，250~275C的餾分“第二關(guān)鍵餾分”：減壓下（5.33kPa），

275~300C的餾分第13頁/共134頁5.1.1石油瀝青生產(chǎn)工藝概述第14頁/共134頁基屬分類：由兩個(gè)關(guān)鍵餾分的特征參數(shù)和K確定

石油基屬

第一關(guān)鍵餾分基屬石蠟基（P）

中間基（M）環(huán)烷基（N）第二關(guān)鍵餾分基屬

石蠟基（P）石蠟基（P）中間—石蠟基（M-P）—中間基（M）石蠟—中間基

（P-M）中間基（M）環(huán)烷基—中間基（N-M）環(huán)烷基（N）—中間—環(huán)烷基（M-N）環(huán)烷基（N）第15頁/共134頁

廣泛用于建筑、公路、橋梁等工程中，主要用于生產(chǎn)防水材料和鋪筑瀝青路面、機(jī)場道面等。

土木工程建筑主要應(yīng)用石油瀝青。

應(yīng)用第16頁/共134頁2)含硫量的分類低硫原油：含硫量＜0.5%；含硫原油：0.5~3%；高硫原油：含硫量＞3%。3）石油基屬與瀝青路用性能的關(guān)系按照路用性能優(yōu)排隊(duì)：環(huán)烷基＞中間基＞石蠟基第17頁/共134頁原油→常壓渣油→減壓渣油→粘稠瀝青直餾瀝青：較好的變形能力，溫度敏感性較大氧化瀝青：較好的溫度穩(wěn)定性溶劑瀝青：丙烷液體瀝青：在粘稠瀝青中摻加煤油、汽油、柴油調(diào)配瀝青：調(diào)和瀝青、混合瀝青乳化瀝青：水＋乳化劑＋瀝青按加工方法分類第18頁/共134頁5.1.2石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)5.1.2.1石油瀝青的化學(xué)元素組成主要化學(xué)元素：碳C氫H硫S氧O氮N82~88%；8~11%；0~6%；0~1.5%；0~1%微量金屬元素：釩、鎳、鐵、鎂和鈣碳?xì)浔龋篊/H大慶石油瀝青：C/H=0.657某環(huán)烷基石油瀝青：C/H=0.710第19頁/共134頁5.1.2.2石油瀝青的化學(xué)組分

化學(xué)組分分析方法化學(xué)組分：化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、路用性能

將瀝青分離為化學(xué)性質(zhì)相近，而且與其工程性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個(gè)組，這些組就稱為組分。我國現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000)規(guī)定有三組分和四組分兩種分析方法。

將瀝青分離為化學(xué)性質(zhì)相近，而且與其工程性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個(gè)組，這些組就稱為組分。我國現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000)規(guī)定有三組分和四組分兩種分析方法。

第20頁/共134頁狀態(tài)顏色褐色或黑褐色常溫下呈固態(tài)、半固態(tài)或粘性液態(tài)由許多高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的復(fù)雜混合物成分組分石油瀝青的三大組分組分狀態(tài)作用

油分粘性液態(tài)使瀝青具有流動(dòng)性

樹脂粘稠狀半固態(tài)使瀝青具有塑性和粘結(jié)性

地瀝青質(zhì)固態(tài)使瀝青具有粘滯性和溫度穩(wěn)定性基本性質(zhì)第21頁/共134頁組分油分（芳香油和飽和油）油狀液體，密度最小，加熱可以揮發(fā)，能溶于有機(jī)溶劑，它們賦予瀝青以流動(dòng)性。分子量為100～500。樹脂（瀝青脂膠）粘稠狀液體（半固體），密度大于油分，屬于中性樹脂，能溶于有機(jī)溶劑（苯、汽油）。它們賦予瀝青以良好的粘結(jié)性、塑性和可流動(dòng)性，分子量為500～1000。地瀝青質(zhì)（瀝青質(zhì)）固態(tài)無定性物質(zhì)，密度大于1，決定瀝青的溫度敏感性和粘滯性，其含量越高，瀝青軟化點(diǎn)越高，粘性越大，越硬脆。分子量大于1000～6000。第22頁/共134頁

瀝青四組分對(duì)瀝青性能的影響組分分子量高溫粘度低溫變形能力化學(xué)穩(wěn)定性飽和分S500~700××√芳香分A300~2000×√×膠質(zhì)R1000~50000√√×瀝青質(zhì)At1000~100000√×—蠟分：高溫軟化、低溫結(jié)晶析出第23頁/共134頁瀝青的含蠟量定義：指瀝青在除去瀝青質(zhì)和膠質(zhì)之后，在油分中含有的、經(jīng)冷凍能結(jié)晶析出的組分，與瀝青中的其他組分相比，其組成和結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。蠟對(duì)瀝青路用性能的影響，主要是由于瀝青中蠟的存在，在高溫時(shí)會(huì)使瀝青容易發(fā)軟，導(dǎo)致瀝青路面的高溫穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)車轍。在低溫時(shí)會(huì)使瀝青變得脆硬，導(dǎo)致路面低溫抗裂性降低，出現(xiàn)裂縫。第24頁/共134頁瀝青中的蠟

蠟會(huì)降低石油瀝青的粘結(jié)性和塑性，對(duì)溫度特別敏感。易出現(xiàn)的問題：高溫發(fā)軟，會(huì)導(dǎo)致瀝青路面高溫穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)車轍；低溫變得脆硬，低溫抗裂性降低，出現(xiàn)裂縫；瀝青與石料的粘附性降低，在有水的條件下，使路面石子產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，造成路面破壞；路面的抗滑性降低，影響路面的行車安全。第25頁/共134頁組分的相溶特性

油分與樹脂相溶；樹脂能浸潤地瀝青質(zhì)；地瀝青質(zhì)對(duì)油分有憎液性。膠體結(jié)構(gòu)

以地瀝青質(zhì)為核心構(gòu)成膠核；膠核周圍形成樹脂薄膜，薄膜外吸附一層油分構(gòu)成膠團(tuán)；無數(shù)膠團(tuán)分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。分散體結(jié)構(gòu)

分散相是吸附部分樹脂的地瀝青質(zhì)；分散介質(zhì)是溶有部分樹脂的油分。石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)石油瀝青不僅取決于它的化學(xué)組分及其化學(xué)結(jié)構(gòu)，還取決于它的膠體結(jié)構(gòu)。5.1.2.3瀝青的結(jié)構(gòu)第26頁/共134頁溶膠結(jié)構(gòu)油分較多，膠團(tuán)較少，溫度穩(wěn)定性差；膠團(tuán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)自由，流動(dòng)性和塑性較好。凝膠結(jié)構(gòu)油分與樹脂較少，地瀝青質(zhì)較多，溫度穩(wěn)定性好；膠團(tuán)相互連接成不規(guī)則空間網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)，彈性和粘性較高，流動(dòng)性和塑性較低。溶－凝膠結(jié)構(gòu)介于溶膠結(jié)構(gòu)與凝膠結(jié)構(gòu)之間。瀝青的膠體結(jié)構(gòu)第27頁/共134頁溶膠結(jié)構(gòu)凝膠結(jié)構(gòu)瀝青的膠體結(jié)構(gòu)第28頁/共134頁瀝青性能石油基屬：環(huán)烷基＞中間基＞石蠟基直餾瀝青制作工藝氧化瀝青液體瀝青:摻加煤油、汽油、柴油調(diào)配瀝青：摻加其他瀝青乳化瀝青：水＋乳化劑＋瀝青瀝青的組成與結(jié)構(gòu)膠體結(jié)構(gòu)：溶膠型、凝膠型、溶凝膠型元素組成：C、H、O、S、N→C/H化學(xué)組分：飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)石油瀝青的基本性能第29頁/共134頁石油瀝青技術(shù)性質(zhì)粘滯性塑性溫度敏感性大氣穩(wěn)定性5.1.3石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)第30頁/共134頁衡量指標(biāo)定義影響因素5.1.3.1粘滯性第31頁/共134頁定義

粘滯性——又稱粘性，反映石油瀝青在外力作用下，抵抗變形的能力。第32頁/共134頁衡量指標(biāo)

液態(tài)瀝青：用粘滯度表示，指液態(tài)瀝青在一定溫度下，經(jīng)規(guī)定直徑的孔洞漏下50mL所需要的時(shí)間，用符號(hào)Ctd表示。固態(tài)或半固態(tài)瀝青：用針入度表示，指在溫度為25℃的條件下，以質(zhì)量100g的標(biāo)準(zhǔn)針，經(jīng)5s沉入瀝青中的深度（每深入0.1mm為1°）。粘滯度Ctd↑，粘滯性↑針入度↑，粘滯性↓第33頁/共134頁1）瀝青的粘度

圖4-5牛頓液體

⑴

牛頓液體→粘度（單位：Pa?s）

圖4-6τ與應(yīng)變速率

⑵非牛頓液體→視粘度或表觀粘度

C－復(fù)合流動(dòng)系數(shù)

⑶動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度第34頁/共134頁FdVdy牛頓液體受力示意圖

η—粘滯系數(shù)（粘度）瀝青FAu第35頁/共134頁影響因素組分：地瀝青質(zhì)含量↑，粘滯性↑溫度：溫度↑，粘滯性↓第36頁/共134頁第37頁/共134頁針入度等級(jí)道路石油瀝青200～300150～200110～15080～10050～80建筑石油瀝青25～4010～25建筑石油瀝青主要用于屋面及地下防水、溝槽防水及防腐。管道防腐蝕工程，也可制造油氈、油紙、防水涂料等建筑材料。（粘度較大）第38頁/共134頁衡量指標(biāo)定義影響因素5.1.3.2塑性第39頁/共134頁定義

塑性——指石油瀝青在外力作用下產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后，仍能保持變形后的形狀的性質(zhì)。第40頁/共134頁衡量指標(biāo)用延伸度表示，簡稱為延度。延伸度是將石油瀝青標(biāo)準(zhǔn)試件在規(guī)定溫度（25℃）和規(guī)定速度（5cm/s）的條件下在延度儀上進(jìn)行拉伸，以試件拉斷時(shí)的伸長值（cm）表示。延伸度↑，塑性↑第41頁/共134頁影響因素組分：樹脂含量↑，塑性↑溫度：溫度↑，塑性↑拉伸速度：拉伸速度↑，塑性↑第42頁/共134頁衡量指標(biāo)定義影響因素工程實(shí)際5.1.3.3溫度敏感性第43頁/共134頁定義溫度敏感性——指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。溫度敏感性小：粘滯性和塑性隨溫度的變化大粘滯性和塑性隨溫度的變化小溫度敏感性大：第44頁/共134頁衡量指標(biāo)用軟化點(diǎn)表示，指瀝青受熱由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢鲃?dòng)性膏體時(shí)的溫度（℃）。軟化點(diǎn)↑，溫度敏感性↓第45頁/共134頁軟化點(diǎn)測試示意圖

固態(tài)液態(tài)硬化點(diǎn)

滴落點(diǎn)TR&B(℃)條件粘度粘度變化第46頁/共134頁在規(guī)定的速率下降溫，等速彎曲11次/min，記錄瀝青薄膜的開裂溫度，單位℃。瀝青脆點(diǎn)儀和彎曲器

第47頁/共134頁瀝青的粘度等性能隨溫度的不同而產(chǎn)生明顯的變化的特性針入度－溫度關(guān)系溫度TlgPlogP=AT+KA－針入度－溫度感應(yīng)性系數(shù)第48頁/共134頁A值的確定方法溫度TlgP25℃P25TR&BPR&B600~1000③數(shù)組（Pi,Ti）→進(jìn)行回歸第49頁/共134頁2）針入度指數(shù)PI的確定

令：感溫性最大A=∞，PI值為-10

感溫性最小A=0，PI值為+20logP=AT+KPI與瀝青感溫性的關(guān)系第50頁/共134頁⑶針入度指數(shù)的確定方法①已知條件：不同溫度下的針入度（Pi、Ti）（2組以上）或針入度與軟化點(diǎn)②計(jì)算方法計(jì)算A值→PI

查圖第51頁/共134頁影響因素組分：地瀝青質(zhì)含量↑，溫度敏感性↓石蠟含量：石蠟含量↑，溫度敏感性↑第52頁/共134頁工程實(shí)際

工程中應(yīng)用的瀝青軟化點(diǎn)不能太低，否則夏季易產(chǎn)生變形，甚至流淌；但也不能太高，否則太硬，不易施工，冬季易發(fā)生脆裂現(xiàn)象。第53頁/共134頁定義大氣穩(wěn)定性－－指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等大氣因素長期綜合作用下，抵抗老化的性能。測定方法瀝青的大氣穩(wěn)定性通過測定加熱損失、加熱前后針入度、軟化點(diǎn)等性質(zhì)的改變值來表示。瀝青的老化－－指瀝青在大氣因素的長期綜合作用下，逐漸失去粘滯性、塑性而變硬變脆的現(xiàn)象。大氣穩(wěn)定性第54頁/共134頁

初步判斷是因?yàn)r青材料老化及低溫所致：

從裂縫的形狀來看，瀝青老化、低溫引起的裂縫大多為橫向，且裂縫幾乎為等距離間距。這與該圖展示的路面破損情況吻合。該路已修筑多年，瀝青老化后變硬、變脆，延伸性下降，低溫穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生裂縫、松散。在冬天，氣溫下降，瀝青混合料受基層的約束而不能收縮，產(chǎn)生了應(yīng)力，應(yīng)力超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度，路面便產(chǎn)生開裂。每到冬天，一些瀝青路面總會(huì)出現(xiàn)一些裂縫，裂縫大多是橫向的，且?guī)缀鯙榈染嚯x間距的，在冬天裂縫尤其明顯。5.1.3.4老化性第55頁/共134頁現(xiàn)象：瀝青性質(zhì)隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化

→變脆變硬→老化針入度下降、粘度增加、軟化點(diǎn)增加、瀝青誘因：熱氧氣光（紫外線）過程：貯存運(yùn)輸加熱拌和使用第56頁/共134頁老化機(jī)理：輕質(zhì)組分揮發(fā)氧化、組分轉(zhuǎn)化老化前老化后飽和分S芳香分A膠質(zhì)S瀝青質(zhì)At膠質(zhì)→瀝青質(zhì)

芳香分→膠質(zhì)第57頁/共134頁老化性能評(píng)價(jià)方法：

①蒸發(fā)損失試驗(yàn)②薄膜加熱試驗(yàn)TFOT③旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)RTFOT④PAV壓力老化試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)：質(zhì)量損失針入度比延度第58頁/共134頁瀝青薄膜加熱烘箱示意圖

試件：50g瀝青試樣試驗(yàn)條件：163℃，5h試驗(yàn)指標(biāo)：質(zhì)量損失針入度比延度膜厚度～3mm針入度皿～21mm第59頁/共134頁第60頁/共134頁圖5-18瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱烘箱示意圖

試件：35g瀝青試樣，試驗(yàn)條件：163℃，75min第61頁/共134頁P(yáng)AV壓力老化試驗(yàn)儀試件：RTFOT后的薄膜試樣試驗(yàn)條件：90～110℃，20h，2.07MPa第62頁/共134頁

瀝青閃點(diǎn)儀示意圖閃點(diǎn)是指加熱瀝青揮發(fā)出的可燃?xì)怏w與空氣組成混合氣體在規(guī)定條件下與火接觸，產(chǎn)生閃光時(shí)的瀝青溫度。燃點(diǎn)指瀝青加熱產(chǎn)生的混合氣體與火接觸能持續(xù)然繞5S以上是的瀝青溫度。閃點(diǎn)和燃點(diǎn)溫度相差10度左右

5.1.3.5安全性第63頁/共134頁5.1.3.6瀝青的粘彈性1）瀝青材料的粘-彈性現(xiàn)象插圖

蠕變—在應(yīng)力保持不變的情況下，應(yīng)變隨時(shí)間增加而增加

應(yīng)力松弛—在保持應(yīng)變不變的情況下，應(yīng)力隨時(shí)間增加逐漸衰減插圖

第64頁/共134頁瀝青材料的粘－彈性現(xiàn)象第65頁/共134頁2）瀝青的勁度模量

定義：S=(/

)t,T

確定方法：滑板粘度試驗(yàn)瀝青勁度模量諾模圖：①荷載作用時(shí)間

②路面溫度差:Tp-TR&B③瀝青的PI時(shí)間t勁度模量S0℃25℃第66頁/共134頁由針入度指數(shù)預(yù)測瀝青勁度第67頁/共134頁時(shí)間t變形ε溫度T1溫度T2彈性粘性瀝青材料的粘－彈性現(xiàn)象第68頁/共134頁5.1.3.7瀝青的粘附性影響因素：集料的親水性：

SiO2:0%52%65%

堿性集料中性集料酸性集料瀝青的粘度與極性瀝青混合料的空隙率評(píng)價(jià)方法：水煮法和水浸法試樣

光電分光光度法第69頁/共134頁石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)、選用與摻配

1、石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)道路石油瀝青（有七個(gè)牌號(hào))牌號(hào)越大，粘性越小（針入度越大）；牌號(hào)越大，塑性越好（延度越大）；牌號(hào)越大，溫度敏感性越大（軟化點(diǎn)越低）。建筑石油瀝青（有三個(gè)牌號(hào)）牌號(hào)越小，粘性越大（針入度越?。?；牌號(hào)越大，塑性越差（延度越?。?；牌號(hào)越大，溫度敏感性越?。ㄜ浕c(diǎn)越高）。5.1.4石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第70頁/共134頁

2、石油瀝青的選用

選用原則：根據(jù)工程性質(zhì)與要求、適用部位、環(huán)境條件等因素選用，在滿足適用條件的前提下，應(yīng)選用牌號(hào)較大的石油瀝青，以保證使用壽命。道路瀝青拌制瀝青混凝土、瀝青拌和料或?yàn)r青砂漿；密封材料、粘結(jié)劑以及瀝青涂料。建筑石油瀝青制造油紙，油氈、防水涂料和瀝青膠，絕大部分用于屋面、地下防水、溝槽防水防腐蝕及管道防腐等工程。第71頁/共134頁第二節(jié)改性瀝青第72頁/共134頁改性通過組成設(shè)計(jì)和分子設(shè)計(jì)，達(dá)到理想性能瀝青的改性73第73頁/共134頁不同加工過程瀝青性質(zhì)的變化趨勢

性能等級(jí)LowHIGH工藝優(yōu)化原油選擇基質(zhì)瀝青改性瀝青

基質(zhì)瀝青性能范圍符合PG各等級(jí)要求特殊用途不同的工藝和不同的改性劑

ABCD74第74頁/共134頁不同的問題尋求不同的解決方案瀝青性質(zhì)削弱瀝青性質(zhì)得到改善彈性體改性劑塑性改性劑

彈性恢復(fù)

抗疲勞

低溫柔性

紫外老化

熱穩(wěn)定性

勁度

熱穩(wěn)定性

抗紫外老化

低溫柔性

彈性恢復(fù)瀝青的質(zhì)量控制75第75頁/共134頁瀝青材料的發(fā)展趨勢—改性

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車流量越來越大，車荷載越來越重，氣溫逐漸變暖，重交通道路瀝青已不能滿足高等級(jí)公路和特殊路段的使用要求，為了提高路面的抗永久變形、抗車轍、抗擁包、抗推移、抗疲勞、抗低溫開裂、抗老化、抗水侵害等病害能力，瀝青材料的研究部門和應(yīng)用部門提出了對(duì)道路瀝青進(jìn)行改性，以此來提高瀝青材料的綜合性能。

76第76頁/共134頁所謂改性瀝青就是在基質(zhì)瀝青中添加適當(dāng)和適量的改性劑（一種或多種），以提高或改善瀝青的某些性能，達(dá)到路用要求的過程或手段。77第77頁/共134頁改性劑的種類樹脂類熱塑性塑料：PE、EVA等；熱固性塑料：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等；橡膠類：NR、SBR、CR、BR、IIR等；熱塑性彈性體：SBS、SIS、SEBS等；天然瀝青：湖瀝青（TLA）、巖瀝青等。熱塑性彈性體SBS與瀝青具有較好的相溶性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，兼有較好的高溫性能和低溫性能，是改性瀝青普遍采用的改性劑。78第78頁/共134頁SBS瀝青改性劑嵌段共聚物SBS改性劑的性質(zhì)

SBS是一種熱塑性彈性體，是以丁二烯和苯乙烯為單體，環(huán)己烷為溶劑，正丁基鋰為引發(fā)劑，四氫呋喃為活化劑，采用陰離子聚合得到的線型或星型嵌段共聚物。SBS高分子鏈具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的不同嵌段，即塑性段和橡膠段，形成類似合金的組織結(jié)構(gòu)。由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使其既具有塑料的剛性和塑性，又具有橡膠的柔性和彈性，目前在國內(nèi)外，SBS是應(yīng)用量最多、最廣泛的瀝青改性劑。79第79頁/共134頁SBS結(jié)構(gòu)SBS結(jié)構(gòu)有線型與星型，苯乙烯和丁二烯的比例在生產(chǎn)時(shí)可以控制，其分子量從5萬到30萬。所以，在生產(chǎn)改性瀝青時(shí)，要根據(jù)基質(zhì)瀝青的性質(zhì)來篩選SBS，以達(dá)到比較理想的改性效果。

80第80頁/共134頁SBS改性瀝青的發(fā)展歷程

SBS的性能不同于其它橡膠，它在常溫下不需要硫化就可以具有良好的彈性，當(dāng)溫度升到180℃以上時(shí)，它可以變軟、熔化，易于加工。1、物理改性

SBS物理改性瀝青就是將SBS與瀝青按一定的比例，在180℃左右攪拌溶漲，通過膠體磨研磨，使SBS顆粒達(dá)到10微米以下，與瀝青混合的過程。所形成的瀝青體系是非穩(wěn)定體系，產(chǎn)品需要不停攪拌，停止攪拌SBS就凝聚成大膠粒從瀝青中析出。81第81頁/共134頁瀝青改性土木工程中使用的瀝青要求：在低溫下應(yīng)有彈性和塑性；在高溫下要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；在加工和使用中具有抗老化能力；與礦物和結(jié)構(gòu)表面有較強(qiáng)的粘附力；以及對(duì)構(gòu)件變形的適應(yīng)性和耐疲勞性。瀝青材料本身難以滿足這些性能要求，需用其他材料改性。氧化改性、礦物填充料改性、聚合物改性三種。第82頁/共134頁第三節(jié)乳化瀝青第83頁/共134頁乳化瀝青乳化瀝青的發(fā)展過程1瀝青的乳化劑和乳化原理2第84頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程1.概念一種物質(zhì)以多個(gè)分子形成的集合體（微粒）的形式，分散在另一種物質(zhì)中，形成相對(duì)穩(wěn)定的混合物，這一過程就叫做乳化，形成的混合物叫做乳液。水油水油第85頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程1.概念將瀝青加熱融化，在機(jī)械的作用下，使瀝青以微小的顆粒狀態(tài)分散于含有乳化劑的水溶液中，形成一種水包油狀的，相對(duì)穩(wěn)定的乳液，叫做乳化瀝青。乳液：油包水型水包油型√普通乳液√（1—20）精細(xì)乳液（0.01-0.05）水油油水油包水型水包油型第86頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程乳化瀝青的使用范圍表面處治瀝青再生其他霧狀封層砂封層稀漿封層微表處開普頓封層現(xiàn)場冷拌和現(xiàn)場熱拌和全厚度再生場拌土壤穩(wěn)定透層基層穩(wěn)定保護(hù)層填坑裂縫填補(bǔ)粘層貫入式防塵劑第87頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程2.乳化瀝青的發(fā)展

20世紀(jì)初開始噴灑防塵

20世紀(jì)20年代應(yīng)用于道路

20世紀(jì)30年代－50年代中期乳化瀝青用量緩慢增長

1953年起乳化瀝青用量開始穩(wěn)定上升近30年來乳化瀝青迅速發(fā)展第88頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程3.乳化瀝青在我國的發(fā)展建國前少量應(yīng)用建國初停止

1978年交通部成立了“陽離子乳化瀝青路用性能研究”課題協(xié)作組開始推廣

1985左右許多省市開始應(yīng)用

90年代中期至今在我國迅速普及應(yīng)用近幾年改性乳化瀝青技術(shù)開始發(fā)展和應(yīng)用第89頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程4.乳化瀝青的未來發(fā)展

（1）使用量將越來越大隨著路網(wǎng)的逐漸形成與完善，低等級(jí)道路的升級(jí)要求，乳化瀝青使用量將越來越大；隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和能源的逐漸緊張，乳化瀝青占瀝青的比例也將越來越大。（2）使用范圍越來越廣乳化瀝青的使用，除了新建道路外，更重要的應(yīng)用領(lǐng)域是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和矯正性養(yǎng)護(hù)。（3）質(zhì)量越來越高隨著配方技術(shù)、乳化技術(shù)、膠體磨技術(shù)的不斷發(fā)展，乳化瀝青更趨于專用化，這有利于發(fā)展施工工藝和路面質(zhì)量的提高。第90頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程5.乳化瀝青的特點(diǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

擴(kuò)大瀝青適用范圍提高道路質(zhì)量節(jié)省材料節(jié)約能源延長施工季節(jié)優(yōu)點(diǎn)減少環(huán)境污染，改善施工條件第91頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程各種路面結(jié)構(gòu)瀝青用量的比較路面結(jié)構(gòu)形式熱瀝青用量乳化瀝青節(jié)約瀝青（%）用量折合瀝青用量簡易封層（1cm)1.0-1.2kg/m21.2-1.4kg/m20.72-0.84kg/m230表面處治（拌和2cm)3.0-4.5%4.0-7.0%2.4-4.2%12多層表處（層普3cm)4.0-4.6kg/m24.8-5.4kg/m22.88-3.24kg/m228貫入式（4cm)4.4-5.1kg/m26.0-6.8kg/m22.4-4.08kg/m211瀝青碎石2.5-4.5%3.5-6%2.1-3.6%20中粒式混凝土4.0-5.5%6.0-8.0%3.6-4.8%12細(xì)粒式混凝土4.5-6.5%6.5-9.5%3.9-5.7%13粘、透層油0.8-1.2kg/m20.8-1.2kg/m20.48-0.72kg/m240第92頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程乳化瀝青車間與熱瀝青車間環(huán)境對(duì)比檢測項(xiàng)目乳化瀝青車間熱力青車間降低倍數(shù)苯并（a）吡2.0×10-51.49×10-47.4酚0.0233.14136總烴2.522.279第93頁/共134頁乳化瀝青的發(fā)展過程應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到：1．乳化瀝青不是熱瀝青的替代品，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，互相補(bǔ)充，相輔相成。

2．有一定的適用范圍和方法，不是萬能的，必須科學(xué)地使用乳化瀝青。

3．其技術(shù)含量很高，必須掌握它的內(nèi)在規(guī)律，才能真正發(fā)揮出它獨(dú)特的作用。

4.乳化瀝青技術(shù)發(fā)展至今還不十分完善，許多技術(shù)方面的問題還需要我們做進(jìn)一步研究和探討?？偟膩碚f乳化瀝青是一種節(jié)約、安全、環(huán)保、有效且通用的道路材料系統(tǒng)。第94頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理一、表面活性劑分子內(nèi)含有親水基和親油基，能夠降低液體的表面張力和不相容兩液面間的界面張力的物質(zhì)，叫做表面活性劑。

表面活性劑分子的特殊結(jié)構(gòu)

親油基C-H結(jié)構(gòu)非極性與油相似易溶于油

親水基離子或相似離子結(jié)構(gòu)極性與水相似親油基親水基第95頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理表面活性劑的基本性質(zhì)

1、膠束的形成

當(dāng)表面活性劑溶于水后，它的親水基一端可溶于水，而親油基的一端有排斥水的趨勢，這樣，表面活性劑分子就會(huì)在水溶液的表面或油水界面，采取一種定向的排列。水油第96頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理2、表面張力與表面活性劑濃度之間的關(guān)系0.20.40.60.8108090706050403020表面活性劑濃度（%）表面張力（N/m)第97頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理2、表面張力與表面活性劑濃度之間的關(guān)系1、極稀溶液2、稀溶液3、臨界膠束濃度4、大于臨界膠束濃度第98頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理2、表面張力與表面活性劑濃度之間的關(guān)系表面活性劑溶液，只有當(dāng)其濃度高于臨界膠束濃度的時(shí)候，才能顯示其作用。臨界膠束濃度不是一個(gè)特別明顯的界限，所以臨界膠束濃度應(yīng)看作是一個(gè)范圍，它不是一個(gè)精確的點(diǎn)。表面活性劑的臨界膠束濃度都很低，一般為0.001-0.02mol/L,即0.02%-0.04%。瀝青乳化劑是表面活性劑的一種,它也遵循上述規(guī)律。第99頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理3.表面活性劑的親水親油平衡（HLB）（1）概念規(guī)定：石蠟的HLB=0（親水性最差）油酸的HLB=1

油酸鉀的HLB=20

烷基硫酸鈉的HLB=40（親水性最好）其他的表面活性劑的HLB值，用乳化試驗(yàn)的乳化效果來確定。第100頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理（2）HLB值的計(jì)算

HLB=20(1-M0/M)MO—親油基的分子量

M—表面活性劑的分子量HLB=7+∑(親水基團(tuán)數(shù))-∑（親油基團(tuán)數(shù)）HLB混=∑（HLB單×質(zhì)量%）第101頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理（3）HLB值的作用大體判斷該表面活性劑的水溶性HLB值表面活性劑的水溶性1-4在水中基本不能分散3-6在水中分散不完全6-8加以攪拌即能分散8-10分散液穩(wěn)定10-13具有透明感的分散>13透明溶液第102頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理大體判斷其作用035791012151820消泡作用乳化作用油包水W/O滲透作用增容作用洗滌作用乳化作用水包油O/W第103頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理大體判斷其用途HLB值工業(yè)中的用途3-6乳化劑（W/O)7-9濕潤劑8-18乳化劑（O/W)13-15洗滌劑15-18增溶劑（加溶劑）第104頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理二、瀝青乳化劑

1.概念用于瀝青乳化的表面活性劑，一般叫做瀝青乳化劑。

1、瀝青乳化劑具有表面活性劑的基本特性。

2、表面活性劑有幾千種之多，但可用于瀝青乳化的表面活性劑只有很少一部分。

3、瀝青乳化劑的HLB值一般在8-18之間。第105頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理2.瀝青乳化劑的類型按離子的類型分類

離子型乳化劑陽離子型乳化劑

非離子型乳化劑兩性離子型乳化劑

陰離子型乳化劑

-++/-第106頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理瀝青--------乳化劑與瀝青微粒的結(jié)合形式瀝青++++++++陰離子乳化劑陽離子乳化劑第107頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理按親水基的種類分類（1）陰離子乳化劑R-COONa羧酸鹽

RSO3Na磺酸鹽

ROSO3Na硫酸脂鹽

ROPO3Na磷酸脂鹽（2）陽離子型乳化劑R-NHCH2CH2CH2NH2

烷基胺

R-NH2HCl伯胺鹽

R-NH2(CH3)Cl仲胺鹽

R-NH(CH3)2Cl叔胺鹽

R-N(CH3)4Cl季胺鹽第108頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理按親水基的種類分類（3）兩性離子型乳化劑

R-NHCH2CH2COOH氨基酸型

R-N(CH3)2CH2COOH甜菜堿型（4）非離子型乳化劑

R-O-(CH2CH2O)n-H聚氧乙烯型

R-COOC(CH2OH)3

多元醇型第109頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理按施工時(shí)的破乳速度分慢裂型中裂型快裂型慢裂快凝型第110頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理3.乳化劑的復(fù)配單一的乳化劑，有時(shí)乳化效果不好，如果加入其他一些乳化劑或者助劑則能達(dá)到較好的效果。助劑加入達(dá)到的作用

生產(chǎn)出合格的乳化瀝青降低乳化瀝青的生產(chǎn)成本滿足不同的施工要求如果加入的物質(zhì)屬于乳化劑第二乳化劑如果加入的物質(zhì)不屬于乳化劑添加劑或助劑第111頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理（1）復(fù)合乳化劑

1、陽-陽復(fù)配2、陽-非復(fù)配3、陰-陰復(fù)配4、陰-非復(fù)配（2）穩(wěn)定劑或助劑的加入

1、無機(jī)類助劑2、增稠劑3、調(diào)酸堿類助劑第112頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理4.乳化劑對(duì)乳化瀝青性能的影響（1）乳化劑對(duì)瀝青性能的影響原瀝青延度與乳化瀝青蒸發(fā)殘留物延度的實(shí)驗(yàn)對(duì)比

乳化劑編號(hào)123456789原瀝青粘度(cm)92.060.080.0>100>100>100>100>10098.0蒸發(fā)殘留物(cm)30.025.038.051.055.069.069.0>100>100延度降低率(%)67.458.352.5>49.0>45.0>31.0>4.00<-2.0第113頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理（2）乳化瀝青的起泡性防止起泡：生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，輸送液體時(shí)，將管子插到容器底部，也可加入消泡劑消泡，但會(huì)增加成本。（3）乳化劑對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響用不同的乳化劑生產(chǎn)的乳化瀝青，其穩(wěn)定性不同。一般情況下乳化劑用量越多，乳液的穩(wěn)定性越好（4）乳化劑對(duì)破乳速度的影響影響破乳速度的因素很多，最主要的是乳化劑的結(jié)構(gòu)。陰離子乳化劑多數(shù)為慢裂乳化劑，陽離子乳化瀝青的破乳速度趨于加快。乳化劑用量大，破乳速度就慢，乳化劑的用量小，則破乳速度加快。第114頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理三、瀝青的乳化原理

乳化劑連接了瀝青與水兩種互不相溶的體系，降低了瀝青與水界面的表面張力，使瀝青能夠以微小的顆粒狀態(tài)分散于水溶液中，形成相對(duì)穩(wěn)定的混合物。乳化瀝青的必要條件1.瀝青2.水3.乳化劑4.穩(wěn)定劑減少乳化劑用量，降低成本。提高乳液的穩(wěn)定性。有些乳化劑，需調(diào)酸才可使用。第115頁/共134頁瀝青的乳化劑和乳化原理乳化瀝青的性質(zhì)1、常溫下，乳化瀝青是一種黑色或棕黑色的易流動(dòng)的液態(tài)混合物。

2、乳化瀝青由瀝青、水、乳化劑三種基本成分組成。

3、瀝青以微粒的形式分散（或懸?。┯谒芤褐?。

4、乳化瀝青是一個(gè)不穩(wěn)定的體系，在某些條件改變時(shí)會(huì)破乳析出瀝青。

5、乳化瀝青是一種水包油狀的乳液。第116頁/共134頁第四節(jié)煤瀝青第117頁/共134頁什么是煤瀝青？煤瀝青是煤焦油瀝青的簡稱，是煤焦油蒸餾后的殘?jiān)?，為煤焦油加工過程中的大宗產(chǎn)品，是制取各種碳素材料不可替代的原料。中國是煤瀝青生產(chǎn)和應(yīng)用的大國，目前煤瀝青的產(chǎn)量已達(dá)200萬t，占煤焦油總量的50％以上。目前，煤瀝青主要用于制造冶金業(yè)中碳素電極的粘結(jié)劑，高附加值的碳材料和針狀焦，以及防水和建筑材料，其中以粘結(jié)劑的應(yīng)用最為廣泛。但是，未經(jīng)改質(zhì)的煤焦油瀝青，其軟化點(diǎn)低，揮發(fā)份高，結(jié)焦值低。所生產(chǎn)的電極制品比電阻大，抗氧化和熱穩(wěn)定性差，機(jī)械強(qiáng)度低。因此，煤焦油瀝青要經(jīng)過改質(zhì)，改善其理化性質(zhì)后，才能滿足電極生產(chǎn)的質(zhì)量要求。第118頁/共134頁一、煤瀝青的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.煤瀝青的化學(xué)元素組成

煤瀝青主要是由碳、氫、硫和氮元素組成。由于它的高度縮聚和短側(cè)鏈的特點(diǎn)，所以他的碳?xì)浔仁蜑r青大的多。第119頁/共134頁煤瀝青和石油瀝青元素組成比較

第120頁/共134頁石油瀝青和煤瀝青的區(qū)別性質(zhì)石油瀝青煤瀝青密度近于1.01.25～1.28燃燒煙少、無色、有松香味，無毒煙多、黃色、臭味大、有毒錘擊韌性較好韌性差、較脆顏色呈輝亮褐色濃黑色溶解易溶于煤油或汽油中呈棕黑色難溶于煤油或汽油中呈棕黑色溫度穩(wěn)定性較好較差大氣穩(wěn)定性較高較低防水性較好較差（含酚，能溶于水）抗腐蝕性差強(qiáng)第121頁/共134頁煤瀝青的化學(xué)組分

煤瀝青是5000多種三環(huán)以上多環(huán)芳香族化合物和少量與炭黑相似的高分子物質(zhì)構(gòu)成的多相體系和高碳物料，含碳92％～94％，含氫僅4％～5％左右，是制取各種碳素材料不可替代的原料。煤瀝青可分離為：油分、軟樹脂、硬樹脂和游離碳等四個(gè)組分。油份又可以分離為中性油、酚、萘和蒽。第122頁/共134頁1.游離碳

游離碳又稱自由碳，是高分子有機(jī)化合物的固態(tài)碳質(zhì)微粒，不容于任何有機(jī)溶劑。加熱不容物質(zhì)高溫分解。煤瀝青的游離碳含量增加，可提高其粘度和溫度的的穩(wěn)