《建筑材料》課件-石油瀝青及性能檢測

建筑材料石油瀝青及性能檢測1、瀝青2、石油瀝青及性能檢測3、石油瀝青的應(yīng)用

1、瀝青瀝青材料是一種有機(jī)膠凝材料。它是由高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘伲ㄑ?、硫、氮等）衍生物組成的復(fù)雜混合物。常溫下，瀝青呈褐色的固體、半固體或液體狀態(tài)。瀝青是憎水性材料，幾乎完全不溶于水，而與礦物材料有較強(qiáng)的粘結(jié)力，結(jié)構(gòu)致密、不透水、不導(dǎo)電，耐酸堿侵蝕，并有受熱軟化、冷后變硬的特點(diǎn)。因此瀝青廣泛用于工業(yè)與民用建筑的防水、防腐、防潮，以及道路和水利工程。高聚物改性瀝青防水材料是目前應(yīng)用較多的防水材料。瀝青按產(chǎn)源可分為地瀝青（天然瀝青、石油瀝青）和焦油瀝青（煤瀝青、頁巖瀝青）。目前工程中常用的主要是石油瀝青，另外還使用少量的煤瀝青。天然瀝青，是將自然界中的瀝青礦經(jīng)提煉加工后得到的瀝青產(chǎn)品。石油瀝青，是將原油經(jīng)蒸餾等提煉出各種輕油（汽油、柴油）及潤滑油以后的一種褐色或黑褐色的殘留物，再加工而得的產(chǎn)品。建筑上使用的主要是由建筑石油瀝青制成的各種防水制品，道路工程使用的主要是道路石油瀝青。

2、石油瀝青及性能檢測（1）石油瀝青的組分（2）石油瀝青的結(jié)構(gòu)（3）石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)及性能檢測

2、石油瀝青及性能檢測（1）石油瀝青的組分石油瀝青是由多種復(fù)雜的碳?xì)浠锛捌浞墙饘傺苌锼M成的混合物。我們通常是將瀝青中化學(xué)成分和物理力學(xué)性質(zhì)相近、具有一些共同研究特征的部分劃分為若干個組，稱為“組分”。我國現(xiàn)行《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ052－2000）中規(guī)定可采用三組分和四組分兩種分析法。1）三組分分析法：分為油分、樹脂、瀝青質(zhì)①油分是指瀝青中較輕的組分，呈淡黃至紅褐色，密度為0.7～1.0g/cm3。在170℃以下較長時間加熱可以揮發(fā)。它能溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，如丙酮、苯、三氯甲烷等，但不溶于酒精。在石油瀝青中，含量為40%～60%，油分使瀝青具有流動性。②樹脂的密度略大于1，顏色為黑褐色或紅褐色粘物質(zhì)。在石油瀝青中含量為15%～30%。它使石油瀝青具有塑性與粘結(jié)性。③瀝青質(zhì)是密度大于1的黑色固體物質(zhì)。在石油瀝青中含量為10%～30%。它能提高石油瀝青的溫度穩(wěn)定性和粘性，其含量愈多，石油瀝青的軟化愈高，粘性也愈大，但塑性降低。

此外，石油瀝青中常含有一定量的固體石蠟，它會降低瀝青的粘結(jié)性、塑性、溫度穩(wěn)定性和耐熱性。蠟是存在于瀝青油分中的有害成分，對多蠟瀝青常采用高溫吹氧、溶劑脫蠟等方法處理，使多蠟石油瀝青的性質(zhì)得到改善。2）四組分分析法：①瀝青質(zhì)

瀝青中不溶于正庚烷而溶于甲苯的物質(zhì)。②飽和酚

亦稱飽和烴，瀝青中溶于正庚烷、吸附于Al2O3譜柱下，能為正庚烷或石油醚溶解脫附的物質(zhì)。③環(huán)烷芳香酚

亦稱芳香烴，瀝青經(jīng)上一步驟處理后，為甲苯所溶解脫附的物質(zhì)。④極性芳香酚

亦稱膠質(zhì)，瀝青經(jīng)上一步驟處理后能為苯－甲醇所溶解脫附的物質(zhì)。3）瀝青的化學(xué)組分與瀝青的物理力學(xué)性質(zhì)：一般認(rèn)為，油分使瀝青具有流動性；樹脂使瀝青具有塑性，樹脂中含有少量的酸性樹脂，是一種表面活性物質(zhì)，能增強(qiáng)瀝青與礦質(zhì)材料表面的粘附性；瀝青質(zhì)能提高瀝青的粘結(jié)性和熱穩(wěn)定性。（2）石油瀝青的結(jié)構(gòu)瀝青中的油分和樹脂質(zhì)可以互溶，樹脂質(zhì)能浸潤瀝青質(zhì)顆粒而在其表面形成薄膜，從而構(gòu)成以瀝青質(zhì)為核心，周圍吸附部分樹脂質(zhì)和油分的互溶物膠團(tuán)，而無數(shù)膠團(tuán)分散在油分中形成膠體結(jié)構(gòu)。依據(jù)瀝青中各組分含量的不同，瀝青一般有三種膠體狀態(tài)。1）溶膠型結(jié)構(gòu)。當(dāng)瀝青中地瀝青質(zhì)含量較少，油分及樹脂質(zhì)含量較多時，膠團(tuán)在膠體結(jié)構(gòu)中運(yùn)動較為自由，此時的石油瀝青具有粘滯性小、流動性大、塑性好、穩(wěn)定性較差的性能。2）溶－凝膠型結(jié)構(gòu)。若瀝青質(zhì)含量適當(dāng)，而膠團(tuán)之間的距離和引力介于溶膠型和凝膠型之間的結(jié)構(gòu)狀態(tài)時，膠團(tuán)間有一定的吸引力，在常溫下變形的最初階段呈現(xiàn)出明顯的彈性效應(yīng)，當(dāng)變形增大到一定數(shù)值后，則變?yōu)橛凶枇Φ恼承粤鲃?。大多?shù)優(yōu)質(zhì)石油瀝青屬于這種結(jié)構(gòu)狀態(tài)。具有粘彈性和觸變性，故也稱彈性溶膠。3）凝膠型結(jié)構(gòu)。當(dāng)瀝青質(zhì)含量較高，油分與樹脂質(zhì)含量較少時，瀝青質(zhì)膠團(tuán)間的吸引力增大，且移動較困難，這種凝膠型結(jié)構(gòu)的石油瀝青具有彈性和粘性較高、溫度敏感性較小、流動性和塑性較低的性能。溶膠型、溶－凝膠型、凝膠型結(jié)構(gòu)如下圖所示。石油瀝青膠體結(jié)構(gòu)示意圖（a）溶膠型；（b）溶-凝膠型；（c）凝膠型1-瀝青質(zhì)；2-膠質(zhì)；3-油分（3）石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)及性能檢測1）粘滯性

2）塑性3）溫度敏感性

4）大氣穩(wěn)定性（3）石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)及性能檢測1）粘滯性。石油瀝青的粘滯性又稱粘性，它是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性，是瀝青材料軟硬、稀稠程度的反映。各種石油瀝青的粘滯性變化范圍很大，粘滯性的大小與其組分及溫度有關(guān)。當(dāng)瀝青質(zhì)含量較高，同時又有適量樹脂，油分含量較少時，則粘滯性較大；在一定溫度范圍內(nèi)，當(dāng)溫度升高時，則粘滯性隨之降低，反之則增大。粘滯性是與瀝青路面力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系最密切的一種性質(zhì)。工程中常用相對粘度（條件粘度）來表示粘滯性。測定瀝青相對粘度的方法主要有針入度法和粘滯度法。①粘滯度法適用于液體石油瀝青。這種方法是將一定量的液體瀝青在（25℃或60℃）溫度下經(jīng)規(guī)定直徑（35mm或10mm）的小孔流出，漏下50ml所需的時間，以s表示。流出的時間愈長，表示瀝青的粘度越大。（如下圖所示）石油瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度測定示意圖②針入度法適用于固體或半固體的石油瀝青。這種方法是在規(guī)定溫度（25℃）條件下，以規(guī)定質(zhì)量（100g）的標(biāo)準(zhǔn)針，在規(guī)定時間（5s）內(nèi)貫入試樣中的深度（0.1mm為1度）表示。針入度值越小，表明粘度越大。（如下圖所示）石油瀝青針入度測定示意圖2）塑性。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形狀的性質(zhì)。塑性表達(dá)瀝青開裂后自愈能力及受機(jī)械應(yīng)力作用后變形而不破壞的能力。石油瀝青之所以能配制成性能良好的柔性防水材料，很大程度上決定于瀝青的塑性。石油瀝青的塑性用“延伸度”表示。延度愈大，塑性愈好。延度測定是把瀝青制成“8”字形標(biāo)準(zhǔn)試件，在規(guī)定溫度（25℃或15℃）和規(guī)定拉伸速度（5cm/min）下拉斷時的伸長度來表示，單位用“㎝”計（如下圖所示）。延伸度也是石油瀝青的重要技術(shù)指標(biāo)之一。石油瀝青延度測定示意圖3）溫度敏感性。溫度敏感性也稱溫度穩(wěn)定性，是指瀝青的黏滯性和塑性在溫度變化時不產(chǎn)生較大變化的性能。使用溫度穩(wěn)定性好的瀝青，可以保證在夏天不流淌、冬天不脆裂，保持良好的工程應(yīng)用性能。溫度穩(wěn)定性包括耐高溫的性質(zhì)及耐低溫的性質(zhì)。耐高溫即耐熱性是指石油瀝青在高溫下不軟化、不流淌的性能。固態(tài)、半固態(tài)瀝青的耐熱性用軟化點(diǎn)表示。軟化點(diǎn)是指瀝青受熱由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢鲃訝顟B(tài)時的溫度。軟化點(diǎn)越高，表示瀝青的耐熱性越好。軟化點(diǎn)通常用環(huán)球法測定，如下圖所示，是將熔化的瀝青注入標(biāo)準(zhǔn)銅環(huán)內(nèi)制成試件，冷卻后表面放置標(biāo)準(zhǔn)小鋼球，然后在水或甘油中按標(biāo)準(zhǔn)試驗方法加熱升溫，使瀝青軟化而下垂，當(dāng)瀝青下垂至與底板接觸時的溫度（℃），即為軟化點(diǎn)。石油瀝青軟化點(diǎn)測定示意圖（單位：mm）耐低溫一般用脆點(diǎn)表示。脆點(diǎn)是將瀝青涂在一標(biāo)準(zhǔn)金屬片上（厚度約0．5mm），將金屬片放在脆點(diǎn)儀中，邊降溫邊將金屬片反復(fù)彎曲，直至瀝青薄層開始出現(xiàn)裂縫時的溫度（℃）稱為脆點(diǎn)。寒冷地區(qū)使用的瀝青應(yīng)考慮瀝青的脆點(diǎn)。瀝青的軟化點(diǎn)越高、脆點(diǎn)越低，則瀝青的溫度敏感性越小，溫度穩(wěn)定性越好。4）大氣穩(wěn)定性。大氣穩(wěn)定性是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等大氣因素的長期綜合作用下抵抗老化的性能，它反映瀝青的耐久性。在陽光、空氣、水等外界因素的綜合作用下，石油瀝青中減少，瀝青質(zhì)逐漸增多，這一演變過程稱為瀝青的老化。一般情況下，樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)榈貫r青比油分轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲乃俣瓤斓枚?，因此，石油瀝青隨著時間的進(jìn)展，流動性和塑性將逐漸減小，硬脆性逐漸增大，從而變硬，直至脆裂乃至松散，使瀝青失去防水、防腐效能。我國現(xiàn)行試驗規(guī)程（JTJ052－2000）規(guī)定，石油瀝青的老化性以蒸發(fā)損失百分率、蒸發(fā)后針入度比和老化后延度來評定。蒸發(fā)損失率越小，針入度比越大，則表示瀝青的大氣穩(wěn)定性越好。以上四種性質(zhì)是石油瀝青材料的主要性質(zhì)。此外，瀝青材料受熱后會產(chǎn)生易燃?xì)怏w，與空氣混合遇火發(fā)生閃火現(xiàn)象。開始出現(xiàn)閃火的溫度叫閃點(diǎn)，它是瀝青施工加熱時不能越過的最高溫度。

3、石油瀝青的應(yīng)用石油瀝青按用途分為建筑石油瀝青、道路石油瀝青和普通石油瀝青三種。在土木工程中使用的主要是建筑石油瀝青和道路石油瀝青。選用瀝青材料時，應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)（房屋、道路、防腐）及當(dāng)?shù)貧夂驐l件、所處工程部位（屋面、地下）來選用不同品種和牌號的瀝青。（1）道路石油瀝青。通常情況下，道路石油瀝青主要用于道路路面或車間地面等工程，多用于拌制成瀝青混凝土和瀝青砂漿等。道路石油瀝青還可作密封材料、粘結(jié)劑及瀝青涂料等，此適宜選用粘性較大和軟化點(diǎn)較高的道路石油瀝青。（2）建筑石油