建筑材料 第九章 木材.ppt

1、第九章 木材,木材用于建筑工程，已有悠久歷史。木材作為建筑材料，具有許多優(yōu)良性能，如輕質(zhì)高強；有較高的彈性和韌性，耐沖擊和振動；易于加工；長期保持干燥或長期置于水中，均有很高的耐久性，導(dǎo)熱性低；大部分木材都具有美麗的紋理，裝飾性好等。但木材也有缺點，如內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，導(dǎo)致各向異性；易隨周圍環(huán)境改變含水率，引起脹縮變形；易腐蝕及蟲蛀；易燃燒；天然疵點多等。 木材是天然資源，樹木的生長較慢，而現(xiàn)在建筑需木材量較大，應(yīng)節(jié)約使用木材。,第一節(jié) 木材的構(gòu)造,木材分針葉樹材和闊葉樹材兩類。 針葉樹樹干通直而高大，易的大材，紋理平順，材質(zhì)均勻，木質(zhì)較軟，易于加工，故又稱軟木材。表觀密度和縮脹變形較小，耐腐蝕

2、性強。為建筑工程中主要用材，廣泛用于承重結(jié)構(gòu)。常用樹種有松、杉、柏等。 闊葉樹樹干通直部分較短，木質(zhì)較硬，較難加工，故又稱硬木材。表觀密度和縮脹變形較大，易開裂，強度較高。建筑上常用作尺寸較小的構(gòu)件。有些樹種具有美麗的紋理，適于作內(nèi)部裝修、家具等。常用的樹種有榆木、水曲柳、柞木等， 木材的結(jié)構(gòu)決定著木材的性能。,第一節(jié) 木材的構(gòu)造,一、木材的宏觀構(gòu)造 木材是由樹皮、木質(zhì)部和髓心等部分組成。木質(zhì)部是建筑材料使用的主要部分，研究木材的構(gòu)造主要是指木質(zhì)部的構(gòu)造。接近樹干中心的部分呈深色，稱心材，靠近外圍的部分色較淺，稱邊材，一般說，心材比邊材的利用價值大些（圖9-1）。,第一節(jié) 木材的構(gòu)造,從橫切面

3、上看到深淺相間的同心圓環(huán)，即所謂的年輪。在同一年輪內(nèi)，春天生長的木質(zhì)，色較淺，質(zhì)松軟，稱為春材（早材），夏秋兩季生長的木質(zhì)，色較深，質(zhì)堅硬，稱為夏材（晚材）。相同樹種，年輪越密而均勻，材質(zhì)越好，夏材部分越多，木材強度越高。 樹干的中心稱為髓心，其質(zhì)松軟，強度低，易腐蝕。從髓心相外的輻射線，稱為髓線，它與周圍相結(jié)差，干燥時易沿此開裂。,第一節(jié) 木材的構(gòu)造,在顯微鏡下觀察到木材是由無數(shù)管狀細胞緊密結(jié)合而成，如圖所示。,第一節(jié) 木材的構(gòu)造,木材細胞因功能不同可分為管胞、導(dǎo)管、木纖維、髓線等多種。針葉樹的顯微結(jié)構(gòu)簡單而規(guī)則，主要是有管胞和髓線組成，其髓線較細小，不很明顯。某些樹種在管胞間尚有樹脂道，如

4、松樹。闊葉樹的顯微結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主要是有導(dǎo)管、木纖維及髓線組成，其髓線較發(fā)達，粗大而明顯。導(dǎo)管是壁薄而腔大的細胞，大的管孔肉眼可見。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)包括：含水量、濕脹干縮、強度等，其中含水量對木材的物理力學(xué)性質(zhì)影響很大。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),一、含水量 木材的含水量以含水率表示，即指木材中含水的重量占干燥木材重量的百分比。 木材中所含水分，可分為自由水和吸附水兩種。自由水存在于細胞腔和細胞間隙中，吸附水是被吸附在細胞壁內(nèi)的水分。自由水只與木材的容重、保存性、燃燒性、干燥性和滲透性有關(guān)，而吸附水是影響木材強度和縮脹的主要因素。 當木材中無自由水，僅細

5、胞壁內(nèi)充滿吸附水時，這時木材的含水率稱為纖維飽和點。纖維飽和點隨樹種而異，通常介于2535%。纖維飽和點是木材物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點。 木材的含水率與空氣濕度平衡時的含水量稱為平衡含水率。新伐木材的含水率常在35%以上，風干木材含水率為1525%，室內(nèi)干燥的木材含水率為815%。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),二、濕脹干縮 當木材從潮濕狀態(tài)下干燥至纖維飽和點時，自由水蒸發(fā)其尺寸保持不變，繼續(xù)干燥，吸附水蒸發(fā)則引起體積收縮。反之，干燥木材吸濕時，體積膨脹直到纖維飽和點為止。木材干縮濕脹髓樹種而差異，一般表觀密度大的、夏材含量多的，脹縮就較大。 木材的濕脹干縮對木材的使用有嚴重影響，使結(jié)構(gòu)發(fā)

6、生裂縫或凸起。為了避免這種情況，最基本的方法是預(yù)先將木材進行干燥，使木材的含水率與將作成構(gòu)件使用時所處環(huán)境的濕度相適應(yīng)。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),木材由于構(gòu)造不同，使各方向脹縮也不一樣，在同一木材中，這種變化沿弦向最大，徑向次之，纖維方向最小。木材干燥時，弦向干縮為612%，徑向干縮為36%，纖維方向0.10.35%，如圖所示。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),三、強度 木材的強度分抗壓、抗拉、抗彎和抗剪幾種。由于木材結(jié)構(gòu)構(gòu)造各項不同，因此強度又分為順紋和橫紋。 木材強度與木材中承受外力作用的細胞壁細胞有關(guān)，這類細胞數(shù)量越多，細胞壁越厚，強度越高。因此，木材的表觀密度越大，夏材含量越多，則

7、強度越高。 （一）抗拉強度 木材順紋抗拉強度最大（即作用力方向與纖維方向平行），當受拉破壞時，纖維并未拉斷，只是產(chǎn)生纖維的撕裂和聯(lián)結(jié)的破壞。木材橫紋抗拉強度為順紋的2.55%，其受拉破壞主要是木材纖維細胞聯(lián)結(jié)的破壞，因此，使用時應(yīng)盡量避免木材橫紋拉力。 （二）抗壓強度 木材的順紋抗壓強度是木材各種力學(xué)性質(zhì)中的基本指標，其中又分為徑向與弦向兩種指標。當作用力與年輪垂直時，則為徑向順紋受壓；當作用力與年輪相切時，則為弦向橫紋受壓；順紋抗壓強度比橫紋抗壓強度大。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),（三）抗剪強度 木材的剪切形式有順紋剪切、橫紋剪切和橫紋切斷。順紋剪切方向與纖維方向平行。強度較低，一般為同

8、一方向抗壓強度的1530%。橫紋切斷為剪力方向與纖維方向垂直，而剪切面與纖維方向平行。這種剪力切斷纖維中的橫向聯(lián)結(jié)，因此木材的橫紋剪切強度比順紋剪切強度還要低。橫紋切斷為剪切方向和剪切面都與纖維方向垂直，這種剪切破壞是將纖維切斷，因此這種強度較大，一般為順紋剪切的45倍。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),（四）抗彎強度 木材抗彎強度的大小與含水率及木材本身的缺陷有關(guān)。受彎時上部纖維受順紋抗拉，下部受順紋抗拉，水平面受剪。因此抗彎強度較大，為順紋抗壓強度的1.52倍。 為了方便比較，現(xiàn)將木材各種強度之間數(shù)值大小關(guān)系列于表中。,木材各強度大小關(guān)系 表9-1,我國建筑工程上常用木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)見

9、表9-2所列。,常用樹種的木材主要物理力學(xué)性質(zhì) 表9-2,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),（五）影響木材強度的主要因素 1、含水量的影響 木材的強度隨含水量的變化而異。 含水量在纖維飽和點以上變化時，木材強度不變，在纖維飽和點以下時，含水率降低，木材強度增大；反之，強度減小。試驗證明，木材含水量的變化，對木材各種強度的影響程度是不同的，對抗彎和順紋抗壓影響較大，對順紋抗剪影響小，而對順紋抗拉幾乎沒有影響。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),2、負荷時間 木材對長期荷載的抵抗能力與對暫時荷載是不同的。木材在外力長期作用下，只有當其應(yīng)力遠低于強度極限的某一定范圍以下時，才可避免木材因長期負荷而破壞。 木

10、材在長期荷載作用下不致引起破壞的最大強度，稱為持久強度。木材的持久強度比極限強度小得多，一般為極限強度的5060%。 3、溫度的影響 木材隨溫度的升高會降低，當溫度升高到50，針葉樹抗拉強度降低1015%，抗壓強度降低2024%。因此，長期處于高溫的建筑物，不宜采用木結(jié)構(gòu)。,第二節(jié) 木材的物理和力學(xué)性質(zhì),4、疵點的影響 木材在生產(chǎn)、采伐、保存過程中，所產(chǎn)生的內(nèi)部和外部的缺陷，統(tǒng)稱為疵點。木材的疵點主要有木節(jié)、斜紋、裂紋、腐朽和蟲害等。木節(jié)可分為活節(jié)、死節(jié)、松軟節(jié)、腐朽節(jié)等幾種。活節(jié)影響較小。木節(jié)使木材順紋抗拉強度顯著降低，對順紋抗壓強度影響較小。對橫紋抗壓和剪切強度反而會增加。斜紋木材嚴重降低

11、其順紋抗拉強度，抗彎次之。裂紋、腐朽、蟲害等疵點會造成木材結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性或破壞其組織，因此嚴重的影響木材的力學(xué)性質(zhì)，甚至使木材失去使用價值。,第三節(jié) 木材的腐朽和防腐,一、木材的腐朽 木材腐朽由真菌所致。引起木材變質(zhì)腐朽的真菌有三種：即霉菌、變色菌和腐朽菌。霉菌和變色菌對木材影響不大。腐朽菌是以細胞壁為養(yǎng)料，供自身生長繁殖，使細胞壁遭致完全破壞，從而使木材腐朽。 真菌在木材中生存繁殖，必須同時具有三個條件，即適當?shù)乃?、空氣和溫度。當木材含水率?550%，溫度在2530，和空氣時最適合腐朽菌的繁殖。,第三節(jié) 木材的腐朽和防腐,二、木材的防腐 木材防腐通常采用兩種形式，一種是創(chuàng)造條件，使木材不

12、適于真菌寄生和繁殖，即使木材干燥，表面刷漆等；另一種是把木材變成含毒的物質(zhì)，使其不能作真菌的養(yǎng)料，如化學(xué)防腐劑灌注法、表面涂刷法，浸漬法、壓力滲透法等。 木材腐蝕除真菌所致外，還會遭到蠹蟲、天牛、白蟻等蛀蝕，防止的方法通常是向木材中注入防蟲劑。,第四節(jié) 木材的綜合利用,建筑用木材通常以原木、板材、枋材三種供應(yīng)。 原木是指去枝去皮后按規(guī)格鋸成一定長度的木料；板材是指寬度為厚度的三倍或以上的木料；而枋材是指寬度不足三倍厚度的木料。 木材加工時會留下大量的碎塊廢屑。將這些下腳料進行加工處理，就可造成各種人造板材（膠合板原料除外）。常用的人造板材有以下幾種。,第四節(jié) 木材的綜合利用,一、膠合板 膠合板

13、是將原木沿年輪切成大張薄片，再用膠粘合壓制而成。木片層數(shù)為奇數(shù)，一般為313層，纖維互相垂直。是合理利用、充分節(jié)約木材的有效方法，同時還能改善木材的物理力學(xué)性能。 膠合板的特點是能制成寬幅的板材，且板面有美麗的木紋，消除各向異性，收縮率小，沒有木節(jié)和裂紋等缺陷。同時產(chǎn)品規(guī)格化，便于使用。 膠合板用途很廣，通常用作隔墻、天花板、家具及室內(nèi)裝修等。耐水膠合板可用作混凝土模板。,第四節(jié) 木材的綜合利用,二、纖維板 纖維板是將下腳料經(jīng)破碎、研磨成木漿，再經(jīng)濕壓成型、干燥處理而成。它可使木材得到高度充分利用（木材利用率達90%以上），且材質(zhì)構(gòu)造均勻，各向強度一致，彎曲強度大（可達55MPa）、不易脹縮和

14、翹曲開裂、耐磨、不腐蝕、無木節(jié)、蟲眼等缺陷，并有一定絕緣性能。 硬質(zhì)纖維板的應(yīng)用很廣，可代替普通木板用于室內(nèi)墻壁、地板、門窗、家具、裝修等。軟質(zhì)纖維板多用作絕熱、吸聲材料。,第四節(jié) 木材的綜合利用,三、刨花板、木絲板、木屑板 它們是利用刨花碎片、短小廢料加工刨制的木絲、木屑等，經(jīng)過干燥，拌以膠料壓制而成的板材。這類制品表觀密度較小，強度不高，主要用作吸聲及保溫絕熱材料，不宜受潮。 四、鑲拼地板 鑲拼地板是將下腳料加工成小木條，預(yù)先貼在一塊小布上，五塊為一聯(lián)，作地板應(yīng)用。它是木材綜合利用的新途徑。,第十章 瀝青材料,瀝青材料是由一些極其復(fù)雜的高分子的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬（氧、硫、氮

15、）的衍生物所組成的混合物。 對于瀝青材料的命名和分類，目前世界各國尚未取得統(tǒng)一的標準?，F(xiàn)就我國的命名和分類簡述如下：,第十章 瀝青材料,瀝青是指這類材料的總稱。瀝青分為兩大類： 第一大類是由石油系統(tǒng)得到的稱為地瀝青。 地瀝青按其產(chǎn)源不同又分為天然瀝青和石油瀝青二類。 天然瀝青是指石油在天然條件下，在長時間的地球物理因素的作用下最后所形成的產(chǎn)物。 石油瀝青是指石油經(jīng)各種煉制加工工藝后所得到的產(chǎn)品。 第二大類是由各種有機物（如煤、頁巖、木材等）干餾所得到的焦油，經(jīng)再加工所得到的產(chǎn)物，故稱為焦油瀝青。 焦油瀝青按其加工的有機物名稱而命名，如由煤干餾的煤焦油，經(jīng)再加工后所得到的瀝青，即稱為煤瀝青。 頁

16、巖瀝青按其技術(shù)性質(zhì)接近石油瀝青，按其生產(chǎn)工藝接近焦油瀝青，目前分類暫屬焦油瀝青類。 以上這些類型的瀝青中，在道路建筑中最主要是石油瀝青和煤瀝青兩類，其次是天然瀝青，我國亦有較大儲量。,第一節(jié) 石油瀝青,一、石油瀝青的生產(chǎn)工藝概述 .石油的基屬分類 石油是煉制石油瀝青的原料，石油瀝青的性質(zhì)首先與石油的基屬有關(guān)。 我國目前的原油分類是按照“關(guān)鍵餾分特性”和“含硫量”的分類法。 關(guān)鍵餾分特性分類：是石油在半精餾裝置中，于常壓下蒸得250275的餾分稱為“第一關(guān)鍵餾分”；于5.33kPa的壓力下減壓蒸餾，取得275300 的餾分稱為“第二關(guān)鍵餾分”。測定以上兩個關(guān)鍵餾分的相對密度，并對照表10-1所列

17、相對密度范圍或特性因素，決定兩個關(guān)鍵餾分的基屬，如石蠟基、中間基或環(huán)烷基。,關(guān)鍵餾分的基屬分類指標 表10-1,第一節(jié) 石油瀝青,按照第一關(guān)鍵餾分和第二關(guān)鍵餾分所隸屬的基屬，原油可分為如表10-2所列七類。,含硫量的分類：含硫量0.5%者為低硫原油；含硫量0.52.0%者為含硫原油；含硫量2.0者為高硫原油。,按現(xiàn)行常規(guī)工藝，作為生產(chǎn)瀝青原料的原油基屬的選擇，最好是選用環(huán)烷基原油，其次是中間基原油，最好不選用石蠟基原油，因為石蠟含量的存在將給瀝青路用性能帶來不良的影響。但是石蠟基原油通過現(xiàn)代化工藝亦能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)瀝青。,第一節(jié) 石油瀝青,2、石油瀝青生產(chǎn)工藝簡述 從石油煉制各種石油瀝青的生產(chǎn)工藝

18、可按圖表10-1流程簡要說明。,第一節(jié) 石油瀝青,原油經(jīng)開采后，儲運到煉油廠，經(jīng)過常壓蒸餾得到常壓渣油；再經(jīng)過減壓蒸餾，得到減壓渣油；這些渣油都屬于低標號的慢凝液體瀝青。 為著提高瀝青的稠度，以慢凝液體瀝青為原料，可以采用不同的工藝方法得到粘稠（半固體）瀝青。渣油經(jīng)過再減蒸工藝，進一步深拔出各種重質(zhì)油品，可得到不同稠度的直餾瀝青；渣油經(jīng)不同深度的氧化后，可得到不同稠度的氧化瀝青；渣油經(jīng)不同程度地脫出脫瀝青油，可得到不同稠度的溶劑瀝青。除輕度蒸餾和輕度氧化的瀝青屬于高標號慢凝瀝青外，這些瀝青都屬于粘稠石油瀝青。,第一節(jié) 石油瀝青,有時為施工的需要，希望在常溫的條件下具有較大的施工流動性，在施工完

19、成后短時間內(nèi)又能凝固而具有高的粘結(jié)性。為此在粘稠瀝青中摻加汽油或煤油等揮發(fā)速度較快的溶劑，這種用快速揮發(fā)作稀釋劑的瀝青，稱為快凝液體瀝青。 為得到不同稠度的瀝青，也可以采用硬的瀝青與軟的瀝青（粘稠瀝青或慢凝液體瀝青）以適當比例調(diào)合，稱為調(diào)合瀝青。按照比例不同所得成品可以是粘稠瀝青，亦可以是慢凝液體瀝青。 快凝液體瀝青需要耗費高價的有機稀釋劑，同時石料必須是干燥的。為節(jié)約溶劑和擴大使用范圍，可將瀝青分散于有乳化劑的水中而形成瀝青乳液，這種乳液亦稱為乳化瀝青。 為著更好地發(fā)揮石油瀝青和煤瀝青的優(yōu)點，選擇適當比例的煤瀝青與石油瀝青混合而成一種穩(wěn)定的膠體，這種膠體稱為混合瀝青。,第一節(jié) 石油瀝青,二、

20、石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu) 、石油瀝青的化學(xué)組成 石油瀝青是由多種極其復(fù)雜的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬衍生物所組成的混合物。它的通式可寫為CnH2n+aObScNd，化學(xué)組成元素主要成分是碳（8087%）和氫（1015%），其次是一些非烴元素，如氧、硫、氮等（5%），此外還含有一些其它金屬元素，如鎳、釩、鐵、鉛等，但含量都很少，約在幾個至幾十個ppm(百萬分之一）。,第一節(jié) 石油瀝青,2、石油瀝青的化學(xué)組分 由于瀝青化學(xué)組分結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及目前分析技術(shù)的限制，要將瀝青分離為純粹的化合物的單體，存在許多困難。因此不少研究者都集中力量于研究瀝青的化學(xué)組成分析?；瘜W(xué)組成分析就是利用瀝青在不同有機

21、溶劑中的選擇性溶解或在不同吸附劑上的選擇性吸附，而將瀝青分離為幾個化學(xué)性質(zhì)比較接近而又與其膠體結(jié)構(gòu)性質(zhì)、流變學(xué)性質(zhì)和路用性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個組，這些組就稱為瀝青的組分。 瀝青組分分析方法，近半個多世紀以來，曾提出過近百種。由于各種方法分離得到組分中所含的化學(xué)組成不相同，因此各組分在瀝青中的作用也不相同。,第一節(jié) 石油瀝青,瀝青組分分析的方法，早年我國曾采用A.N.雷西海娜建議的“溶劑法”，將瀝青分離為油分、樹脂和瀝青質(zhì)等三個組分。后來又參照R.L.哈巴爾德的方法改用“溶劑吸附法”。近年來根據(jù)我國瀝青的特點，又進行了“色譜分析法”的研究。該方法的主要分析流程如圖10-2，可將瀝青分離為下列五個組

22、分,第一節(jié) 石油瀝青,五個組分： （1）瀝青質(zhì)：不溶于正庚烷而溶于苯的組分；（2）飽和分：溶于正庚烷，吸于譜柱Al2O3上，能為溶于正庚烷稀釋的組分； （3）芳香分：經(jīng)上述處理后，能為苯所稀釋的組分； （4）膠質(zhì)分：經(jīng)上述處理后 ，能為苯乙醇所稀釋的組分； （5）蠟：飽和分和芳香分中以丁酮苯為脫蠟溶劑，在-20下冷凍分離出的固態(tài)烷烴。,第一節(jié) 石油瀝青,3、石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代膠體學(xué)說認為，瀝青中固態(tài)的瀝青質(zhì)是分散相，液態(tài)的飽和分和芳香分為分散介質(zhì)，但瀝青質(zhì)不能直接分散在飽和分和芳香分中。而半固態(tài)的膠質(zhì)是一種“膠凝劑”，會阻礙瀝青質(zhì)和膠質(zhì)在芳香分中的分散。所以瀝青的膠體結(jié)構(gòu)是以瀝青為膠核，

23、膠質(zhì)分被吸附于其表面，并逐漸向外擴散形成膠團，膠團再分散于芳香分和飽和分中。 瀝青由于各組分的結(jié)構(gòu)和含量不同，可形成不同的膠體結(jié)構(gòu)。通常按瀝青的流變特性，可分為溶膠、溶凝膠和凝膠三種結(jié)構(gòu)，示如圖10-3。,第一節(jié) 石油瀝青,第一類瀝青為溶膠結(jié)構(gòu)，瀝青中瀝青質(zhì)含量很少，瀝青膠團由于膠質(zhì)分的膠溶作用，瀝青質(zhì)完全膠溶分散于芳香分和飽和分的介質(zhì)中，膠團之間沒有吸引力或者吸引力極少。這類瀝青完全服從于牛頓液體的規(guī)律，在變形時，剪應(yīng)力（）于剪變率（ ）成直線關(guān)系，彈性效應(yīng)可以忽略或完全沒有。,液體瀝青多屬溶膠型瀝青，在路用性質(zhì)上，它具有較大的感溫性。,第一節(jié) 石油瀝青,第二類瀝青為溶凝結(jié)構(gòu)，瀝青中瀝青質(zhì)含

24、量適當，并有較多的膠質(zhì)分作為保護物質(zhì)，它所組成的膠團之間有一定的吸引力。這類瀝青在常溫時，其變形的最初階段，表現(xiàn)為非常明顯的彈性效應(yīng)，但在變形增加至一定數(shù)值后，則可變?yōu)榕ｎD流動（即與成正比）。,大多數(shù)優(yōu)質(zhì)的路用瀝青都屬于溶凝型瀝青，它具有粘彈性和觸變性，故亦稱彈性溶膠。,第一節(jié) 石油瀝青,第三類瀝青為凝膠結(jié)構(gòu)，瀝青中瀝青質(zhì)含量很多，且含一定膠質(zhì)分，此時膠團互相接觸而形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種瀝青具有明顯的彈性效應(yīng)。 氧化瀝青多屬于凝膠型瀝青，在路用性能上，具有較低的溫度感應(yīng)性，但低溫變形能力較差。,第一節(jié) 石油瀝青,三、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標準 （一）石油瀝青的技術(shù)性質(zhì) .技術(shù)規(guī)范規(guī)定的有關(guān)性

25、質(zhì) 1）粘結(jié)性。瀝青材料在瀝青路面結(jié)構(gòu)中，作為結(jié)合料而將各種礦質(zhì)材料結(jié)為一個具有一定強度的整體，首先它應(yīng)具備有一定的粘結(jié)性。粘結(jié)性是指瀝青材料在外力的作用下，瀝青粒子產(chǎn)生相互位移的抵抗變形的能力。瀝青的粘結(jié)性通常以粘度表示，如圖10-4所示，在二金屬板中夾一層瀝青，當其受到簡單剪切作用時，按牛頓定律：,第一節(jié) 石油瀝青,由于絕對粘度測定較為復(fù)雜，因此在實際應(yīng)用上多測定瀝青的“技術(shù)粘度”（或稱“條件粘度”）。最常采用的技術(shù)粘度有： （1）針入度。這種方法適用于測定粘稠瀝青的粘度。瀝青針入度是瀝青試樣在規(guī)定溫度條件下，以規(guī)定載荷的標準針，經(jīng)歷規(guī)定的時間貫入瀝青試樣中的深度，以1/10mm為單位表示

26、。通常測定可采用表所列幾中條件。,第一節(jié) 石油瀝青,最常采用的條件為溫度25、載荷100g、時間5s。例如某瀝青在上述條件時測得針入度為65（1/10mm），可表示為： P,按表條件測定不同溫度時的針入度，可按式下計算“針入度溫度指數(shù)”（P.T.I.）來表示瀝青的溫度穩(wěn)定性。,優(yōu)質(zhì)的路用瀝青。必須保證P.T.I.值在一定范圍內(nèi)。,第一節(jié) 石油瀝青,（2）粘度。通常粘度為“流出型粘度”的簡稱，適用于測定液體瀝青的粘度。粘度為瀝青在規(guī)定溫度條件下，通過規(guī)定的流孔，流出的時間，以s為單位。我國目前采用“道路標準粘度計”測定液體瀝青的粘度。 測定結(jié)果表示為C ，其中T表示測定溫度，d表示流孔直徑。例如

27、某瀝青在60時，通過 5mm孔徑流出50mL所需時間為100s，即可表 示為,我國對液體瀝青是采用道路標準粘度計來劃分等級（即標號）的，所以液體瀝青，亦稱為“粘度級瀝青”。,第一節(jié) 石油瀝青,3） 延度。按傳統(tǒng)觀點，均以延度表示瀝青的塑性。所謂塑性是瀝青在外力作用下發(fā)生變形而破壞的能力。瀝青延性以延度指標表示，即以瀝青試樣制成8字形標準試件（最小斷面1cm2）在規(guī)定速度和規(guī)定溫度下拉斷時的長度（以cm計）稱為延度。瀝青的延度是采用延度儀（如圖10-6)來測度。最常采用的延度標準條件為：溫度t=25,拉伸速度v=5cm/min;或溫度t=0,而拉伸速度v=1cm/min。,第一節(jié) 石油瀝青,4）

28、感溫性。瀝青的溫度感應(yīng)性除前述可用針入度溫度指數(shù)表示外，在常規(guī)指標中，通常采用軟化點表示。 瀝青是一種高分子非晶態(tài)物質(zhì)，它沒有敏銳的溶點，從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)（即由硬化點至滴落點之間）有很寬的溫度間隔，因此選擇其溫度間隔中的一個條件溫度稱為軟化點。所以同一種瀝青材料采用不同的測定方法時，所得的軟化點數(shù)值亦不同。軟化點最常采用的測定方法為環(huán)與球法（簡稱R T= -45+(-30)= -75； P.I.= -2.13。,第一節(jié) 石油瀝青,a在A標尺上取荷載作用時間2000s之點a; b在B標尺上取路面溫度低于軟化點-75之點b; c在針入度指數(shù)P.I.標尺上取-2.13作一水平線cd； dab線與水平

29、線cd的交點，從勁度曲線上即可查得勁度模量 Sb=6*108Pa,第一節(jié) 石油瀝青,4瀝青的老化和改性 1）瀝青的老化。瀝青是一種高分子化合物的膠體物系，它在外界條件影響下，隨時間而逐漸改變其性能的過程，稱為“老化”（或“陳化”）。 研究表明：瀝青的化學(xué)組分并非絕對穩(wěn)定的物質(zhì)，它在各種因素的影響下將發(fā)生變化。如瀝青在施工過程的長時間高溫加熱，以及在路面中受到空氣、陽光、氣溫和降水，以及礦料相互作用等因素影響下，由于氧化、縮合和聚合的作用，而使瀝青的組分發(fā)生轉(zhuǎn)移。 在較低分子的組分中，除飽和的飽和分變化較少外，不飽和的芳香分會轉(zhuǎn)化為較高分子組分的膠質(zhì)。由于氧化作用或硫的加成作用結(jié)果，膠質(zhì)分子又會

30、聚合成較復(fù)雜的瀝青質(zhì)分子，在此過程中氫原子成為水而失去。礦料中含有鋁、鐵等鹽類時，此種鹽類如催化劑一樣，使瀝青中的瀝青酸類產(chǎn)生有機酸鋁鹽及鐵鹽，加速瀝青的老化。,第一節(jié) 石油瀝青,所以瀝青材料因大氣因素（溫度、濕度、光線和水）以及瀝青與礦料的物理化學(xué)交互作用，使瀝青材料中不穩(wěn)定的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化合物，簡單構(gòu)造的物質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜構(gòu)造的物質(zhì)。即飽和分變化甚?。环枷惴忠蜣D(zhuǎn)變而膠質(zhì)而減少；由于膠質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)的速度較芳香分轉(zhuǎn)變?yōu)槟z質(zhì)快，故芳香分轉(zhuǎn)變?yōu)槟z質(zhì)的數(shù)量不足以補償膠質(zhì)變?yōu)闉r青質(zhì)的數(shù)量，最終膠質(zhì)數(shù)量明顯減少，而瀝青質(zhì)等固體類物質(zhì)則大量增加。瀝青組分之間存在著一定規(guī)律轉(zhuǎn)化，示例如圖。,第一節(jié) 石油

31、瀝青,由于日光氧化作用，瀝青中氧化物含量增加，此類氧化物為表面活性物質(zhì)，能使瀝青與礦質(zhì)材料粘附強度增加。對于低粘度的瀝青，在瀝青化學(xué)組分變化過程的初期，芳香分和膠質(zhì)含量減少，增加了部分瀝青質(zhì)，一定程度上能使瀝青熱穩(wěn)定性得到改善。 但是，對一般瀝青而言，隨著老化進程的進行，飽和分的變化甚少、芳香分的減少、特別是膠質(zhì)分的明顯減少、高分子化合物瀝青質(zhì)的大量增加，則使瀝青塑性逐漸消失，而脆性增加，同時其它技術(shù)性能也逐漸惡化。,第一節(jié) 石油瀝青,2）瀝青的改性添加劑。 用于現(xiàn)代高速公路和重型交通路面的瀝青材料，由于交通密度的增加和車速的提高，以及新型結(jié)構(gòu)組成和新的施工工藝的出現(xiàn)，因而對其技術(shù)性能提出了更

32、高的要求，但完全依賴改進瀝青加工工藝已不能滿足這些要求。因此，目前許多國家已廣泛采用各種添加劑來達到提高瀝青的技術(shù)性能的目的。,第一節(jié) 石油瀝青,改善瀝青技術(shù)性能的添加劑，按其作用大致可分為下列幾類： （1）改善瀝青流變性的添加劑。用作改善瀝青流變性的添加劑，主要是各種高分子聚合物，如油溶性的各種聚合物（如聚異丁烯、丁烯-苯乙烯聚合物等）、各種橡膠（如丁苯、氯丁、丁腈橡膠等）和環(huán)氧樹脂等。 這類添加劑對改善瀝青的感溫性（針入度指數(shù)）有很好的效果，但是某些添加聚合物，可使瀝青低溫變形能力（延度）降低。 近年來，由于改進力添加劑的加入方法，不僅可以較好地改善瀝青的流變性和粘附性，并且能使瀝青具有較

33、好的低溫延性。 近年聚乙烯類添加劑日益發(fā)展，常采用的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，以及飽和脂肪族二 酸或酐，或者這類化合物的鹵化物作為瀝青添加劑，如以癸二酸為添加劑可使相同軟化點的瀝青，針入度增加27.5倍。此外，還有采用微粒子的無機鹽類和烷基甘唑啉為添加劑，對改善瀝青的感溫性和流動性也有較好的效果。,第一節(jié) 石油瀝青,（2）改善瀝青粘附性的添加劑。 為提高瀝青與酸性石料以及與濕的石料的粘附性，以及能延長瀝青使用壽命的這類抗剝劑的研究有很大發(fā)展。 目前最常用作改善瀝青粘附性的添加劑是帶長烷基鏈的極性物和胺類、酰胺類、甘唑啉類等。 另外一類為某些有機酸及其皂類（如硬脂酸、硬脂酸鉀皂和鈉皂）及其鹽類（如

34、鐵、鋅、鋁鹽等）。 在使用瀝青粘附性添加劑時，應(yīng)考慮石料的性質(zhì)（酸性或堿性），因為添加劑所含極性物質(zhì)的有效性是有選擇的，如使用不當反而會產(chǎn)生相反的效果。,第一節(jié) 石油瀝青,（3）瀝青抗氧化（耐老化）的添加劑。 瀝青的抗氧化劑，按其作用分為兩類。 一類為抗氧化的，這類添加劑能抑制瀝青氧化的鏈鎖反應(yīng)，屬這類物質(zhì)的有油溶性酚類化合物，如“2,6-二叔丁基酚”，烷基硫化物和有機亞磷酸酯等。 另一類是減少過氧化物生成的，這類添加劑使瀝青中形成的過氧化物分解成為穩(wěn)定的物質(zhì)。因為過氧化物的存在，會使瀝青氧化過程加速。屬于這類物質(zhì)的有胺類（硫化胺），噻吩嗪等，它們的添加量為0.12%。,第一節(jié) 石油瀝青,（二

35、）石油瀝青的技術(shù)標準 1、粘稠石油瀝青技術(shù)標準 我國石油工業(yè)部部頒標準（SY166177，如表10-8）對道路石油瀝青針入度的大小劃分為油-200、油-180、油-140、油-100和油-60等5個標號，同時對各標號瀝青的延度和軟化點也提出相應(yīng)的要求。對油-100、油-60兩個標號又按延度的要求分為甲，乙（即正、副）兩個標號。此外，對溶解度、蒸發(fā)損失、蒸發(fā)后針入度比、閃點和水分等亦作了相應(yīng)的規(guī)定。 房屋建筑等用的粘稠瀝青，我國國家標準（GB494-75），按針入度分為油-30和油-10兩個標號，而油-30又按軟化點分為甲、乙（即正、副）兩個標號（如表10-8）。 此外，對于以含蠟原油的減壓蒸餾

36、渣油為原料，并經(jīng)氧化制得的高軟化點瀝青，稱為普通石油瀝青。我國石油工業(yè)部部頒標準（SY1665-77）按針入度分為油-75、油-65和油-弦5等3個標號，各標號的技術(shù)要求如表10-8。,第一節(jié) 石油瀝青,2液體石油瀝青技術(shù)標準 對于液體石油瀝青，根據(jù)道路液體瀝青材料技術(shù)標準，按液體瀝青的凝固速度而分為：快凝的、中凝的和慢凝的3個等級，而快凝的液體瀝青劃分為2個標號。中凝的和慢凝的液體瀝青按粘度各劃分為6個標號。除粘度外，對蒸餾的餾分及殘留物性質(zhì)、閃點和水分等亦提出相應(yīng)的要求。技術(shù)要求如表10-9。,第二節(jié) 其它瀝青,一、煤瀝青 煤瀝青是由煤干餾的產(chǎn)品煤焦油加工而獲得的。根據(jù)煤干餾的溫度不同，而

37、分為：高溫煤焦油（700以上）和低溫煤焦油（450700）兩類。 路用煤瀝青主要是由煉焦或制造煤氣得到的高溫焦油加工而得。以高溫焦油為原料可獲得數(shù)量較多且質(zhì)量較佳的煤瀝青。而低溫焦油則相反，獲得的煤瀝青數(shù)量較少，且往往質(zhì)量亦不穩(wěn)定。,第二節(jié) 其它瀝青,1煤瀝青的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 煤瀝青的組成主要是芳香族碳氫化合物及其氧、硫和氮的衍生物的混合物。其組成元素主要為C、H、O、S和N。煤瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，它是由高度縮聚的芳核及其含氧、氮和硫的衍生物，有環(huán)結(jié)構(gòu)上帶有側(cè)鏈，但側(cè)鏈很短。LJ伍德曾對煤瀝青的結(jié)構(gòu)進行研究而提出硬煤瀝青平均分子式為 C144H87N3O1。,1）煤瀝青的化學(xué)組分 目前煤瀝

38、青化學(xué)組分的研究，與前述石油瀝青研究方法相同，也是采用選擇性溶解等方法煤瀝青劃分為幾個化學(xué)性質(zhì)相近、且與路用性能有一定聯(lián)系的組。目前煤瀝青化學(xué)組分的分析的方法很多，最常采用的有EJ狄金松法與BO葛列米爾德法。我國曾采用葛氏法流程劃分煤瀝青組分。,第二節(jié) 其它瀝青,煤瀝青中各組分的性質(zhì)簡述如下： （1）游離碳。又稱自由碳，是高分子的有機化合物的固態(tài)碳質(zhì)微粒，不溶于任何有機溶劑。加熱不溶物質(zhì)，只有在高溫下才產(chǎn)生分解。在煤瀝青中含有游離碳能增加瀝青的 粘度和提高其熱穩(wěn)定性。但隨著游離碳含量的增加，低溫脆性亦隨之增加。,第二節(jié) 其它瀝青,（2）樹脂。這是屬于環(huán)心含氧的環(huán)狀碳氫化合物。分為：a硬樹脂：固

39、態(tài)晶體結(jié)構(gòu)，僅溶于吡啶，類似石油瀝青中的瀝青質(zhì)；b軟樹脂：赤褐色粘-塑性物質(zhì),溶于氯仿，類似石油瀝青中的膠質(zhì)。 （3）中性油分。這是液態(tài)的碳氫化合物，其結(jié)構(gòu)較其他組分簡單。 除上述基本組分外，煤瀝青中性油中還含有酚、萘等。萘在煤瀝青中當含量低于1015%時，它能溶解于油分中，當含量高于上述界限且溫度低于10時，則呈固態(tài)晶體析出，影響瀝青的低溫變形能力。酚為苯環(huán)中含烴基物質(zhì)，它能溶于水，有毒且易氧化。,煤瀝青化學(xué)組分示例,第二節(jié) 其它瀝青,2)煤瀝青的膠體結(jié)構(gòu) 煤瀝青與石油瀝青一樣，也是復(fù)雜的膠體分散系，自由碳和固態(tài)樹脂是分散相，油分是分散介質(zhì)，粘塑性樹脂溶解于油分中吸附于固體分散微粒并賦予分散

40、系穩(wěn)定性。,第二節(jié) 其它瀝青,2煤瀝青的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)要求 1）煤瀝青的技術(shù)性質(zhì) 煤瀝青與石油瀝青相比，在技術(shù)性質(zhì)上有下列差異： （1）煤瀝青的溫度穩(wěn)定性較低。煤瀝青是一種較粗的分散系，同時樹脂的可熔性較高，所以表現(xiàn)為熱穩(wěn)定性較低。當在一定溫度下，隨著煤瀝青的粘度降低，減少了熱穩(wěn)定性不好的可熔性樹脂，而增加了熱穩(wěn)定性較好的油分含量。當煤瀝青的粘度升高時，粗分散相的游離碳含量增加，但不足以補償由于同時發(fā)生的可溶樹脂數(shù)量的變化帶來的熱穩(wěn)定性損失。,第二節(jié) 其它瀝青,（2）煤瀝青與礦質(zhì)集料的粘附性較好。在煤瀝青組成中含有較多數(shù)量的極性物質(zhì)，它賦予煤瀝青高的表面活性，所以它與礦質(zhì)集料具有較高的粘附性。

41、 （3）煤瀝青的氣候穩(wěn)定性較差。煤瀝青的化學(xué)組成中含有較高含量的不飽和芳香烴，這些化合物有相當大的化學(xué)潛能，它的周圍介質(zhì)（空氣中的氧，日光的溫度和紫外線以及大氣降水）的作用下，老化進程（粘度增加、塑性降低）較石油瀝青快。,第二節(jié) 其它瀝青,2）煤瀝青的技術(shù)要求 煤瀝青的技術(shù)要求主要有下列各項： （1）相對密度。煤瀝青中含有較多的不飽和烴。這些烴類容易氧化，聚合成分子量較高的烴，隨著高分子量烴類（如游離碳等）含量的增加，則其相對密度亦增加，所以通過測量煤瀝青的相對密度亦可間接了解其化學(xué)組成機構(gòu)的概況。 煤瀝青的相對密度是煤瀝青試樣在20時的質(zhì)量與同體積20時的水的質(zhì)量之比。通常用密度瓶法測定，其

42、值應(yīng)在1.101.25之間。 （2）粘度。粘度表示煤瀝青的稠度。煤瀝青的粘度取決于液相與固相在其組成中的數(shù)量比例，當煤瀝青組分中油分含量減少、固態(tài)樹脂及游離碳含量增加時，則煤瀝青的粘度增加。由于煤瀝青 的溫度穩(wěn)定行和大氣穩(wěn)定性較差，故當溫度變化或“老化”后其粘度即顯著的變化。煤瀝青的粘度測定方法與液體瀝青相同，亦是用標準粘度計測定。,第二節(jié) 其它瀝青,（3）分餾試驗和分餾后殘渣性質(zhì)。煤瀝青中含有各種沸點的油分，這些油分的蒸發(fā)將影響其性質(zhì)。因而煤瀝青的起始粘滯度并不能完全表達其在使用過程中粘結(jié)性的特征。為了預(yù)估煤瀝青在路面中使用過程的性質(zhì)變化，在測定其起始粘度的同時，還必須測定煤瀝青中在餾程中所

43、含餾分及其蒸餾后殘留物的性質(zhì)。 根據(jù)其化學(xué)組成特征將物理化學(xué)性質(zhì)相近的化合物分為：（1）170以前的輕油；（2）270以前的中油；（3）300以前的重油等三個餾程。300以后的餾分為煤瀝青中最有價值的油質(zhì)部分（主要是蒽油）。煤瀝青蒸餾試驗是用煤瀝青蒸餾儀。 在分餾出300前的油質(zhì)組分后的殘渣，用環(huán)球法軟化點表示其性質(zhì)。 餾分含量的規(guī)定，控制了煤瀝青由于蒸發(fā)的老化安全性，殘渣性質(zhì)試驗保證了煤瀝青殘渣的具有適當?shù)恼辰Y(jié)性。,第二節(jié) 其它瀝青,（4）有害雜質(zhì)含量。煤瀝青中含有下列雜質(zhì)則對其技術(shù)性有一定的影響，必須加以限制。 a. 游離碳含量。游離碳在煤瀝青中能增加其粘度和熱穩(wěn)定性，但其含量增加則會帶來

44、低溫脆性，故在保證低溫塑性和兼顧高溫穩(wěn)定性的條件下，對游離碳的含量加以限制。游離碳不溶于苯等有機溶劑，可用溶解度法測定。 b. 酚含量。酚能溶解于水，易導(dǎo)致路面的強低，同時酚有毒，對人類和牲畜有害，故對其在煤瀝青中的含量加以限制。酚主要存在于瀝青的中油中，故測定酚在煤瀝青中的含量時，是取蒸餾試驗所得中油與氫氧化鈉作用，使酚（）與氫氧化鈉（NaOH)形成水溶性的酚鈉（ ), 根據(jù)酚鈉體積求算出煤瀝青中酚含量。,第二節(jié) 其它瀝青,c. 萘含量。萘在煤瀝青中低溫時易結(jié)晶析出，使煤瀝青產(chǎn)生假粘度而失去塑性，同時在常溫下易升華，并使“老化”加速，降低煤瀝青的技術(shù)品質(zhì)。此外，萘也有毒性，故對煤瀝青中萘含量

45、亦應(yīng)加以限制。萘含量的測定是取酚含量測定后的無酚中油為樣品，在低溫條件下使萘結(jié)晶，然后將其與油分分離而獲得“粗萘”。萘含量是以粗萘占煤瀝青的質(zhì)量百分率表示。 d. 含水量。與石油瀝青一樣，在煤瀝青中含有水分會使煤瀝青在施工加熱時發(fā)生許多困難，甚至導(dǎo)致材料質(zhì)量的劣化或造成火災(zāi)事故。煤瀝青含水量的測定方法與石油瀝青相同。,第二節(jié) 其它瀝青,3）煤瀝青的技術(shù)標準 煤瀝青按其在工程中的應(yīng)用要求不同，首先是按其稠度分為：軟煤瀝青（液體、半固體的）和硬煤瀝青（固體的）兩大類。 軟煤瀝青又按其粘度和技術(shù)性質(zhì)分為9個標號，道路工程主要是應(yīng)用軟煤瀝青。 硬煤瀝青按其軟化點等技術(shù)性質(zhì)分為4個標號。這類瀝青由于游離

46、碳含量極高，脆性大，不能直接用來修筑道路路面，只能作為摻配合成瀝青的原材料。,第二節(jié) 其它瀝青,二、乳化瀝青 乳化瀝青是瀝青（石油瀝青、煤瀝青等）經(jīng)機械作用分裂為細微的液滴，分散在含有表面活性物質(zhì)（乳化劑-穩(wěn)定劑）的水介質(zhì)中，由于乳化劑吸附在瀝青微滴表面的定向排列作用而降低水與瀝青界面間的界面張力，使瀝青微滴均勻的分散在水中，不致產(chǎn)生沉析；同時，由于穩(wěn)定劑的穩(wěn)定作用，使瀝青微滴在水中形成均勻穩(wěn)定的分散系。 這種分散系呈茶褐色，具有高流動度，可以冷態(tài)使用，并能與潮濕礦料有良好的粘附隆。 因此應(yīng)用乳化瀝青修筑路面具有節(jié)約能源、保護環(huán)境、便利施工、提高質(zhì)量和降低造價等優(yōu)越性。,第二節(jié) 其它瀝青,1、

47、乳化瀝青組成材料 乳化瀝青主要是由瀝青、水和乳化-穩(wěn)定劑3個組分所組成。,第二節(jié) 其它瀝青,1）瀝青。瀝青是乳化瀝青的基本組分，它在乳化瀝青中占5570%。用于制造路用乳化瀝青的瀝青，它們的針入度大多數(shù)為100250（1/10mm）。而相當于這種稠度的瀝青，它們之間的乳化難易性以及乳化后產(chǎn)品的性能卻有很大的差別，這就是由于瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)和膠體結(jié)構(gòu)的不同所造成的。 關(guān)于瀝青中各組分及其在瀝青中的含量對乳化瀝青乳化難易性以及乳化后性能的影響，一般認為，瀝青中活性組分的含量對瀝青乳化的難易性有直接的關(guān)系，活性組分較低的瀝青通常不易乳化。瀝青活性組分含量可用酸值來表征，不同化學(xué)結(jié)構(gòu)和膠體結(jié)構(gòu)的瀝青，對

48、乳化瀝青所用的乳化劑也提出不同的要求。低活性碳的石蠟基瀝青由于飽和烴組分含量較高，通常要求乳化劑具有較長的烷基鏈。,第二節(jié) 其它瀝青,2）水。水是乳化瀝青中第二大組成部分，不可忽視水對乳化瀝青性能的影響。 水能潤濕、溶解、粘附其他物質(zhì)，并起緩和化學(xué)反應(yīng)的作用，這些是有利于制備乳化瀝青的重要因素。 另一方面水可以含有各種礦物質(zhì)或其他影響乳化瀝青形成的物質(zhì)。自然界獲得的水，可能溶融或懸浮各種物質(zhì)，影響水的pH值，或者含有鈣或鎂的離子等，這些因素都可能影響某些乳化瀝青的形成或引起乳化瀝青過早的分裂。 總之，生產(chǎn)乳化瀝青的水應(yīng)當純凈，不含其他雜質(zhì)。,第二節(jié) 其它瀝青,3）乳化劑。乳化瀝青的性能極大程度

49、依賴乳化劑的性能。乳化劑是使互不相溶的兩相（瀝青和水）形成一相（瀝青）均勻分布于另一相（水）中的穩(wěn)定分散系，要想獲得適用道路建筑中不同道面結(jié)構(gòu)類型和施工方法所需要的各種類型的乳化瀝青，首先要深入了解乳化劑的性能。 乳化劑為一種表面活性劑。表面活性劑有天然產(chǎn)物和人工合成制品。由于天然產(chǎn)物純度較低，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，目前主要是采用人工合成的表面活性劑。 乳化劑按其能否在水中解離生成離子而分為離子型乳化劑和非離子型乳化劑兩大類。離子型乳化劑按其解離后親水端生成離子所帶電荷不同分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型乳化劑等3類。,第二節(jié) 其它瀝青,乳化劑分子一般是長鏈的線性分子，此分子是由親油基和親水基

50、所組成，這兩個基團具有使互不相溶的瀝青和水連接起來的特殊功能。 因此表面活性劑在分子結(jié)構(gòu)上的特點是其為兩親性分子，由一端親油基和一端親水基所組成。親油一般為烷基鏈，它所須的長度有瀝青性質(zhì)決定，烷基鏈太短，不能很好的于瀝青相接（通常為十四烷基以上），但太長（廿烷基以上）有不溶于水。乳化劑性能的差異除親油基的長短外更主要是親水基。如陰離子乳化劑按其親水基的結(jié)構(gòu)，可分為烴酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽和磷酸酯鹽等4大類。,第二節(jié) 其它瀝青,陽離子乳化劑，目前生產(chǎn)的主要是氮化合物，其銨離子中的氫被烷基取代而得到銨鹽類型的陽離子乳化劑。按取代的數(shù)目不同，分為伯銨鹽、仲銨鹽、叔銨鹽和季銨鹽。目前國內(nèi)生產(chǎn)的“十八烷

51、基三甲基氯化銨”和“十六烷基三甲基溴化銨”都是典型的陽離子乳化劑。 兩性離子乳化劑即在親水基一端既有陽離子又有陰離子，在酸性溶液中呈陽離子，在堿性溶液中呈陰離子，而在中性溶液中又類似非離子的性質(zhì)。 非離子乳化劑是含有在水中不解離的烴基（OH）和醚基（O）結(jié)合，并以它們?yōu)橛H水基的表面活性劑。 乳化劑在水中可離解的不同的離子，如陰離子乳化劑可離解為RCOO和K離子而分散在水中。,第二節(jié) 其它瀝青,4）穩(wěn)定劑。為使乳液具有良好的儲存穩(wěn)定性，往往在其生產(chǎn)時在水溶液中加入適量的穩(wěn)定劑。常用的穩(wěn)定劑有氯化鈣、聚乙烯醇和聚乙烯醇丁醇等。,第二節(jié) 其它瀝青,2乳化瀝青形成的機理 瀝青微滴能夠均勻的分散在水中而

52、形成穩(wěn)定的分散系，其主要原因為： 1）乳化劑降低界面能的作用 2）界面膜的穩(wěn)定作用 3）界面電荷的穩(wěn)定作用 綜上所述，瀝青乳液所以能形成高穩(wěn)定的分散體系，主要是由于乳化劑降低體系的界面能，截面膜的形成和界面電荷的作用。,第二節(jié) 其它瀝青,1）乳化劑降低界面能的作用 瀝青乳液是瀝青（分散相）在水（分散介質(zhì)）中的分散系。為了使瀝青分散，就要對瀝青體系作功，這部分能量以表面能的形式保存在瀝青體系中，使瀝青體系的總能量增加。瀝青體系自由表面能的增加是非自發(fā)的過程，而自由表面能的減少卻是自發(fā)的過程。體系自由表面能（G）是水與瀝青的界面張力（cw)和表面積（s）的乘積，即G= cw * s 。當界面張力固

53、定時，減小自由表面能的唯一途徑就是縮小表面積，故乳化瀝青有自動聚結(jié)以減少表面積的趨勢。 為了使瀝青乳液體系保持穩(wěn)定分散（即不減小表面積）就必須降低界面張力來達到這一目的。加入表面活性劑是降低瀝青-水分散系界面張力最有效的方法，例如瀝青與水的界面張力一般為374710-5N/cm，加入優(yōu)良的表面活性劑可使表面張力大幅度降低。,第二節(jié) 其它瀝青,2）界面膜的穩(wěn)定作用 在瀝青-水的體系中假如表面活性劑后，在降低截面張力的同時，表面活性劑在瀝青微滴表面吸附，在界面上形成界面膜，此界面膜具有一定的強度，對瀝青微滴起著保護作用，使其在相互碰撞時不易聚結(jié)。界面膜的強度和緊密程度與乳化劑的濃度有密切關(guān)系。表面

54、劑用量適宜時，界面膜就由密排的定向分子所組成，膜的強度較大，瀝青微滴聚結(jié)需要克服較大的阻力，故能形成穩(wěn)定的乳液。最佳乳化效果的乳化劑用量，與乳化劑對瀝青的吸附作用有關(guān)。我國瀝青的特點是飽和分含量較高，瀝青質(zhì)含量較低，因而它與水的界面張力較大，采用較長烷基鏈（1618烷基）的乳化劑，具有與瀝青較多的相互作用。不僅如此，表面膜中若有極性物質(zhì)存在時，則表面活性大大增加，膜的強度亦提高/分子間相互作用形成“復(fù)合物”結(jié)果表現(xiàn)為：界面張力降低的更多，從而有利于乳化，界面張力降低則表面吸附量增加，而形成更緊密的分子排列，也增加了截面的強度，提高瀝青乳液的穩(wěn)定性；對于離子型表面活性劑，就會增加瀝青微滴所帶電荷

55、，增加瀝青微滴之間的排斥力，提高瀝青乳液的穩(wěn)定性。,第二節(jié) 其它瀝青,3）界面電荷的穩(wěn)定作用 通常穩(wěn)定的瀝青乳液中瀝青微滴都帶電荷。這電荷來源于電離、吸附和瀝青微滴與水之間的摩擦。電離與吸附帶電是同時發(fā)生的，例如陽離子乳化劑吸附于瀝青微滴表面時，伸入水中的極性基團電離而使瀝青帶正電荷。 瀝青-水界面上電荷層的結(jié)構(gòu)，一般是是雙電層分布。雙電層由兩部分組成，第一部分是約為單分子層，基本固定在界面上，這層電荷與瀝青微滴電荷相反，這一層稱為吸附層；第二部分由吸附層相外，電荷向水介質(zhì)中擴散，此層稱為擴散層。由于每層瀝青微滴界面都帶有相同電荷，并有擴散雙電層的作用，故水-瀝青體系稱為穩(wěn)定體系。,第二節(jié) 其

56、它瀝青,3乳化瀝青的制備 目前使用機械分散法制造乳化瀝青的設(shè)備類型很多，歸納起來主要有下列3大類：即膠體磨、高速攪拌機和齒輪泵型乳化機。,第二節(jié) 其它瀝青,1）膠體磨。它是由高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和固定的定子兩個主要部分組成，在轉(zhuǎn)子和定子之間有很細的間隙（小于0.5mm）。它的作用原理是將加熱后的瀝青和乳化劑水溶液通過定子與轉(zhuǎn)子間隙時，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為5000r/min或更高為12000r/min），在此液體中之液層為一層靜止，而鄰層以極大的速度運動，則兩相鄰面間之粒子受剪應(yīng)力的作用而被分裂為膠體顆粒（36m），同時由于乳化-穩(wěn)定劑的作用而得到均勻穩(wěn)定的分散系即為乳液。,第二節(jié) 其它瀝青,2）

57、高速攪拌機。它是由帶有葉片的旋轉(zhuǎn)軸和帶有固定箍肋的圓筒所組成。肋與葉片之間有很窄的間隙，軸以30004000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，加熱后的瀝青和含有乳化劑的水在葉片的高速攪拌下，使瀝青碎裂為細微顆粒而分散在有乳化劑的水中形成乳液。 3）齒輪泵型乳化機。這是目前使用較多、設(shè)備簡單、且效果較好的一種設(shè)備。近年經(jīng)過很多研究有了改進，取得較好的乳化效果。 前述3種乳化機所得到的乳液比起來，用膠體磨得到的質(zhì)量較高，而高速攪拌機僅能得到分散性不太高的乳液。齒輪泵型乳化機如經(jīng)改進亦能得到符合要求的乳液。,第二節(jié) 其它瀝青,制造過程：瀝青預(yù)熱脫水在送入乳化機前應(yīng)加熱至120140。乳化劑水溶液應(yīng)加熱至6070

58、，先注入乳化機中，然后加入熱瀝青。用膠體磨是將熱瀝青與乳化劑均成細流狀分別加入。瀝青與水的比例約為60：40。瀝青與乳化劑相混合的溫度應(yīng)在80左右。在制造過程中要特別注意乳化機的保溫。當溫度降低時，瀝青粘度升高，瀝青-水界面上的界面張力增加，則不易得到良好的乳液。隨著瀝青與乳化劑的品種，以及乳化設(shè)備的特點，工藝條件應(yīng)于調(diào)整。,第二節(jié) 其它瀝青,4乳化瀝青的分裂機理 乳化瀝青為發(fā)揮其粘結(jié)的功能，瀝青微滴必須從乳液中分離出來，瀝青微滴在集料表面聚結(jié)形成一層連續(xù)的瀝青薄膜，這一過程稱為分裂。乳化瀝青分裂的機理傳統(tǒng)的理論認為，陰離子乳液（瀝青微滴帶負電荷）與表面上基本帶正電荷的集料（如石灰石、白云石等

59、）具有較好的粘附性；同時陽離子乳液（瀝青微滴帶正電荷）與表面上基本帶負電荷的集料（如硅質(zhì)巖或花崗巖等）具有較好的粘附性。,第十一章 瀝青混合料,按照現(xiàn)代瀝青路面的建筑工藝，瀝青與不同組成的礦質(zhì)集料可以修建成不同結(jié)構(gòu)的瀝青路面。 最常采用瀝青表面處治和瀝青貫入式路面，以及瀝青碎石和瀝青混凝土路面等。 后2種瀝青路面在施工前需要事先在試驗室中進行組成設(shè)計，對這2種由適量瀝青和一定級配的礦料組成的瀝青集料混合料，通常稱前者為“瀝青碎石混合料”，稱后者為“瀝青混凝土混合料”，統(tǒng)稱為“瀝青混合料”。,第十一章 瀝青混合料,1瀝青混合料的定義 瀝青混合料是經(jīng)人工合理選擇級配組成的礦質(zhì)混合料和適量的瀝青結(jié)合料經(jīng)拌和所組成的一種優(yōu)質(zhì)的高級路面材料。將其攤鋪后，經(jīng)碾壓成型，即成為各種類型的瀝青路面。,第十一章 瀝青混合料,2瀝青混合料的分類 1）按結(jié)合料品種分類。瀝青混合料按瀝青結(jié)合料的品種不同，可分為石油瀝青混合料和煤瀝青混合料。 2）按拌和和鋪筑時溫度分類。瀝青混合料按使用瀝青的稠度和瀝青中揮發(fā)物質(zhì)的餾程及