瀝青材料論文綜述

1、瀝青材料綜述瀝青材料簡介瀝宵是在高度縮合的環(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?O、S、N)衍生物組成的混合物，并含有微量元素。顏色呈暗褐色或黑色，常溫下為固體或半固體。瀝宵可以分為天然瀝宵、石油瀝宵、煤瀝宵、木瀝宵。天然瀝宵是石油在自然條件下，經(jīng)過千白萬年的時間，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宵類物質(zhì)，由瀝宵、礦物質(zhì)、水分構(gòu)成。由丁它常年與自然環(huán)境共存，故其性質(zhì)特別穩(wěn)定。根據(jù)天然瀝宵生成礦床的不同，可以分為：湖瀝宵、巖瀝宵、海底瀝宵。特立尼達(dá)湖瀝宵(TriniadaLakeAsphalt)是世界上最為著名的天然瀝宵之一，

2、它產(chǎn)丁南美洲加勒比海島國一風(fēng)景秀麗的特立尼達(dá)和多巴哥境內(nèi)的瀝宵湖。該瀝宵湖乂叫彼奇湖，面積44萬平方米，深約82米，湖中瀝宵儲量達(dá)1200萬噸，是世界上最大的天然瀝宵產(chǎn)地。巖瀝宵生成丁巖石的火縫中，縫寬很窄，僅數(shù)十厘米，深可達(dá)幾白米。天然巖瀝宵是一種純天然的碳?xì)浠衔?，熔點在150C以上，我國宵海及克拉瑪依地區(qū)有所開采，但很少用丁道路。美國北部猶他州的Uintah盆地的UNTAITE巖瀝宵是世界上最為著名的巖瀝宵。石油瀝宵可由兩個分類指標(biāo)進(jìn)行分類關(guān)鍵僻分特性”和含硫量”。第一關(guān)鍵僻分是指常壓下250275C的僻分，第二關(guān)鍵僻分是減壓條件下275300的僻分。根據(jù)含硫量可以分為低硫原油、含硫原油

3、和高硫原油3類。煤瀝宵是由煤干帽的產(chǎn)品（煤焦油）經(jīng)再加工而獲得的。根據(jù)其在工程中應(yīng)用要求的不同，按稠度可分為軟煤瀝宵（液體、半固體）和硬煤瀝宵（固體）兩大類。煤瀝宵是由芳香族碳?xì)浠衔锛捌溲?、硫、碳的衍生物所組成的混合物，主要元素為C、H、O、S和N,煤瀝宵元素組成的特點是碳?xì)浔取陛^石油瀝宵大得多。煤瀝宵化學(xué)組分的分析方法與石油瀝宵相似，可分離為：油分、軟樹脂、硬樹脂、游離碳Ci和游離碳C2五個組分；其中油分中含有蔡、蕙、酚等有害物質(zhì)，對其含量必須加以限制瀝宵的化學(xué)組分（元素含量，元素比例，基屆比例等）都對其化學(xué)性質(zhì)有影響。一般瀝宵中環(huán)烷基的含量越多其多種性能越好。瀝青的技術(shù)性質(zhì)瀝宵性質(zhì)的技術(shù)

4、指標(biāo)有很多，包括粘滯性、感溫性、延展性和脆性、粘彈性、粘附性、耐久性等。1、粘滯性粘滯性是反映瀝宵材料內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性。各種石油瀝宵粘滯性的變化范圍很大,與瀝宵組分和溫度有關(guān)。粘度是反映瀝宵粘滯性的指標(biāo)，是瀝宵最重要的技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)之一，是瀝宵等級（標(biāo)號）劃分的主要依據(jù)。測定瀝宵相對粘度的主要方法有標(biāo)準(zhǔn)粘度計法和針入度法。1）標(biāo)準(zhǔn)粘度計法該法適用丁液體石油瀝宵、較稀的石油瀝宵、煤瀝宵、乳化瀝宵等的粘度測定。標(biāo)準(zhǔn)粘度是在規(guī)定溫度（20C、25C、30C或60C）條件下，規(guī)定直徑（3mm、4mm、5mm或10mm）的孔口流出50cm3瀝宵所需的時間秒數(shù)，常用符號C；T”表示，其中t為試樣

5、溫度、d為流孔直徑、T為流出50cm3瀝宵所需的時間。按上述方法，在相同溫度和相同流孔的條件下，流出時間越長，表.專業(yè).專注小瀝宵粘度越大02）針入度法該法適用丁粘稠（固體、半固體）石油瀝宵的粘度測定。在規(guī)定溫度25C下，以規(guī)定重量100g的標(biāo)準(zhǔn)針、經(jīng)歷規(guī)定時間5s貫入試樣中的深度（以1/10mm為單位）來表示，符號為P（25C,100g,5s）。針入度值反映了瀝宵抵抗剪切變形的能力，其值越大，表示瀝宵越軟、粘度越小。2、感溫性感溫性是指瀝宵的粘滯性和塑性隨著溫度升降而變化的性能。當(dāng)溫度升高時，瀝宵由固態(tài)或半固態(tài)逐漸軟化，發(fā)生象液體一樣的粘性流動，稱為粘滯流動狀態(tài)；與此相反，當(dāng)溫度降低時，瀝宵

6、乂逐漸由粘流態(tài)凝固為固態(tài)、甚至變硬變脆。工程要求瀝宵隨著溫度變化而產(chǎn)生的粘滯性及塑性變化的幅度應(yīng)較小，即感溫性應(yīng)較小。建筑工程中宜選用溫度敏感性較小的瀝宵。評價瀝宵感溫性的指標(biāo)很多，常用的是軟化點和針入度指數(shù)。（1）軟化點我國現(xiàn)行試驗法是采用環(huán)與球法軟化點。將瀝宵試樣注丁內(nèi)徑為18.9mm的銅環(huán)中,環(huán)上置一重3.5g的鋼球，在規(guī)定的加熱速度（5C/min）下進(jìn)行加熱，瀝宵試樣逐漸軟化，直至在鋼球自重作用下，使瀝宵下墜25.4mm時的溫度稱為軟化點，符號為Tr&b。軟化點越低，表明瀝宵在高溫下的體積穩(wěn)定性和承受荷載的能力越差。（2）針入度指數(shù)僅憑軟化點來反應(yīng)瀝宵性能隨溫度變化的規(guī)律并不全面，目前

7、用來反映瀝宵感溫性的常用指標(biāo)是針入度指數(shù)（PI）,按下式計算確定PI301501g8001gP(25C,100g,5s)10Tr&b25式中P（25c,100g,5s）在25C、100g、5s條件下測定的針入度值（1/10mm）;Tr&b環(huán)球法測定的軟化點（C）。瀝宵針入度指數(shù)的范圍是1020。針入度指數(shù)不僅可以用來評價瀝宵的感溫性，同時也可以來判斷瀝宵的膠體結(jié)構(gòu)：當(dāng)PI2時，瀝宵屆丁凝膠型結(jié)構(gòu)；介丁其間的屆丁溶一凝膠型結(jié)構(gòu)。不同的工程也對瀝宵的針入度指數(shù)有著不同的要求：如用作膠粘劑，要求PI介丁一22之間；用作涂料時，要求PI介丁一25;用作灌縫材料，要求PI介丁一31之間；路用瀝宵一般要求

8、PI2。3、延展性延展性是指瀝宵在受到外力的拉伸作用時，產(chǎn)生變形而不破壞（出現(xiàn)裂縫或斷開）、除去外力后仍能保持變形后形狀不變的性質(zhì)，它反映瀝宵受力時所能承受的塑性變形的能力。瀝宵之所以能制造出性能良好的柔性防水材料，很大程度上決定丁瀝宵的延展性。通常用延度作為延展性指標(biāo)。其試驗方法是：將瀝宵試樣制成最小斷面面積為1cm2的8字形標(biāo)準(zhǔn)試件，在規(guī)定拉伸速度和規(guī)定溫度下拉斷時的長度（以cm計）稱為延度，如圖6-7所示。瀝宵的延度采用延度儀來測度，常用的試驗溫度有25C和15C。瀝宵的針入度、軟化點和延度，被稱為瀝宵的三大技術(shù)指標(biāo)。4、大氣穩(wěn)定性大氣穩(wěn)定性是指石油瀝宵在大氣綜合因素（熱、陽光、氧氣和潮

9、濕等）長期作用下抵抗老化的性能。大氣穩(wěn)定性好的石油瀝宵可以在長期使用中保持其原有性質(zhì)。石油瀝宵在熱、陽光、氧氣和水分等因素的長期作用下，石油瀝宵中代分子組分向高分子組分轉(zhuǎn)化，即瀝宵中油分和樹脂相對含量減少，地瀝宵質(zhì)逐漸增多，從而使石油瀝宵的塑性降低，粘度提高，逐漸變得脆硬，直至脆裂，失去使用功能，這個過程稱為老化。5、安全性閃點（也稱閃火點）是指瀝宵加熱揮發(fā)出可燃?xì)怏w，與火焰接觸閃火時的最低溫度。燃點（也稱著火點）是指瀝宵加熱揮發(fā)出的可燃?xì)怏w和空氣混合，與火焰接觸能持續(xù)燃燒時的最低溫度。閃點和燃點的高低表明瀝宵引起火災(zāi)或爆炸的可能性的大小，它關(guān)系到運(yùn)輸、儲存和加熱使用等方面的安全。例如，建筑石

10、油瀝宵閃點約230C.在熬制時一般溫度為185200C,為安全起見,瀝宵還應(yīng)與火焰隔離。瀝青材料的用途路用和建筑生活中瀝宵應(yīng)用最多的是公路和建筑物建設(shè)，我國的路用瀝宵產(chǎn)量在1960年到2000年年產(chǎn)量幾乎逐年升高，2000年已達(dá)到280萬噸。建筑用瀝宵主要是油氈防水材料，20世紀(jì)初期國外防水材料主要以油氈為主，后來相繼出現(xiàn)了各種改性瀝宵原料生產(chǎn)的油氈。由丁先進(jìn)技術(shù)的使用使得國外的防水材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)高丁我國水平。80年代，我國的生產(chǎn)水平，生產(chǎn)技術(shù)都相對落后，近10年來由丁新技術(shù)和新的生產(chǎn)線的引進(jìn)才有所改觀。選用瀝宵是要考慮工程性質(zhì)，氣候條件，所處工程部位等多種因素。一般高牌號瀝宵比低牌號瀝宵含油分多、

11、抗老化能力強(qiáng),故在滿足要求的前提下,應(yīng)盡量選用牌號高的石油瀝宵，以保證有較長的使用年限。道路石油瀝宵乂分為重交通石油瀝宵、中輕交通石油瀝宵、乳化石油瀝宵、液體石油瀝宵和改性瀝宵等。道路工程中選用瀝宵材料應(yīng)考慮交通量和氣候特點。南方高溫地區(qū)宜選用高粘度的石油瀝宵，以保證夏季瀝宵路面具有足夠的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)車轍等；而北方寒冷地區(qū)宜選用低粘度的石油瀝宵，以保證瀝宵路面在低溫下仍具有一定的變形能力，避免出現(xiàn)開裂。建筑石油瀝宵針入度較?。ㄕ承暂^大）、軟化點較高（耐熱性較好），但延伸度較小（塑性較?。?，主要用作制造油紙、油氈、防水涂料和瀝宵嵌縫膏等。它們絕大部分用丁建筑屋面工程、地下防水工程、溝槽防水、防

12、腐蝕工程及管道防腐工程等。使用時制成的瀝宵膠膜較厚，增大了對溫度的敏感性；同時黑色瀝宵表面乂是好的吸熱體，一般同一地區(qū)瀝宵屋面的表面溫度比其他材料的都高；瀝宵屋面達(dá)到的表面溫度比當(dāng)?shù)刈罡邭鉁馗?5C30C。為避免夏季流淌，一般屋面用瀝宵材料的軟化點還應(yīng)比本地區(qū)屋面最高溫度高20C25C,可選用10號或30號石油瀝宵。改性瀝青傳統(tǒng)意義上的瀝宵是由樹脂包裹的瀝宵質(zhì)分子團(tuán)組成的膠體物質(zhì)，它呈現(xiàn)出很強(qiáng)的油質(zhì)狀態(tài)（即石油質(zhì)）。膠體分為溶膠（主要指液態(tài)密度）和凍膠（主要指固體密度），這取決丁其成分間的平衡狀態(tài)。對瀝宵來說，兩種狀態(tài)的平衡取決丁瀝宵質(zhì)和樹脂間的相互作用，并受到外界溫度的強(qiáng)烈影響。事實上，瀝宵

13、溫度的升高打破了其凍膠狀態(tài)，使瀝宵分子團(tuán)演變成溶膠狀態(tài)。因而瀝宵的一個重要特性就是常溫下呈現(xiàn)出固體或半固體，但隨溫度升高極易溶化。這一顯著的熱敏感性是瀝宵的最重要的特征，也是其主要弱點。事實上，瀝宵混合物應(yīng)能夠在全年不同的工作條件下保持其良好的性能。顯著的熱敏感性妨礙了瀝宵混合物在高溫和低溫時呈現(xiàn)出良好的性能，因而必須改進(jìn)瀝宵的特性以提高產(chǎn)品性能。二十多年來，國際國內(nèi)交通容量增長迅速，重型車輛在其中的比例也不斷增長。面對現(xiàn)在和將來的繁重的交通容量，使用傳統(tǒng)材料、按傳統(tǒng)方法設(shè)計的高速公路和機(jī)場跑道的瀝宵路面的壽命將不斷降低。為了提高瀝宵的產(chǎn)品性能，一個可行的方法就是選用某些高分子聚合體改變傳統(tǒng)瀝

14、宵的特性?，F(xiàn)代土木工程不僅要求瀝宵具有較好的使用性能、還要求具有較長的使用壽命，但瀝宵材料受環(huán)境影響較大、易老化。通過各種技術(shù)措施，在傳統(tǒng)瀝宵材料中加入其它材料，來進(jìn)一步改善瀝宵的性能，稱為改性瀝宵。改性的目的在丁提高瀝宵材料的流變性能、延長瀝宵的耐久性等、改善瀝宵與集料的粘附性。由此可以發(fā)現(xiàn)，改性瀝宵主要是在傳統(tǒng)瀝宵中加入化學(xué)添加劑。以提高瀝宵的流變性和耐久性為主要目的。但并不是每種添加劑都能達(dá)到我們預(yù)期的效果，可能由丁技術(shù)，安全，造價等多種原因使得某種添加劑或改性劑不能大量生產(chǎn)，從而失去了其科研價值。當(dāng)今研究主要是針對化學(xué)改性劑的研究，使改性劑更加安全，有效，方便生產(chǎn)是我們研究的主要目。提

15、高瀝宵流變性的途徑很多，改性效果較好的有下列幾類改性劑：樹脂類改性劑、橡膠類改性劑、橡膠和樹脂共混類改性劑、微填料類改性劑、纖維類改性劑。目前提高瀝宵耐久性方法，主要是摻加一些較為昂貴的化學(xué)添加劑，例如抗氧劑等；但使用抗氧劑前，必須通過試驗對其技術(shù)上的有效性進(jìn)行鑒定。當(dāng)前對提高瀝宵耐久性最有效的添加劑為專用炭黑，炭黑經(jīng)助劑預(yù)處理后，可配制炭黑改性瀝宵”。SBS防水卷材防水卷材是一種可卷曲的片狀防水材料。根據(jù)其主要防水組成材料可分為瀝宵防水材料、高聚物改性防水卷材和合成高分子防水卷材三大類。瀝宵防水卷材：瀝宵防水卷材是在基胎（如原紙、纖維織物）上侵涂瀝宵后，再在表面撒布粉狀或片狀的隔離材料而制成

16、的可卷曲片狀防水材料。可分為：1、石油瀝宵紙?zhí)ビ蜌郑ìF(xiàn)已禁止生產(chǎn)使用）。2、石油瀝宵玻璃布油氈。3、石油瀝宵玻璃纖維胎油氈。4、鋁箔面油氈。改性瀝宵防水卷材：改性瀝宵與傳統(tǒng)的氧化瀝宵相比，其使用溫度區(qū)間大為擴(kuò)展，制成的卷材光潔柔軟，可制成4-5mm厚度，可以單層使用，具有15-20年可靠的防水效果?？煞譃椋?、彈性體改性瀝宵防水卷材（SBS卷材）。2、塑性體改性瀝宵防水卷材（APP卷材）。合成高分子防水卷材：合成指的是以合成橡膠、合成樹脂或兩者共混體為基料，加入適量化學(xué)助劑和填充料，經(jīng)一定工序加工而成的可卷曲片狀防水卷材。這種卷材拉伸強(qiáng)度高、抗撕裂強(qiáng)度高、斷裂伸長率大、耐熱性好、低溫柔性好、耐

17、腐蝕、耐老化及可冷施工等優(yōu)越的性能?？煞譃椋?、橡膠系防水卷材。2、塑料系防水卷材。3、橡膠塑料共混系防水卷材。改性瀝宵防水卷材的生產(chǎn)使用量非常大，改性瀝宵的研究也是最近的科學(xué)熱點。改性瀝宵防水卷材可分為彈性瀝宵防水卷材（SBS防水卷材）和塑性瀝宵防水卷材（APP瀝宵防水卷材）。SBS改性瀝宵防水卷材，是以聚酯氈或玻纖氈為胎基，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）熱塑性彈性體作改性劑，兩面覆以隔離材料所制成的建筑防水卷材，產(chǎn)品標(biāo)記按以下程序進(jìn)行：彈性體改性瀝宵防水卷材、型號、胎基、上表面材料、厚度和本標(biāo)準(zhǔn)號，例：3mm厚砂面聚酯胎I型彈性體改性瀝宵防水卷材，標(biāo)記為SBSIPYS3GB18242。（

18、此卷材使用品牌效應(yīng)最響,比例最大，占全部防水材料的60.91%）APP改性瀝宵防水卷材，是以聚酯氈或玻纖氈為胎基，無規(guī)聚丙烯APP或聚烯輕類聚合物APAO、APO作改性劑，兩面覆以隔離材料所制成的建筑防水卷材，產(chǎn)品標(biāo)記按以下程序進(jìn)行：塑性體改性瀝宵防水卷材、型號、胎基、上表面材料、厚度和本標(biāo)準(zhǔn)號，例：3mm厚砂面聚酯胎I型塑性體改性瀝宵防水卷材,標(biāo)記為APPIPYS3GB18243。另外還有一種瀝宵復(fù)合胎柔性防水卷材簡稱為復(fù)合胎卷材”，以瀝宵為基料，以無紡布-網(wǎng)格布兩種材料復(fù)合為胎體，細(xì)砂、礦物粒（片）料、聚酯膜、聚乙烯膜等為覆面材料，以浸涂、滾壓工藝而制成的防水卷材，該胎體價格低廉、耐霉菌、

19、耐水性、耐久性極差，生產(chǎn)的卷材易分層，其中無紡布一般用回收的廢布制成，化纖成份極高，不易浸透，網(wǎng)格布是用國家淘汰的陶土土甘埸生產(chǎn)線生產(chǎn)的高堿玻纖織成的，其瀝宵通常用廢膠粉進(jìn)行改性。用此卷材施工的僅占3.04%。SBS是一種熱塑性彈性體，常溫下具有橡膠的高彈性。通常在瀝宵中添加適量的SBS以改善瀝宵的力學(xué)性能，如低溫脆性、高溫抗變形性能以及抗疲勞老化性能SBS防水橡膠是在60年代在國外開始研究起步，目前國內(nèi)的生產(chǎn)水平相對落后。是目前科學(xué)研究的一大熱門項目。但限丁生產(chǎn)技術(shù)等諸多問題發(fā)展較為緩慢，甚至屆丁起步階段。目前，國內(nèi)SBS改性瀝宵的加工方法一般多采用機(jī)械式共混法，在工廠進(jìn)行預(yù)拌或工地現(xiàn)場改性。工廠預(yù)拌工藝通過溶脹、剪切、發(fā)育3個階段，將SBS經(jīng)強(qiáng)力剪切分散到瀝宵