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瀝青混合料第二章瀝青材料2.1概述瀝青的定義及分類
1.定義1)AIPCR:由天然或熱分解或兩者兼而有之得到的烴類混合物,通常可以是氣體、液體、半固體或固體,完全溶解于二硫化碳。2)ASTM:褐色或暗褐色的粘稠狀物(固體、半固體或粘稠狀物),由天然或人工制造而得,主要由高分子烴類組成。3)國標(biāo):由高分子碳?xì)浠衔锛胺墙饘伲ㄑ?、硫、氮)的衍生物組成的固體或半固體混合物,呈暗褐色至黑色,可溶于苯或二硫化碳等溶劑,是自然界中天然存在的或從原油經(jīng)蒸餾得到的殘?jiān)?.瀝青的分類-按產(chǎn)源不同地瀝青:天然存在或由人工提煉而得到的瀝青。1)天然瀝青:地殼中的石油在各種自然因素的作用下,經(jīng)過輕質(zhì)油分蒸發(fā)、氧化和縮聚作用而形成的天然產(chǎn)物。2)石油瀝青:石油經(jīng)過各種煉制工藝加工而得到的產(chǎn)品。焦油瀝青:各種有機(jī)物干餾的焦油,經(jīng)再加工而得到的產(chǎn)品。按加工有機(jī)物的不同命名,如煤瀝青、木瀝青、頁巖瀝青等。石蠟基瀝青—含蠟量>5%混合基瀝青—含蠟量2%-5%瀝青基瀝青—含蠟量<2%瀝青的分類-按蠟含量不同瀝青的分類-按加工方法不同直餾瀝青—原有通過常壓或減壓蒸餾的方法得到的瀝青產(chǎn)品,當(dāng)產(chǎn)品符合瀝青標(biāo)準(zhǔn)的就是直餾瀝青,反之為渣油瀝青。該種瀝青溫度穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性較差。溶劑脫瀝青—渣油瀝青通過減壓蒸餾,得到減壓渣油。減壓渣油經(jīng)溶劑沉淀后得到溶劑脫瀝青產(chǎn)品或半成品,常溫下是半固體或固體。氧化瀝青—以減壓渣油為原料,在高溫下吹入空氣(230℃-280℃),經(jīng)氧化處理得到的產(chǎn)品。常溫下是固體,比直餾瀝青具有較高的熱穩(wěn)定性,高溫抗變形能力較好,但低溫變形能力較差,亦形成開裂現(xiàn)象。裂化瀝青—對(duì)蒸餾后的重油在高溫下進(jìn)行裂化,得到裂化殘?jiān)蔀榱鸦癁r青。其具有更大的硬度和延度,軟化點(diǎn)較高。但粘度、氣候穩(wěn)定性比直餾瀝青、氧化瀝青差。瀝青的分類-按常溫下稠度不同固體瀝青、粘稠瀝青、液體瀝青瀝青的分類-按用途不同道路石油瀝青、建筑瀝青等三組分分析法—油分、樹脂、瀝青質(zhì)性狀外觀特性平均分子量碳?xì)浠浚ノ锘匦杂头值S色透明液體200~7000.5~0.745~60幾乎溶于大部分有機(jī)溶劑,具有光學(xué)活性,常發(fā)現(xiàn)有熒光,相對(duì)密度約0.7~1.0樹脂紅褐色粘稠半固體800~30000.7~0.815~30溫度敏感性高,熔點(diǎn)低于100℃,相對(duì)密度大于1.0~1.1瀝青質(zhì)深褐色固體微粒1000~50000.8~1.05~30加熱不熔化而碳化,相對(duì)密度1.1~1.5油分賦予瀝青以流動(dòng)性,油分含量的多少直接影響瀝青的柔軟性、抗裂性及施工難度。油分在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為樹脂甚至瀝青質(zhì)。飽和分—由直鏈和支鏈飽和烴、烷基烴和一些烷基芳香烴組成,含量約占瀝青的5%-20%,非極性稠狀油類,色較淺。隨飽和分含量增加,瀝青的稠度降低,感溫性增加。芳香分—由瀝青中分子量最低的環(huán)烷芳香化合物組成,約占瀝青總質(zhì)量的20%-50%,粘稠狀液體,深棕色,對(duì)其他高分子烴類物質(zhì)有較強(qiáng)的溶解性。四組分分析法—飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)蠟分—存在于芳香分和飽和分中,蠟在低溫下結(jié)晶析出分散在瀝青材料中,減少瀝青分子之間的緊密程度,使其低溫延展能力降低;蠟在溫度升高時(shí)易融化,使瀝青粘度降低,增加材料的溫度敏感性;蠟還能使瀝青與石料表面的粘附性降低,含量過高易使瀝青路面的抗滑性能降低國產(chǎn)瀝青的特點(diǎn)含蠟量較高比重偏小延度較小軟化點(diǎn)相對(duì)較高石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)現(xiàn)代膠體理論認(rèn)為:瀝青材料是一種膠體分散系。它以固態(tài)微粒的瀝青質(zhì)為分散相,以液態(tài)的飽和分和芳香分為分散介質(zhì),過渡性的膠質(zhì)起保護(hù)物質(zhì)的作用,使分散相能夠很好的膠溶于分散介質(zhì)中,形成穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為,在瀝青的膠體結(jié)構(gòu)中,從瀝青質(zhì)到膠質(zhì),乃至芳香分和飽和分,它們的極性是逐漸遞變的,沒有明顯的分界線。瀝青的膠體結(jié)構(gòu)類型溶膠結(jié)構(gòu)—瀝青質(zhì)含量較少,膠團(tuán)間完全沒有引力或引力很小,在外力作用下隨時(shí)間發(fā)展的變形特性與粘性液體一樣,具有較好的自愈性和低溫變形能力,但溫度敏感性較強(qiáng)。直餾瀝青的結(jié)構(gòu)多為溶膠結(jié)構(gòu)。凝膠結(jié)構(gòu)。瀝青質(zhì)含量很高,膠團(tuán)間引力增強(qiáng),形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),飽和分和芳香分分散在網(wǎng)格之間成為分散相,連續(xù)膠團(tuán)成為分散介質(zhì)。在外力作用下彈性效應(yīng)明顯。深度氧化瀝青多屬于凝膠結(jié)構(gòu)。具有較低的溫度敏感性,但低溫變形能力較差。溶膠結(jié)構(gòu)凝膠結(jié)構(gòu)溶一凝膠結(jié)構(gòu)介于溶膠與凝膠之間,并有較多的膠質(zhì)作為保護(hù)介質(zhì),膠團(tuán)間有一定吸引力,在常溫下受力變形的最初階段呈現(xiàn)出明顯的彈性效應(yīng),當(dāng)變形增加到一定數(shù)值后,則變?yōu)橛凶枘岬恼承粤鲃?dòng)。大部分優(yōu)質(zhì)道路瀝青均為溶~凝膠型結(jié)構(gòu),通常,環(huán)烷基稠油的直餾瀝青、半氧化瀝青、以及按要求組分重新組配的溶劑瀝青等往往屬于此類膠體結(jié)構(gòu)。這類瀝青在高溫時(shí)具有較低的感溫性,在低溫時(shí)又具有較好的變形能力。粘稠石油瀝青的針入度是在規(guī)定溫度(5℃、15℃、25℃、35℃)條件下,以規(guī)定質(zhì)量(100g)的標(biāo)準(zhǔn)針,在規(guī)定時(shí)間(5s)內(nèi)貫入試樣中的深度來表示,單位以1/10mm計(jì)。針入度值越大,表明瀝青越軟(稠度越?。?。實(shí)質(zhì)上,針入度是測(cè)定瀝青稠度的一種指標(biāo)。通常稠度高的瀝青粘度越高。針入度的測(cè)定粘滯度是將一定量的液體瀝青,在某溫度下經(jīng)一定直徑的小孔流出50ml所需的時(shí)間,以s表示。常用符號(hào)“CT,d”表示粘滯度,其中d為小孔直徑(mm),常用流孔直徑3mm、4mm、5mm、10mm;T為試樣溫度,通常為25℃或60℃。粘滯度的測(cè)定瀝青的軟化點(diǎn)試樣在規(guī)定尺寸(內(nèi)徑為18.9mm)的金屬環(huán)內(nèi),上置規(guī)定尺寸和質(zhì)量(3.5g)的鋼球,放于水(5℃)或甘油(32.5℃)中,以5±0.5℃/min的升溫速度加熱,至鋼球下沉達(dá)到規(guī)定距離﹙25.4mm)時(shí)的溫度,以℃表示,它在一定程度上表示瀝青的溫度穩(wěn)定性。針入度是在規(guī)定溫度下測(cè)定瀝青的條件粘度軟化點(diǎn)則是瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時(shí)的溫度軟化點(diǎn)的測(cè)定2、瀝青的延性延性:當(dāng)瀝青受到外力的拉伸作用時(shí),所能承受的塑性變形的總能力,通常用延度作為條件延性指標(biāo)來表征。延度在一定程度上反映了瀝青在某一條件下的變形能力,有研究發(fā)現(xiàn),瀝青材料的低溫延度大小與其低溫時(shí)的抗裂性能有一定關(guān)系,低溫延度值越大,低溫環(huán)境下瀝青的開裂性越小。延度的測(cè)定延伸度斷裂針入度指數(shù)越大,表征瀝青的感溫性越小,即瀝青在溫度升高時(shí)其狀態(tài)改變程度較小,表現(xiàn)為夏季氣溫升高時(shí),瀝青不易變軟,具有一定的抗車轍變形能力;但另一方面冬季氣溫較低時(shí),瀝青變硬,開裂的可能性增加。故瀝青的PI<-2時(shí),瀝青的溫度敏感性大,瀝青的PI>+2時(shí),溫度敏感性較低。為了兼顧材料的高低溫性能要求,一般宜選用瀝青針入度指數(shù)為-1-+1的瀝青作為路用瀝青。3、耐久性瀝青在熱、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,稱為耐久性。在大氣因素的綜合作用下,瀝青中各組分會(huì)發(fā)生不斷遞變,低分子化合物將逐步轉(zhuǎn)變成高分子物質(zhì),即油分和樹脂逐漸減少,而地瀝青質(zhì)逐漸增多。石油瀝青隨著時(shí)間的進(jìn)展,流動(dòng)性和塑性將逐漸減小,硬脆性逐漸增大,直至脆裂。這個(gè)過程稱為石油瀝青的“老化”。所以耐久性即為瀝青抵抗老化的性能。耐久性影響因素1、熱的影響:熱能加速瀝青分子的運(yùn)動(dòng),除了引起瀝青輕質(zhì)組分的蒸發(fā)外,還能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的加速,最終導(dǎo)致
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