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沥青基础知识
点击数:481    发布时间:2016-6-6

沥青是黑色固体、半固体或粘稠状物,主要为高分子烃类所组成,完全溶解于二硫化碳。可有天然和人工两种制备方法。

一、天然沥青。地下原油从岩石裂缝渗透到地表,并长期暴露于大气中,其中所含轻质部分蒸发后残留物经氧化成为天然沥青,可存在于岩石裂缝、地面或形成湖泊,如著名的特立尼达湖沥青(湖沥青硬度很大,不能拌和沥青混合料,且资源有限,现仅把将其用作粘稠沥青材料性能改善的添加料)。

二、人工沥青,即石油沥青

(1)直馏沥青。原油经常减压蒸馏法→常温粘稠或半固体的产品。
(2)溶剂脱沥青。减压渣油经溶剂沉淀法→常温固体或半固体的脱油产品。
(3)氧化沥青。减压渣油经吹风氧化→常温固体的产品。
(4)调和沥青。两种以上不同稠度的沥青按比例调配→一定稠度的产品。
(5)乳化沥青。将粘稠沥青加热至热熔状态,经机械强力搅拌作用,使沥青以细微液滴状态分布在含有乳化剂的水溶液中,成为水包油状的沥青乳液。
(6)改性沥青。将基质沥青与一种或数种改性剂经适宜的加工工艺→混合物。

三、各种石油沥青的路用性能
(1)常压渣油:通常稠度较低,一般仅能用作透层油,不宜直接用于修筑表面处治和其它更高级的沥青路面。
(2)减压渣油:稠度较常压渣油为高,可作为表面处治或贯入式路面用油。
(3)直馏沥青:温度感应性大,高温稳定性差;直馏沥青的优点是低温性能较好。
(4)氧化沥青:氧化沥青稠度较高、温度感应性较低,即高温时抗变形能力较好,但同时低温时变形能力也较差,但氧化沥青含蜡量却变化很少。
(5)溶剂脱沥青:润滑油原料在炼制高级润滑油时,用溶剂脱沥青装置萃取脱沥青油后,剩下的沥青称为溶剂沥青。目前溶剂为丙烷、丙-丁烷、丁烷等。如丙烷为溶剂时,得到的沥青含蜡量大大降低,从而使沥青路用性能得到改善。
(6)改性沥青:国内外普遍使用的道路改性沥青主要是SBS弹性体改性沥青、SBR丁苯橡胶改性沥青以及PE、EVA塑料类改性沥青,其中SBS具有优良的高温稳定性、低温抗裂性能、抗疲劳、抗老化和抗水损坏性能,路用性能明显优于其它聚合物改性沥青,因而在新建的高速公路工程中的基本上均是SBS改性沥青。
(7)乳化沥青:冷施工,节约能源,延乳化沥青的应用范围从路面新建工程到维修工程,使用类型包括表面处治、稀浆封层、贯入式,以及沥青碎石混合料等所有的沥青路面类型;还应用于沥青路面封层、透层、粘层,以及沥青路面的冷再生工艺。优点:长施工季节;流动性好,提高质量;节省沥青用量,扩大骨料来源,扩展沥青路面类型;改善施工条件,减少环境污染。

四、石油沥青的组成
(1)元素组成:碳含量83% ~ 87%,氢含量10%左右,H/C原子比约在1.4 ~ 1.6之间。
(2)化学组分:四组分分析法
 ①胶质—极性很强,使得胶质具有很好的粘附力,影响沥青胶体结构类型。
 ②沥青质—影响沥青流变特性,含量增加→硬度变大、针入度变小、软化点变高。
 ③饱和分—非极性,与芳香族一起使胶质—沥青质软(塑)化,稳定胶体体系。
 ④芳香族—非极性,具有强溶解能力。
 ⑤蜡分—高温熔化→粘度降低→温度敏感性增大;低温析出→降低分子间联系,低温延展力降低;减小沥青与石料亲和力与粘附性。

五、沥青胶体结构
(1)溶胶型沥青:沥青质含量不高(<10%),分散度高,有牛顿流特性。PI < —2温度敏感性高,高温粘度小,低温粘度增大而流动性变差,冷却变为脆性固体。
(2)凝胶型沥青:沥青质含量高(25%—30%),常温下呈非牛顿流状态。PI > +2粘弹性和温度稳定性好,温度升高沥青质胶团可逐渐解缔恢复至牛顿流态。
(3)溶—凝胶型沥青:介于溶、凝胶型沥青之间的沥青胶体结构。

六、沥青的技术性质
(1)物理性质
 ①密度:规定温度下(15°C)单位体积的质量,用D表示。
相对密度:规定温度下沥青质量与同体积水的质量的比值。
 ②体膨胀系数:沥青储罐设计、填缝密封等,其值越大,夏季易泛油,冬季易开裂。A=(DT1—DT2)/ [DT1(T1—T2) ]
 ③介电常数:与沥青对氧、雨、紫外线等的耐老化性有关。沥青的介电常数定义为沥青作为介质时平行板电容器的电容与真空作为介质时相同平行板电容器的电容。
(2)路用性能
 ①粘滞性:沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移时抵抗剪切变形的能力。反映沥青的胶结性能。高温牛顿粘度公式F=η*A*(dv/dy), η=τ/γ,γ= dv/dy,τ=F/A,动力粘度η(Pa*s)、运动粘度ν=η/ρ。 由于实际路面沥青呈粘—弹—塑性,而非牛顿液体,剪应力与剪变率非线性关系,故引进表观粘度η*表示,η*=τ/γc,c为沥青材料的复合流动系数。
 沥青粘度测定方法:
A 毛细管法:135℃运动粘度νT=粘度计标定常数c *沥青流经规定体积的时间t
B.真空减压毛细管法:60℃动力粘度ηT=粘度计常数k*沥青流经规定体积时间t—直接关联沥青路面抗车辙能力。
C Brookfield法:45℃以上表观粘度η*=转子在试样中的转动扭矩T*仪器参数
D 标注粘度法:液状沥青在标准粘度计中,经规温T规孔径d流出50ml的用时
E.针入度法:测定粘稠沥青稠度,划分沥青标号。P25℃,100g,5s 愈大,沥青愈软。
F.软化点法:以条件硬化点和滴落点取代固化点和液化点,R3.5g,18.9mm,5℃/min、25.4mm
 ——多种沥青软化点时的粘度约为1200Pa·s,或相当于针入度为800;
—当量软化点T800:针入度为800(0.1mm)时的温度,反映沥青高温性能;
—当量脆点T1.2:针入度为1.2(0.1mm)时的温度,反映沥青低温性能。
 沥青的低温性能:低温抗裂性——低温延性和低温脆性——延度和脆点
A.延性:沥青受外力拉伸时承受塑性变形的能力。
——化学组分不协调,胶体结构不均匀,含蜡量增加,会导致延性降低。
B.脆性:A.弗拉斯脆点实验,以达到临界硬度发生开裂时的温度为条件脆性指标。
——脆点反映沥青由粘弹性体转变为弹脆性体即玻璃态的温度,约2.1x109 Pa。
C.弯曲梁流变实验(BBR):沥青低温劲度——抗裂性能。
——小梁试件加蠕变荷载两项指标:弯拉模量<=300MPa,蠕变曲线斜率>=3。
D.直接拉伸试验(DTT):测定沥青低温极限拉伸应变,0—36℃沥青呈脆性特征。
—绘制应力应变图,要求直接拉伸破坏时应变<=1%

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