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1、 沥青材料的检测与应用沥青是土木工程中不可缺少的材料之一，广泛用于房屋建筑、道路桥梁、水利工程以及其他防水防潮工程中。沥青材料用作防水材料的历史久远，直到现代，仍然以沥青防水材料为主。随着建设事业的突飞猛进以及石油工业的发展，沥青材料在道路和水利工程中也得到大量应用。沥青是一种有机胶凝材料，是由许多高分子碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮等）衍生物所组成的复杂的混合物。它能溶于二硫化碳等有机溶剂中，在常温下呈褐色或黑褐色固体、半固体及液体状态。81 沥 青沥青按产源不同分为地沥青与焦油沥青两大类。地沥青中有石油沥青与天然沥青；焦油沥青则有煤沥青、木沥青、页岩沥青及泥炭沥青等几种。土木工程中主要使
2、用石油沥青和煤沥青，以及以沥青为原料通过加入表面活性物质而得到的乳化沥青。811 石油沥青石油沥青是石油（原油）经蒸馏等工艺提炼出各种轻质油及润滑油以后得到的残留物，或者再经加工得到的残渣。当原油的品种不同、提炼加工的方式和程度不同时，可以得到组成、结构和性质不同的各种石油沥青产品。1石油沥青的品种石油沥青的分类方法尚不统一，各种分类方法都有各自的特点和实用价值，现介绍如下。（1）按原油加工后所得沥青中含蜡量多少分类石油沥青按原油基层不同分为石蜡基的、沥青基的和中间基的三种。1）石蜡基沥青。它是由含大量烷属烃成分的石蜡基原油提炼制得的，其含蜡量一般均大于5%。由于其含蜡量较高，其黏性和温度稳定
3、性将受到影响，故这种沥青的软化点高，针入度小，延度低，但抗老化性能较好。2）沥青基沥青（环烷基沥青）。它是由沥青基原油提炼制得的。其含蜡量一般少于2%，含有较多的脂环烃，故其黏性高，延伸性好。3）中间基沥青（混合基沥青）。它是由含蜡量介于石蜡基和沥青基石油之间的原油提炼制得的。其含蜡量在2%5%之间。（2）按加工方法分类按加工方法不同，石油可炼制成如图8.1所示的不同种类的沥青。原油经过常压蒸馏后得到常压渣油，再经减压蒸馏后，得到减压渣油。这些渣油属于低标号的慢凝液体沥青。为提高沥青的稠度,以慢凝液体沥青为原料，可以采用不同的工艺方法得到黏稠沥青。渣油再经过减蒸工艺，进一步深拔出各种重质油品，
4、可得到不同稠度的直馏沥青：渣油经不同深度的氧化后，可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青；渣油经不同程度地脱出沥青油，可得到不同稠度的溶剂沥青。除轻度蒸馏和轻度氧化的沥青属于高标号慢凝沥青外，这些沥青都属于黏稠沥青。有时为施工需要，希望在常温条件下具有较大的施工流动性，在施工完成后短时间内又能凝固而具有高的黏结性，为此在黏稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的溶剂，这种用快速挥发溶剂作稀释剂的沥青，称之为中凝液体沥青或快凝液体沥青。为得到不同稠度的沥青，也可以采用硬的沥青与软的沥青以适当比例调配，称之为调配沥青。按照比例不同所得成品可以是黏稠沥青，也可以是慢凝液体沥青。图8.1 石油沥青生产工
5、艺流程示意图快凝液体沥青需要耗费高价的有机稀释剂，同时要求石料必须是干燥的。为节约溶剂和扩大使用范围，可将沥青分散于有乳化剂的水中而形成沥青乳液，这种乳液也称为乳化沥青。为更好地发挥石油沥青和煤沥青的优点，选择适当比例的煤沥青与石油沥青混合而成一种稳定的胶体，这种胶体称为混合沥青。2石油沥青的化学组成与结构（1）沥青的化学组成石油沥青是高分子碳氢化合物及其非金属衍生物的混合物。其主要化学成分是碳（80%87%）和氢（10%15%），少量的氧、硫、氮（约为5%）及微量的铁、钙、铅、镍等金属元素。由于沥青化学组成结构的复杂性以及分析测试技术的限制，将沥青分离成纯化学单体较困难，而且化学元素含量的变
6、化与沥青的技术性质间也没有较好的相关性，所以许多研究者都着眼于沥青化学组分的分析。化学组分的变化，将直接影响沥青的技术性质。沥青的化学组分分析就是利用沥青在不同有机溶剂中的选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性吸附，将沥青分离为几个化学性质比较接近，而又与其胶体结构性质、流变性质和技术性质有一定联系的化合物组。这些组就称为沥青的组分（也称组丛）。此法主要利用选择性溶解和选择性吸附的原理，所以又称“溶解-吸附”法。石油沥青主要组分如下：1）油质。它是沥青中最轻的组分。油质含量越多，沥青的稠度、黏度、软化点越低，但它可使沥青的流动性增大，便于施工，且有较好的柔韧性和抗裂性。油质在氧、高温和紫外线等的作
7、用下，将逐渐挥发和转化。2）树脂。其相对分子质量比油质的大。树脂有酸性和中性之分。酸性树脂的含量较少，为表面活性物质，对沥青与矿质材料的结合起表面亲和作用，可提高胶结力；中性树脂可使沥青具有一定的可塑性和黏结力，其含量越高，沥青的品质越好。3）沥青质。它是石油沥青中相对分子质量较大的固态组分，为高分子化合物。沥青质对沥青中的油质显憎液性，在油质中不溶解，面对树脂则显亲液性，在树脂中形成高分散溶液。沥青质决定着沥青的塑性状态界限和由固体变为液体的速度，还决定着沥青的黏滞度、温度稳定性以及硬度等。其含量越高，沥青的黏度、硬度和温度稳定性越高，但其塑性则越低。4）沥青碳和似碳物。它们是由于沥青受高温
8、的影响脱氢而生成的，一般只在高温裂化或加热及深度氧化过程中产生。它们多为深黑色固态粉末状微粒，是石油沥青中相对分子质量最高的组分。沥青碳和似碳物在沥青中的含量不多，一般在2%3%以下，它们能降低沥青的黏结力。5）蜡。蜡在常温下呈白色结晶状态存在于沥青中。当温度达45左右时，它就会由固态转变为液态，石蜡含量增加时，将使沥青的胶体结构遭到破坏，从而降低沥青的延度和黏结力，所以蜡是石油沥青的有害成分。国际上大多都规定沥青的含蜡量不应超过5%。石油沥青各组分含量及性状列于表8.1中。表8.1 石油沥青各组分含量及性状组分颜色体态相对密度相对分子质量碳氢原子数比在沥青中含量/%特征性能作用转化方向油质淡
9、黄色至红褐色黏稠透明液体0.61.0200700平均5000.50.74060几乎溶于所有溶剂，具有光学活性，在很多情况下发荧光赋予沥青以流动性树脂红褐色至黑褐有黏性的半固体约1.05003000平均10000.70.81530对温度敏感，熔点低于100赋予沥青以黏性和塑性历青质深褐色至黑色固体脆性粉末状微粒1.0100050000.81.01030加热不熔化，分解为硬焦炭增加沥青的黏性和热稳定性历青碳黑色固体粉末1.0约100001.01.323外形似沥青，不溶于四氯化碳，仅溶于二硫化碳降低沥青的黏性和塑性似碳物黑色固体粉末1.0约1.3是沥青质的最终产物，不溶于任何溶剂降低沥青的黏结力蜡白
10、色（常温）白色结晶（常温）300700变化范围较大能溶于多种溶剂中，对温度特别敏感降低沥青的延度和黏结力 （2）石油沥青胶体结构石油沥青的主要成分是油质、树脂和地沥青质。油质和树脂可以互溶，树脂能浸润地沥青质，在地沥青质的超细颗粒表面能形成树脂薄膜，所以石油沥青的胶体结构是以沥青质为核心，其周围吸附着高相对分子质量的树脂而形成胶团，无数胶团分散于溶有低相对分子质量树脂的油分中而形成胶体结构。在这个稳定的分散系统中，分散相为吸附部分树脂的沥青质，分散介质为溶有部分树脂的油质。分散相与分散介质表面能量相等，它们能形成稳定的亲液胶体。在这个胶体结构中，从地沥青质到油质是均匀地逐步递变的，并无明显界面
11、。石油沥青中各化学组分含量变化时，会形成不同类型的胶体结构。通常根据沥青的流变特性，其胶体结构可分为以下三类。1）溶胶型结构。当油质和低相对分子质量树脂足够多时，胶团外膜层较厚，胶团间没有吸引力或吸引力较小，胶团之间相对运动较自由，这种胶体结构的沥青，称为溶胶型石油沥青。溶胶型石油沥青的特点是：流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强，但其温度稳定性较差。直馏沥青多属溶胶型结构。2）凝胶型结构。当油质和低相对分子质量树脂较少时，胶团外膜层较薄，胶团间距离减小，相互吸引力增大，胶团间相互移动比较困难，具有明显的弹性效应，这种胶体结构的沥青称为凝胶型石油沥青。凝胶型石油沥青的特点是：弹性和黏性较高
12、，温度稳定性好，但流动性和塑性较差，开裂后自行愈合能力较差。氧化沥青多属凝胶型结构。3）溶胶-凝胶型结构。当沥青各组分的比例适当，而胶团间又靠得较近时，相互间有一定的吸引力，在常温下受力较小时，呈现出一定的弹性效应；当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的黏性流动，形成一种介于溶胶和凝胶型二者之间的结构，这种结构称为溶胶-凝胶型结构。具有这种结构的石油沥青的性质也介于溶胶型沥青和凝胶型沥青之间。它是道路建筑用沥青较理想的结构，大部分优质道路石油沥青均配制成溶胶-凝胶型结构。溶胶型、溶胶-凝胶型及凝胶型结构的石油沥青如图8.2所示。3石油沥青的技术性质石油沥青作为胶凝材料常用于建筑防水和道路工程。
13、沥青是憎水性材料几乎完全不溶于水，所以具有良好的防水性。为了保证工程质量，正确选择材料和指导施工，必须了解和掌握沥青的各种技术性质。图8.2 石油沥青的胶体结构类型示意图1.溶胶中的胶粒；2.质点颗粒；3.分散介质油质；4.吸附层；5.地沥青质；6.凝胶颗粒；7.结合的分散介质油质（1）黏滞性（黏性）沥青作为胶结材料必须具有一定的黏结力，以便把矿质材料和其他材料胶结为具有一定强度的整体。黏结力的大小与沥青的黏滞性密切有关。黏滞性是指在外力作用下，沥青粒子相互位移时抵抗变形的能力。沥青的黏滞性以绝对黏度表示，它是沥青性质的重要指标之一。绝对黏度的测定方法比较复杂。工程上常用相对（条件）黏度代替绝
14、对黏度。测定相对黏度时用针入度仪和标准黏度计。前者用来测定黏稠石油沥青的相对黏度；后者则用于测定液体（或较稀的）石油沥青的相对黏度。黏稠石油沥青的相对黏度用针入度表示。针入度是指在规定的温度（25）条件下，以规定质量（100g）的标准针，经过规定时间（5s）贯入试样的深度（以1/10mm为1度）。它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，沥青的黏滞度越大，抵抗变形的能力越强。液体沥青的相对黏度可以用标准黏度计测定的标准黏度表示。标准黏度是在规定温度（20、25、30或60）、规定直径（3mm、5mm或10mm）的孔口流出50mm3沥青所需的时间（s）。常用符表示，其中d为流孔直径，t为试
15、样温度，T为流出50mm3沥青所需的时间（s）。各种石油沥青黏滞性的变化范围很大，主要受其组分和温度的影响。一般沥青质含量较高时，其黏滞性较大。在一定温度范围内，温度升高时，黏滞性降低；反之，则随之增大。（2）塑性沥青在外力作用下，产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质，称为塑性。它是石油沥青的重要技术性质之一。石油沥青的塑性以延度（延伸度）表示。延度是在延度仪上测定的，即把沥青试样制成形标准试模（中间最小截面积1cm2），在规定的温度（25）下，以规定速度（5cm/mm）拉伸试模，拉断时的长度（以cm表示）即为延度。延度越大，说明沥青的塑性越好。沥青的塑性与其组分有关。当树
16、脂含量较多，且其他组分含量又适当时，塑性较好。此外，周围介质的温度和沥青膜层厚度对塑性有影响。温度升高，则塑性增大；膜层越厚，则塑性趋高；反之，膜层越薄，塑性变差；当膜层薄至1m时，塑性近于消失，即接近于弹性。塑性高是沥青的一种良好性能，它反映了沥青开裂后的自行愈合能力。例如，履带车辆在通过沥青路面后，路面有变形发生但无局部破坏，而在通过水泥混凝土路面后，则可能发生局部脆性破坏。另外，沥青的塑性对冲击振动荷载也有一定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。此外，沥青基柔性防水材料的柔性，在很大程度上来源于沥青的塑性。（3）温度敏感性温度敏感性是指石油沥青的黏滞性和塑性随
17、温度升降而变化的性能。因沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。当温度升高时，沥青由固态或半固态逐渐软化，使沥青分子之间发生相对滑动，此时沥青就像液体一样发生了黏性流动，称为黏流态。与此相反，当温度降低时又逐渐由黏流态凝固为固态（或称高弹态），甚至变硬变脆（像玻璃一样硬脆称作玻璃态）。在此过程中，反映了沥青随温度升降其黏滞性和塑性的变化。在相同的温度变化间隔里，各种沥青黏滞性及塑性变化幅度不会相同，工程要求沥青随温度变化而产生的黏滞性及塑性变化幅度应较小，即温度敏感性较小。建筑工程宜选用温度敏感性较小的沥青。所以，温度敏感性是沥青性质的重要指标之一。通常石油沥青中地沥青质含量较多，
18、在一定程度上能够减小其温度敏感性。在工程使用时往往加入滑石粉、石灰石粉或其他矿物填料来减小其温度敏感性。沥青中含蜡量较多时，则会增大温度敏感性。多蜡沥青不能用于建筑工程就是因为该沥青温度敏感性大，当温度不太高（60左右）时就发生流淌；在温度较低时又易变硬开裂。沥青软化点是反映沥青温度敏感性的重要指标。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定其中某一状态作为从固态转到黏流态（或某一规定状态）的起点，相应的温度称为沥青软化点。沥青软化点测定方法很多，国内外一般采用环球法软化点仪测定。它是把沥青试样装入规定尺寸（直径约16mm，高约6mm）的铜环内，试样上放置一标准钢球（直径9.5mm，重3
19、.5g），浸入水或甘油中，以规定的升温速度（5/min）加热，使沥青软化下垂，当下垂到规定距离25.4mm时的温度，以单位表示。石油沥青的针入度、延度和软化点是评定黏稠石油沥青牌号的三大指标。（4）大气稳定性石油沥青是有机材料，它在热、阳光、氧及潮湿等大气因素的长期综合作用下，其组分和性质将发生一系列变化，即油质和树脂减少，地沥青质逐渐增多。因此，沥青随时间的进展而流动性和塑性减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，此过程称为沥青的“老化”。抵抗“老化”的性质，为大气稳定性。石油沥青的大气稳定性常以加热后的蒸发损失和蒸发后针入度比来评定。蒸发损失百分数越小，蒸发后针入度比越大，表示沥青的大气稳定性越高
20、，老化越慢，耐久性越好。（5）溶解度溶解度是石油沥青在溶剂（苯、三氯甲烷、四氯化碳等）中溶解的百分率，以确定石油沥青中有效物质的含量。某些不溶物质（沥青碳或似碳物等）将降低沥青的性能，应将其视为有害物质加以限制。实际工作中除特殊情况外，一般不进行沥青的化学组分分析而测定其溶解度，借以确定沥青中对工程有利的有效成分的含量，石油沥青的溶解度一般均在98%以上。（6）闪点与燃点沥青在使用时均需要加热，在加热过程中，沥青中挥发出的油分蒸气与周围空气组成油气混合物，此混合气体在规定条件下与火焰接触，初次发生有蓝色闪光时的沥青温度即为闪点（又称闪火点）。若继续加热，油气混合物的浓度增大，与火焰接触能持续燃
21、烧5s以上时的沥青温度即为燃点（又称着火点）。通常燃点比闪点高约10。闪点和燃点的高低，表明沥青引起火灾或爆炸的危险性的大小。因此，加热沥青时，其加热温度必须低于闪点，以免发生火灾。4石油沥青的技术标准与选用我国现行石油沥青标准，将黏稠石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青三大类，在土木工程中常用的主要是道路石油沥青和建筑石油沥青。道路石油沥青和建筑石油沥青依据针入度大小将其划分为若干牌号，每个牌号还应保证相应的延度和软化点，以及其他指标。现将其质量指标列于表8.2及表8.3中。（1）道路石油沥青按道路的交通量，道路石油沥青分为中、轻交通石油沥青和重交通石油沥青。中、轻交通道路石
22、油沥青共有五个牌号，按石油化工行业标准道路石油沥青（SH0522-2000），道路石油沥青分为五个牌号，其中A-100和A-60又按延度的不同分为甲、乙两个副牌号，各牌号的技术指标要求见表8.2所示。由表8.2可知，牌号越大，沥青的黏滞性越小（针入度越大），塑性越好（延度越大），温度稳定性越差（软化点越低）。表8.2 道路石油沥青和建筑石油沥青技术标准质量指标道路石油沥青（SH0522-2000）建筑石油沥青（GB494-1998）A-200A-180A-140A-100甲A-100乙A-60甲A-60乙40号30号20号针入度(25，100g) /(1/10mm)20130016120012
23、160911208112051804180365026351025延度(25) /() /cm100100906070403.52.51.5软化点（环球法） /3045354538484252425245554555607595溶解度（三氯乙烯，四氯化碳或苯）（）/%9999999999999999.599.599.5蒸发损失（160，5h）()/%1111111111蒸发后针入度比()/%50606065657070656565闪点（开口）()/180200230230230230230230230230中、轻交通道路石油沥青主要用作一般道路路面、车间地面等工程。常配制沥青混凝土、沥青混合料
24、和沥青砂浆使用。选用道路石油沥青时，要按照工程要求、施工方法以及气候条件等选用不同牌号的沥青。此外，还可用作密封材料、黏结剂和沥青涂料等。重交通道路石油沥青主要用于高速公路、一级公路路面、机场道面以及重要的城市道路路面等工程。按国家标准重交通道路石油沥青（GB/T15180-2000），重交通道路石油沥青分为AH-50、AH-70、AH-90、AH-110和AH-130等五个牌号，各牌号的技术要求见表8.3。除石油沥青规定的有关指标外，延度的温度为15，大气稳定性采用薄膜烘箱试验，并规定了含蜡量的要求。表8.3 重交通量道路石油沥青的技术标准质量指标重交通量道路石油沥青AH-50AH-70AH
25、-90AH-110AH-130针入度(25，100g，5s) /(1/10mm)1211401011208010060804060延度(25，15mm/min) /() /cm100100100100100软化点（环球法） /40504151425244544555溶解度（三氯乙烯）（）/%99.0含蜡量（蒸馏法）()/%3薄膜烘箱加热试验(160，5h)质量损失()/%1.31.21.00.80.6针入度比（）/%4548505558延度(25)（）/%7575755040延度(15)（）/%实测记录闪点（开口）()/230（2）建筑石油沥青建筑石油沥青的特点是黏性较大（针入度较小），温度稳
26、定性较好（软化点较高），但塑性较差（延度较小）。建筑石油沥青应符合GB 494-1998的要求，其技术指标见表8.2所示。常用其制作油纸、油毡、防水涂料及沥青胶等，并用于屋面及地下防水、沟槽防水、防蚀及管道防腐等工程。值得注意的是，使用建筑石油沥青制成的沥青膜层较厚，黑色沥青表面又是好的吸热体，故在同一地区的沥青屋面（或其他工程表面）的表面温度比其他材料高。据测定高温季节沥青层面的表面温度比当地最高气温高2530。为避免夏季屋面沥青流淌，一般屋面用沥青材料的软化点应比本地区屋面最高温度高20以上。但软化点也不宜选得太高，以免冬季低温时变得硬脆，甚至开裂。（3）普通石油沥青普通石油沥青因含有较多
27、的蜡（一般含量大于5%，多者达20%以上），故又称多蜡沥青。由于蜡的熔点较低，所以多蜡沥青达到液态时的温度与其软化点相差无几；与软化点相同的建筑石油沥青相比，其黏滞性较低，塑性较差，故在土木工程中不宜直接使用。（4）沥青的掺配一种牌号的石油沥青往往不能满足工程使用的要求，因此常需要将不同牌号的沥青加以掺配。为了保证掺配后的沥青胶体结构和技术性质不发生大的波动，应选用化学性质和胶体结构相近的沥青进行掺配。试验证明，相同产源的沥青（指同属石油沥青或同属煤沥青）易于保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。两种沥青的掺配比例，可按下式估算：式中：Q1较软（牌号大）沥青用量，%；Q2较硬（牌号小）沥青用量，%
28、；T掺配沥青要求的软化点，；T1较软沥青的软化点，； T1较硬沥青的软化点，。例如，某工地现有10号及60号两种石油沥青，而工程要求用软化点为80的石油沥青，如何掺配才能满足工程需要?由试验（或规范）测得，10号及60号石油沥青的软化点分别为95和45，则估算的掺配用量为60号石油沥青用量10号石油沥青用量100%30%70%根据上式得到的掺配比例，不一定满足工程要求，此时可用掺配比及其邻近（5%10%）的比例进行试配，混合熬制均匀，测定掺配后沥青的软化点；然后绘制掺配比软化点曲线，即可从曲线上确定所要求的掺配比例。同理也可用针入度指标按上述方法进行估算及试配。不同产源的沥青（如石油沥青和煤沥
29、青），由于其化学组成、胶体结构差别较大，其掺配问题比较复杂。大量的试验研究表明，在软煤沥青中掺入20%以下的石油沥青，可提高煤沥青的大气稳定性和低温塑性；在石油沥青中掺入25%以下的软煤沥青，可提高石油沥青与矿质材料的黏结力。这样掺配所得的沥青称为混合沥青。由于混合沥青的两种原料是难溶的，掺配不当会发生结构破坏和沉淀变质现象，因此，掺配时选用的材料、掺配比例均应通过试验确定。812 煤沥青1煤沥青的原料煤焦油煤沥青的原料是煤焦油，它是生产焦炭和煤气的副产物。将烟煤在隔绝空气的条件下加热干馏，干馏中的挥发物气化流出，冷却后仍为气体者即为煤气；冷凝下来的液体除去氨及苯后，即为煤焦油。按照干馏温度的
30、不同，煤焦油有高温煤焦油（700以上）和低温煤焦油（450700）；按照工艺过程有焦炭焦油和煤气焦油。高温煤焦油含碳较多，密度较大，含有多量的芳香族碳氢化合物，技术性质较好；低温煤焦油则与之相反，技术性质较差。因此，多用高温煤焦油制作煤沥青和建筑防水材料。2煤沥青的品种将煤焦油进行再蒸馏，蒸去水分和全部轻油及部分中油、重油和蒽油、萘油后所得的残渣即为煤沥青。煤沥青根据蒸馏程度不同分为低温沥青、中温沥青和高温沥青三种。建筑和道路工程中使用的煤沥青多为黏稠或半固体的低温沥青。3煤沥青的化学组分和结构煤沥青也是一种复杂的高分子碳氢化合物及其非金属衍生物的混合物。其主要组分有以下几种。（1）游离碳（又
31、称自由碳）游离碳是高分子有机化合物的固态碳质微粒，不溶于任何有机溶剂，加热不熔化，只在高温下才分解。游离碳能提高煤沥青的黏度和热稳定性，但随着游离碳的增多，沥青的低温脆性也随之增加，其作用相当于石油沥青中的沥青质。（2）树脂树脂属于环心含氧的环状碳氢化合物。树脂有固态树脂和可溶性树脂之分。1）固态树脂（也称硬树脂）。为固态晶体结构，仅溶于吡啶，类似石油沥青中的沥青质，它能增加煤沥青的黏滞度。2）可溶性树脂（又称软树脂）。为赤褐色黏塑状物质，溶于氯仿，类似石油沥青中树脂，它能使煤沥青的塑性增大。（3）油分油分为液态，由未饱和的芳香族碳氢化合物组成，类似于石油沥青中的油质，能提高煤沥青的流动性。此
32、外，煤沥青油分中还含有萘油、蒽油和酚等。当萘油含量15%时，可溶于油分中；当其含量超过15%，且温度低于10时，萘油呈固态晶体析出，影响煤沥青的低温变形能力。酚为苯环中含羟基的物质，呈酸性，有微毒，能溶于水，故煤沥青的防腐杀菌力强。但酚易与碱起反应而生成易溶于水的酚盐，降低沥青产品的水稳定性，故其含量不宜太多。和石油沥青一样，煤沥青也具有复杂的分散系胶体结构，其中自由碳和固态树脂为分散相，油分是分散介质。可溶性树脂溶解于油分中，被吸附于固态分散微粒表面给予分散系以稳定性。4煤沥青技术性质的特点煤沥青与石油沥青相比，由于产源、组分和结构的不同，故其技术性质有如下特点：1）温度稳定性差。煤沥青是较
33、粗的分散系（自由碳颗粒比沥青质粗），且树脂的可溶性较高，受热时由固态或半固态转变为黏流态（或液态）的温度间隔较窄，故夏天易软化流淌而冬天易脆裂。2）塑性较差。煤沥青中含有较多的游离碳，故塑性较差，使用中易因变形而开裂。3）大气稳定性较差。煤沥青中含挥发性成分和化学稳定性差的成分（如未饱和的芳香烃化合物）较多，它们在热、阳光、氧气等因素的长期综合作用下，将发生聚合、氧化等反应，使煤沥青的组分发生变化，从而黏度增加，塑性降低，加速老化。4）与矿质材料的黏附性好。煤沥青中含有较多的酸、碱性物质，这些物质均属于表面活性物质，所以煤沥青的表面活性比石油沥青的高，故与酸、碱性石料的黏附性较好。5）防腐力较
34、强。煤沥青中含有蒽、萘、酚等有毒成分，并有一定臭味，故防腐能力较好，多用作木材的防腐处理。但蒽油的蒸气和微粒可引起各种器官的炎症，在阳光作用下危害更大，因此施工时应特别注意防护。5石油沥青和煤沥青的比较和鉴别石油沥青和煤沥青虽然化学成分和性质大致相似，但其所含碳氢化合物的构造却不同。所以从外观上看，很难区别，必须借助物理或化学方法加以区分。工地上常用的简易鉴别方法如表8.4所示。表8.4 石油沥青和煤沥青的简易鉴别方法鉴别方法石油沥青煤沥青锤击法（声响、断口）声哑，有弹性感，韧性好，断口整齐，呈贝壳状声清脆，韧性差，断口不整齐，有碎末溶液颜色法（将沥青置于盛有乙醇的透明玻璃瓶中观察溶液颜色）无
35、颜色呈黄色，并带有绿蓝色荧光燃烧法（将沥青加热燃烧）烟无色，有油味或松香味烟呈黄色，有刺激性臭味溶解度法（将样品一小块约1g，投入3050倍的汽油或煤油中，用玻璃棒搅动，充分溶解后观察）样品基本溶解，溶液呈棕黑色样品基本不溶解，溶液稍呈黄绿色斑点法（样品一小块约1g，溶于3050倍的有机溶剂苯、二硫化碳等中，用玻璃棒搅动，充分溶解后，滴一漓于滤纸上，形成斑点）斑痕完全化开，呈均匀的棕色斑痕分内外两圈，内圈呈黑色斑点，碳粒较多，外圈呈棕色（或黄色）813 乳化沥青乳化沥青是将沥青热融，经过机械的作用，使其以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液之中，形成水包油状的沥青乳液。水和沥青是互不相溶的，
36、但由于乳化剂吸附在沥青微滴上的定向排列作用，降低了水与沥青界面间的界面张力，使沥青微滴能均匀地分散在水中而不致沉析；同时，由于稳定剂的稳定作用，使沥青微滴能在水中形成均匀稳定的分散系。乳化沥青呈茶褐色，具有高流动度，可以冷态使用，在与基底材料和矿质材料结合时有良好的黏附性。1乳化沥青的组成材料乳化沥青主要由沥青、水、乳化剂、稳定剂等材料组成。（1）沥青沥青是乳化沥青的主要组成材料，占乳化沥青的55%70%。各种标号的沥青均可配制乳化沥青，稠度较小的沥青（针入度在100250之间）更易乳化。（2）水水质对乳化沥青的性能也有影响：一方面水能润湿、溶解、黏附其他物质，并起缓和化学反应的作用；另一方面
37、，水中含有各种矿物质及其他影响乳化沥青形成的物质。所以，水质应相当纯净，不含杂质。一般说来，水质硬度不宜太大，尤其阴离子乳化沥青，对水质要求较严，每升水中氧化钙含量不得超过80mg。（3）乳化剂乳化剂是乳化沥青形成和保持稳定的关键组成，它能使互不相溶的两相物质（沥青和水）形成均匀稳定的分散体系，它的性能在很大程度上影响着乳化沥青的性能。沥青乳化剂是一种表面活性剂，按其在水中能否解离而分为离子型乳化剂和非离子型乳化剂两大类。离子型乳化剂按其解离后亲水端生成离子所带电荷的不同，又分为阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂和两性离子型乳化剂等三种。现将常用的沥青乳化剂列于表8.5中。表8.5 常用沥青乳化剂
38、乳化剂类型乳化剂名称按离子类型分类阴离子乳化剂羧酸盐类肥皂等磺酸盐类洗衣粉等阳离子乳化剂十八烷基三甲基氯化铵（代号NOT或1831）十六烷基三甲基溴化铵（代号1631）十八烷基二甲基羧乙基硝酸铵烷基丙烯二胺（代号ASF）烷基酰基多胺（代号JSA）两性离子乳化剂氨基酸型两性乳化剂甜菜碱型两性乳化剂非离子型乳化剂聚氧乙烯醚型非离子型乳化剂按分解破乳速度分类快裂型烷基二甲基羟乙基氯化铵（代号1621）中裂型牛脂烷基酰胺基多胺（代号JSA-2）慢裂型硬脂酸烷酰胺基多胺（代号3SA-1）HY型双胺类 （4）稳定剂为使沥青乳液具有良好的储存稳定性，常常在乳化沥青生产时向水溶液中加入适量的稳定剂。常用的稳定
39、剂有氯化钙、聚乙烯醇等。2乳化沥青形成机理乳化沥青是油水分散体系。在这个体系中，水是分散介质，沥青是分散相，两者只有在表面能较接近时才能形成稳定的结构。乳化沥青的结构是以沥青细微颗粒为固体核，乳化剂包覆沥青微粒表面形成吸附层（包覆膜），此膜具有一定的电荷，沥青微粒表面的膜层较紧密，向外则逐渐转为普通的分散介质；吸附层之外是带有相反电荷的扩散离子层水膜。由上可知，乳化沥青能够形成和稳定存在的原因主要如下：1）乳化剂在沥青-水系统界面上的吸附作用，降低了两相物质间的界面张力，这种作用可以抵制沥青微粒的合并。2）沥青微粒表面均带有相同电荷，使微粒间相互排斥不靠拢，达到分散颗粒的目的。3）微粒外水膜的
40、形成，可以机械地阻碍颗粒的聚集。3乳化沥青的分解破乳要使乳化沥青在路面中（或与其他材料接触时）发挥结合料的作用，就必须使沥青从水相中分离出来，产生分解与破乳。所谓分解破乳就是指沥青乳液的性质发生变化，沥青与乳液中的水相分离，使许多微小的沥青颗粒互相聚结，成为连续整体薄膜。这种分解破乳主要是乳液与其他材料接触后，由于离子电荷的吸附和水分的蒸发而产生的，其变化过程可从沥青乳液的颜色、黏结性及稠度等方面的变化进行观察和鉴别。乳液分解破乳的外观特征是其颜色由茶褐色变成黑色，此时乳液还含有水分，需待水分完全蒸发、分解破乳完成后，乳液中的沥青才能恢复到乳化前的性能。沥青乳液的分解破乳过程如图8.3所示。图
41、8.3 沥青乳液的分解破乳过程沥青乳液分解破乳所需要的时间，即为沥青乳液的分解破乳速度。影响分解破乳速度的因素有以下几个。1）离子电荷的吸引作用。这种作用对阳离子乳化沥青尤为显著。目前我国筑路用石料多含碳酸盐或硅酸盐，在潮湿状态下它们一般带负电荷，所以阳离子沥青乳液很快与集料表面相结合。此外，阳离子沥青乳化剂具有较高的振动性能，与固体表面有自然的吸引力，它可以穿过集料表面的水膜，与集料表面紧密结合。电荷强度大，能加速破乳；反之则延缓破乳速度。2）集料的孔隙度、粗糙度与干湿度的影响。如果与乳液接触的集料或其他材料为多孔质表面粗糙或疏松的材料时，乳液中的水分将很快被材料所吸收，破坏了乳液的平衡，加
42、快了破乳速度；反之，若材料表面致密光滑，吸水性很小时，将延缓乳液的破乳速度。材料本身的干湿度也将影响破乳速度。千燥材料将加快破乳速度，湿润与饱和水材料将延缓破乳速度。3）施工时气候条件的影响。沥青乳液施工时的气温、湿度、风速等都将影响分解破乳速度。气温高、湿度小、风速大将加速破乳；否则将延缓破乳。4）机械冲击与压力作用的影响。施工中压路机和行车的振动冲击和碾压作用，也能加快乳液的破乳速度。5）集料颗粒级配的影响。集料颗粒越细、表面积越大，乳液越分散，其破乳速度越快，否则破乳速度将延缓。6）乳化剂种类与用量的影响。乳化剂本身有快、中、慢型之分，因此用其所制备的沥青乳液也相应地分为快、中、慢型三种
43、。这些分类本身就意味着与材料接触时的分解破乳速度不同。同种乳化剂其用量不同时，也影响破乳速度。乳化剂用量大，延缓破乳；用量小则加快破乳。4乳化沥青的应用自商品乳化沥青问世以来，已有几十年的历史。前期主要发展阴离子乳化沥青，其缺点是沥青与集料间的黏附力低，若遇阴湿或低温季节，沥青分解破乳的时间将更长。此外，石蜡基与中间基原油的沥青量增多，阴离子乳化剂对这些沥青也难以进行乳化，故其发展受到限制。近年来，阳离子乳化沥青发展较快。这种沥青乳液与集料的黏附力强，即使在阴湿低温季节，其吸附作用仍然可以正常进行。因此，它既有阴离子乳化沥青的优点，又弥补了阴离子乳化沥青的缺点。于是，乳化沥青的发展又进入了一个
44、新阶段。乳化沥青可以作为防水材料喷涂或涂刷在表面上作为防潮或防水层；也可粘贴玻璃纤维毡片（或布）作为屋面防水层；还可以拌制冷用沥青砂浆和沥青混合料而用于道路工程或其他工程。5乳化沥青的优缺点（1）乳化沥青的优点1）节约能源。采用乳化沥青筑路时，只需要在沥青乳化时一次加热，且加热温度较低（一般为120140）。若使用阳离子乳化沥青时，砂石料也不需要烘干和加热，甚至可以在湿润状态下使用，所以大大节约了能源。2）节省资源。乳化沥青有良好的黏附性，可以在集料表面形成均匀的沥青膜，易于准确控制沥青用量，因而可以节约沥青。由于沥青也是一种能源，所以节省沥青既可以节省资源，又可以节省能源。3）提高工程质量。
45、由于乳化沥青与集料有良好的黏附性，而且沥青用量又少，施工中沥青的加热温度低，加热次数少，热老化损失小，因而增强了路面的稳定性、耐磨性与耐久性，提高了工程质量。4）延长施工时间。阴雨与低温季节，正是沥青路发生病害较多的季节。采用阳离子乳化沥青筑路或修补，几乎不受阴湿或低温季节的影响，发现病害及时修补，能及时改善路况，提高好路率和运输效率。一年中延长施工的时间，随各地气候条件而不同，平均60d左右。5）改善施工条件，减少环境污染。采用乳化沥青可以在常温下施工，现场不需要支锅熬油，施工人员不受烟熏火烤，减少了环境污染，改善了施工条件。6）提高工作效率。沥青乳液的黏度低、喷洒与拌和容易，操作简便、省力、安全，故可以提高工效30%，深受交通部门和施工人员的欢迎。（2）乳化沥青的缺点1）储存期较短。乳化沥青由于稳定性较差，故其储存期较短，一般不宜超过0.5年，而且储存温度也不宜太低，一般保持在0以上。2）乳化沥青修筑道路的成型期较长，最初要控制车辆的行驶速度。8.2 沥青基防水材料沥青的用途很多，既可以配制成各种防水材料和制品，又可以制成沥青砂浆和混凝土用于道路和水
