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沥青和沥青混合料
主讲:马立国
沥青的分类
沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料。
道路工程、防潮、防水、防腐蚀。
沥青的基本组成结构
(1)石油沥青的基本组成
石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到的残留物,主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的半固体粘稠状物质。
沥青由高分子碳氢化合物及非金属衍生物组成的混合物,是石油产品中相对分子量最大、组成及结构最复杂的部分。
1)三组分分析法
选择性溶解和对吸附剂的选择性吸附。
油份、树脂、地沥青质。
各组分作用
油分赋予沥青以流动性,油分含量的多少直接影响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条件下可以转化为树脂甚至沥青质。其含量为45%-60%。
树脂主要使沥青具有塑性和粘性。它分为中性树脂和酸性树脂。中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和粘结性,其含量增加,沥青的粘聚力和延伸性增加。沥青树脂中还含有少量的酸性树脂,它是沥青中活性最大的部分,能改善沥青对矿质材料的浸润性,特别是提高了与碳酸盐类岩石的粘附性,增加了沥青的可乳化性。其含量为15%-30%。
沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性,以及沥青的硬度、软化点等。沥青质含量增加时,沥青的粘度和粘结力增加,硬度和温度稳定性提高。其含量为5%-30%。
石油沥青的胶体结构
根据石油沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同,可以形成溶胶型、凝胶型、溶胶-凝胶型三种不同的胶体结构。
(a)溶胶结构(b)溶-凝胶结构(c)凝胶结构
(1)溶胶型结构
沥青中沥青质的分子量较低,并且含量较少,具有一定数量的胶质,它们形成的胶团能够完全胶溶且分散在芳香分和饱和分的介质中。此时,胶团相距较远,它们之间的吸引力很小,甚至没有吸引力,胶团可在分散介质粘度许可范围内自由运动,这种胶体结构的沥青,称为溶胶型沥青。
溶胶型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,低温时变形能力较强,但温度稳定性差,温度过高会发生流淌。
(2)凝胶型结构
沥青中沥青质含量高,并有相当数量芳香度较高的胶质形成胶团,这样,胶体中胶团浓度很大,它们之间的吸引力增强,胶团之间的距离很近,形成空间网络结构。此时,液态的芳香分与饱和分在胶团的网络中成为分散相,连续的胶团成为分散介质。这种胶体结构的沥青,称为凝胶型沥青。
凝胶型沥青的特点是弹性和粘性较高,温度敏感型较小,流动性和塑性较差,开裂后自行愈合能力较差。在工程性能上,高温稳定性较好,但低温变形能力较差。通常,深度氧化的沥青多属于凝胶型沥青。
(3)溶胶—凝胶型结构
沥青中沥青质含量适当,并有较多数量芳香度较高的胶质,这样,它们形成的胶团数量较多,胶体中胶团浓度增加,胶团之间的距离相对靠近,它们之间具有一定的吸引力。这是一种介乎溶胶与凝胶之间的结构,称为溶胶—凝胶型沥青。
溶胶—凝胶型沥青的特点是高温时具有较低的感温性,低温时又具有较强的变形能力。修筑现代高等级沥青路面用的沥青,都属于这类胶体结构的沥青。通常,环烷基稠油的直馏沥青或半氧化沥青,以及按要求重新调和的调和沥青等,均属于这类胶体结构。