沥青组分及成分

1、第一章 组分1、组分：可溶质：去掉沥青质后的，包括沥青中的油分和胶质的组分。溶于低分子烷烃。沥青质：采用固定溶质比，用轻质烷烃溶解所得高分子量组分。碳青质：为半油焦质（石油沥青中含量很少，道路沥青中一般少于0.2%）油焦质：不溶于二氧化硫的沥青组分。（石油沥青中一般不含）可溶质胶质：可溶质用硅胶或氧化铝吸附后，不能用低分子烷烃冲洗脱附下来，但能用苯-乙醇冲洗脱附下来的物质。含蜡油或称油分：用以上吸附方法后，低分子烷烃可以冲洗脱附下来的部分。含蜡油经稀释、冷冻、结晶、过滤后得到的固体部分称为蜡，液体部分称为油。沥青的生产：1、 直接蒸馏2、 氧化法： 使沥青稠化，温度敏感性降低，针入度指数增大。

2、主要生产高软化点的建筑沥青。3、溶剂法4、调配法2、煤沥青 组分：1、游离碳：不溶于苯，高温分解。游离碳含量增加，可提高粘度和高温稳定性，但低温脆性增加；2、树脂：硬树脂提高粘滞性，软树脂使沥青具有塑性；3、油分：使沥青有流动性。技术性质（与石油沥青相比）：1、温度稳定性低 2、粘附性好 3、耐候性较差 4、塑性较差 5、防腐蚀性较好3、石油沥青：有较高的粘结性、抗张性和抗磨性；硬度大，针入度小，遇冷不变脆，软化点高，遇热不变黏；防水防潮性能好，蒸发损失小，融化时对环境伤害低。4、道路沥青规格及要求： 要求： 1、良好粘结性和持久粘附性 2、没有车印 3、车辆高速转弯时无推移现象。 4、具有良

3、好的刹车性能 5、夜行时有良好的反光功能。分类： 粘稠沥青：针入度（25）在40-200之间，软化点在30-50之间。使用时必须加热，利于和石料的拌合和渗透。一般以针入度作为分类指标，以软化点、伸长度、蒸发后针入度比等作为控制指标。高速公路、一级公路、夏季高温、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵上坡段、服务区、停车场等车速慢的路段宜采用稠度大、60粘度大的沥青；对冬季寒冷的地区、交通量小的公路、旅游公路宜选用稠度小低温粘度大的沥青；对温差大、年温差大的地区宜选用针入度指数的的沥青；当高温和低温要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求。沥青三大指标：针入度、软化点和延度针入度与软化点具有良好

4、的对应关系;延度愈高，所铺筑的道路的耐久性愈好；延度表示沥青在受力破坏前的扩张和伸长的能力。延度大于100cm时，路面的裂缝产生的较少。蜡含量高，沥青的延度就会不足。5、稀释沥青：将针入度为120-300（0.1mm）的石油沥青，加入适量的石油馏分使其成为流动性好、运输和施工方便的液体石油沥青溶液，其中溶剂（石油馏分）比重为20-50%。液体石油沥青适用于透层、粘层及冷拌沥青混合料；分类 使用的石油馏分 稀释后针入度（0.1mm）速凝型 120-205的汽油馏分 80-120中凝型 162-270的煤油馏分 120-250慢凝型 260-483的柴油馏分 6、乳化沥青：乳化液是一种两相体系，乳

5、化沥青中沥青为分散相，分散在连续相的水中。沥青可以是石油沥青、煤沥青或两者混合物。颗粒直径在2um左右。 在潮湿的路面或集料表面可以应用乳化沥青，但是在喷洒乳化沥青后应避免雨水将其冲走。特别是阴离子乳化沥青。 乳化剂分为： 阴离子乳化剂：由长链有机阴离子与一种碱构成的盐。 阳离子乳化剂：以高分子脂肪胺和三胺为代表，其分子溶解于沥青的是长链的阳离子。非离子乳化剂：此类乳化剂在水中并不解离，很少用于道路沥青。如脂肪酸脂、醚胶体乳化剂：包括天然的细粉末（如黏土、膨润土）、酪素、动物胶等。阳离子乳化沥青适用于各种集料，阴离子乳化沥青适用于碱性石料。阳离子cation 阴离子anion快凝rapid s

6、etting 中凝medium setting 慢凝slow setting所以阳离子中凝乳化沥青标志为：CMS7、建筑沥青规格及要求：由于石油沥青具有良好的黏结性、不透水性、能够抵抗多种化学药品的侵蚀及良好的绝缘性和廉价易得，故在建筑部门有很重要的地位。 沥青主要作用：防水、防潮、良好的黏结性、良好的抗老化性和抗热老化能力。 常温下，蜡含量与沥青粘结力的关系不是很明显，但当温度高于50时，含蜡量越高，粘结力越低。沥青研究的三方向： 1、石油沥青结构组的研究。（红外、核磁共振、质谱、x射线衍射、电子扫描共振）荷载 2、石油沥青的胶体性质和流变性的研究。 3、石油沥青的生产及使用性能的研究。垫层

7、耐磨层 成型 底层 基层 路基荷载分布于路基上路基：天然路面 成型层：路基表面的起拱或下降基层：通常为一层颗粒状材料，起到使路面路基隔离污染 底层：是路面的主要结构单元。耐磨层：决定着路面的安全性和行驶性。所用材料质量有较高的要求。垫层：可进一步分散车辆的荷载，厚度一般为耐磨层厚度的2倍。取样： 粘稠或固体沥青1.5千克 ； 液体沥青1升 ； 沥青乳液4升1、 储油罐中取样： （液体沥青或已加热至流体的粘稠沥青） 无搅拌器时，分上中下三部分取样，经充分混合后检测。 有搅拌器时，搅拌充分后，从中部取规定数量的样。2、 槽车、罐车、沥青洒车中取样： 有取样阀时，旋开取样阀，至少流出4千克或4升时再

8、取样； 有放料阀时，放出全部沥青的一半时，再取样。 从顶盖取样，用取样器从中部取样。3、 装料或卸料时取样：在均匀的时间间隔内均匀地至少取三个样，混合再取规定数量的样。4、 沥青桶中取样：同一厂家则随机取样，不同厂家看标准。5、 固体沥青取样：在至少离表面或上下面5处取样。可打碎，则打碎取样；若是软塑的，则用热工具取样。沥青的保存：1、 出液体沥青和乳化沥青外，需加热的沥青均应在有密封盖的金属容器内保存。2、 乳化沥青在冬季应有一定的防冻措施。3、 减少重复加热取样，取样时应一次加热抽取一系列实验所需样品，放别处。高温采用粘度较大的乳化沥青；低温采用粘度较小的乳化沥青。阳离子乳化沥青可适用于各

9、种集料，阴离子乳化沥青适用于碱性石料。基质沥青的加热温度严禁超过140，液体沥青的存储温度不得高于50。改性沥青的加工温度不宜超过180。 第二章 石油沥青的成分、组成和结构沥青是一种暗褐色至黑色的有机胶凝材料，由一些复杂的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物，能溶于苯或二硫化碳等溶剂，常温下呈固体、半固体或液体。1、元素组成： 主要由烷烃（碳原子以单链CnH2n+2）、环烷烃、缩合的芳香烃组成。主要含有C、H两种化学元素，（含有少量的硫、氮、氧及一些金属元素，如钠、镍、铁钙、镁等。称为杂原子）C/H值很大程度上反应沥青的化学成分。其值越大，表明沥青的环状结构越多，尤其是芳香环结构越多。石蜡

10、基此值最小，环烷基的此值最大。1、 渣油及沥青元素组成 国产渣油中，碳含量在85%以上，氢含量在12%左右。C/H比在0.6-0.7之间。 硫元素主要集中在可溶质（胶质及油份）中；氮集中在胶质和沥青质中。2、 可溶质的元素组成 可溶质的元素组成因来源而异。C/H在0.62-0.7之间，比渣油的较小。 沥青随着氧化程度的加深，氧化沥青中的可溶质中的C/H有较明显的增大，（故沥青在吹空气氧化时主要的反应是缩合脱氢与氧化合成水的反应。）3、 沥青质的元素组成 与可溶质相比，氢含量减少，C/H一般在0.85-0.90之间4、 微量元素 除碳、氢、硫、氧、氮外的其他元素，一般不超过0.01-0.3%2、

11、沥青组分分析方法： 二组分：沥青质和可溶质。 三组分：沥青质、油份和树脂。 溶解吸附法 用规定的溶剂和吸附剂，采用抽提法。 四组分：沥青质、饱和分、芳香分、胶质。 吸附色层分析法 用规定的溶剂和吸附剂，采用容积沉淀和色谱柱法。 五组分：沥青质、氨基、第一酸性分、第二酸性分、链烷分。 化学沉淀法饱和分含量增加，使沥青黏性降低；胶质含量增大，沥青塑形提高；沥青质含量增加，沥青温度敏感性降低；胶质和沥青含量增加，使沥青的黏附性提高。3、沥青质（沥青烯）： 深褐色至黑色物质，无固定熔点，加热时膨胀，300时分解成气体和焦炭。相对密度大于1，不溶于乙醇、石油醚，但易溶于苯、氯仿、四氯化碳等溶剂。为复杂芳

12、香分物质，强极性。在沥青中含量一般为5-25% 含量对沥青的流变性有很大影响。沥青质含量增加，沥青的黏度、稠度、软化点上升。 沥青质对沥青的感温性有影响，沥青质可使沥青在高温下有一定的黏度。 影响沥青质含量的因素： 1、溶剂性质。可溶于表面张力大于25×10-3N/m（25）的大部分有机溶剂。 溶剂的溶解能力愈强，同样浓度的沥青质溶液的黏度愈小； 沥青质的分子量愈小，溶液的黏度也愈小。 2、溶剂数量。 3、温度。温度升高，沉淀的沥青质含量减少。4、胶质（树脂或极性芳烃）：为半固体或液体状的黄色至褐色的黏稠状物质（石油沥青中呈深黑至黑褐色），有很强的极性。其组成和性质介于沥青质和油分之

13、间，但更接近沥青质。相对密度接近1（0.98-1.08），溶于各种石油产品及石油醚、汽油、苯等，不溶于乙醇及其他醇类。胶质在沥青中起到扩散剂和胶溶剂的作用。胶质赋予沥青可塑性、流动性和黏结性，对沥青的延性和粘结力有很大影响。胶质的化学稳定性差，在吸附剂的影响下，稍加热甚至是空气作用下就可氧化缩合为沥青质。故可粗略的分为：易氧化和难氧化的两类。5、油分： 芳香分：深棕色的粘稠液体，由沥青中的最低分子量的环烷芳香化合物组成 饱和分：由直链烃和直链烃组成，是一种非极性稠状油。油分在沥青中起润滑柔软的作用。油分含量越多，沥青的软化点越低，针入度越大，稠度降低。油分经丁酮-苯脱蜡，-20冷冻，会分离出蜡

14、。6、蜡： 指原油、渣油及沥青在冷冻时，能结晶析出、熔点在25以上的混合物组分。对沥青性能的影响：1、 流变性。 蜡主要溶解于油分中，当它以溶解状态存在时，会降低分散相的黏度；当它以结晶状态存在时，会使沥青屈服应力的结构；如果以松散粒子存在时，使沥青常温下黏度增大，当接近石蜡融化温度（50）时，蜡含量增加，反而使沥青的黏度降低。因此蜡含量高的沥青温度敏感性强。2、 低温性能。低温下高蜡含量沥青的结晶结构网增加了沥青的刚性，表现出了较高的弹性和粘性，随蜡含量的增加，沥青脆性也增大。 蜡使得沥青具有较高的温度敏感性。 （低温下，蜡结晶使沥青的脆性增大，从而导致沥青的低温性和黏性降低，使沥青变硬变脆

15、导致路面低温抗裂性能降低，出现裂缝；高温下，蜡的熔融会使沥青的黏度降低，使沥青发软，导致路面的高温性能降低，出现车辙、壅包等病害。）3、 界面性质。蜡会降低沥青对食疗的黏附，同时，蜡集中在沥青表面使其失去光泽，并影响路面的摩阻性能。4、 胶体结构。蜡的结晶网格促使沥青向凝胶型胶体方向发展，但胶体系统结构不稳且具有明显的触变性。胶体结构：7、 胶体结构及其脱稳凝聚机理大分子溶液或溶胶胶凝后，凝胶的结构仍在继续形成与发展。随着时间的延续，胶体粒子或大分子会进一步靠近和定向更完全，从而使凝胶骨架收缩，一部分液体从凝胶中分离出来，称为脱水收缩作用或离浆作用一、胶体结构及其 

16、0;电位图4-1是胶体粒子的双电层结构及其电位分布示意图。粒子的中心，是由数百以至数万个分散相固体物质分子组成的胶核。在胶核表面，有一层带同号电荷的离子，称为电位离子层，电位离子层构成了双电层的内层，电位离子所带的电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性正负和数量多少决定了双电层总电位的符号和胶体粒子的整体呈现为电中性。为了平衡电位离子所带的表面电荷，液相一侧必须存在众多电荷数与表面电荷相等而电性与电位离子相反的离子，称为反离子。反离子层构成了双电层的外层，其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固吸引着，并随胶核一起运动，称为反离子吸附层。吸附层的厚度一般为几纳米，它和电位离子层一起构成胶体粒子的固定

17、层。固定层外围的反离子由于受电位离子的引力较弱，受热运动和水合作用的影响较大，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，称为反离子扩散层。扩散层中，反离子浓度呈内浓外稀的递减分布，直至与溶液中的平均浓度相等。图4-1胶体粒子结构及其点位分布固定层与扩散层之间的交界面称为滑动面(Sliding Surface)。当胶核与溶液发生相对运动时，胶体粒子就沿滑动面一分为二，滑动面以内的部分是一个作整体运动的动力单元，称为胶粒。由于其中的反离子所带电荷数少于表面电荷总数，所以胶粒总是带有剩余电荷。剩余电荷的电性与电位离子的电性相同，其数量等于表面电荷总数与吸附层反离子所带电荷之差。胶粒和扩散层一起构成

18、电中性的胶体粒子（即胶团）。胶核表面电荷的存在，使胶核与溶液主体之间产生电位，称为总电位或  电位。胶粒表面剩余电荷，使滑动面与溶液主体之间也产生电位，称为电动电位或  电位。图4-1中的曲线AC和BC段分别表示出  电位和  电位随与胶核距离不同而变化的情况。  电位和  电位的区别是：对于特定的胶体，  电位是固定不变的，而 电位则随温度、pH值及溶液中的反离子强度等外部条件而变化，是表征胶体稳定性强弱和研究胶体凝聚条件的重要参数。根据电学的

19、基本定律，可导出  电位的表达式为                            （4-1）式中    胶体粒子的电动电荷密度，即胶粒表面与溶液主体间的电荷差（SC）； 扩散层厚度，cm； 水的介电常数，其值随水温升高而减小。由式（

20、4-1）可见，在电荷密度和水温一定时，  电位取决于扩散层厚度  ，  值愈大，  电位也愈高，胶粒间的静电斥力就愈大，胶体的稳定性愈强。二、胶体的脱稳和凝聚胶体因  电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳(Destabilization)。脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称为凝聚。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳和凝聚。按机理，脱稳和凝聚可分为压缩双电层、电性中和、吸附桥连和网罗卷带4种。1. 压缩双电层压缩双电层(Electronic Double-layer Comp

21、ression)是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使  电位降低的过程。该过程的实质是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层中，从而使扩散层减薄。如果从胶体间相互作用势能的角度进行分析，那末在胶粒间存在静电斥力的同时，总是存在着范德华引力，两种力的作用强度可分别用排斥势能和吸引势能来表述。胶体的视在稳定性就取决于上述两种势能中何者占主导地位。理论分析说明，排斥势能和吸引势能都随与胶粒中心距的缩小而增大，不同的是吸引势能的变化幅度要比排斥势能陡峭，而且与溶液中的反离子强

22、度无关，而排斥势能则能与反离子强度紧密相关。因此，对一种特定胶体只有一种吸引势能曲线，但随反离子强度的不同而有多种排斥势能曲线。将排斥势能  和吸引势能  叠加，可得作用于粒子上的总势能W。胶粒间作用势能与中心距的关系可用图4-2所示的势能曲线表述。图中，  表示低反离子强度下的高排斥势能曲线，  表示高反离子强度下的低排斥势能曲线。如果对  和  进行几何叠加，可绘出相应的综合势能曲线  和  。由图可见，在  范

23、围内， 曲线位于横轴上方，并在  处出现一个极大值  ；随着  值的增大，又逐渐变为负值，并在  处出现一个极大值  ，最后趋近于零。  曲线则随  值由大变小而连续增大，并始终处于横轴下方。 图4-2 胶粒势能曲线上述  曲线上的极大值  称为势能峰或势能垒，可看作胶粒接触碰撞所必须克服的“活化能”，只有将它降低到小于胶粒的动能时，胶粒之间才能发生碰撞和凝聚。在稳定的胶体分散系中，胶粒

24、的动能主要来自布朗运动，其值不过1.5kT（k为波尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/K，T为绝对温度，（K），）而势能峰却高达数百以至数千kT，因而胶粒始终不能超越势能峰的阻碍而发生凝聚。但是，如果向体系中投加电解质来压缩双电层，使 电位由  降低至  ，  曲线由  降低至  。此时  曲线上的  值依次减小并向左移动。当  由  降低至  时，胶粒开始脱稳；当  =0时，势能峰消失，  曲线进一步降低至在所有  值范围内WA都占主导的  ，胶粒的每次碰撞都促成聚集，胶体分散系便达到了快速凝聚状态。2. 电性中和当投加的电解质为铁盐、铝盐时，它们能在一定条件下离解和水解，生成各种络离子，如A