东南大学2011土木工程材料 第14次 沥青与其他材料.ppt
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1、东南大学2011土木工程材料 第14次 沥青与其他材料 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第九 章 沥青与防水材料问题*第一节 防水材料的基本成分第二节 防水卷材第三节 防水涂料第四节 建筑密封材料第一节 防水材料的基本成分一、石油沥青二、煤焦油三、橡胶沥青材料的概念与分类沥青材料的概念与分类沥沥 青青焦油沥青焦油沥青地沥青地沥青石油沥青石油沥青天然沥青天然沥青煤沥青等煤沥青等粘稠石油沥青粘稠石油沥青液体石油沥青液体石油沥青一、石油沥青概念:石油沥青是
2、石油原油经蒸馏等提炼出的各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残留物,或再经加工而得的产品。它是一种有机胶凝材料,在常温下呈固体、半固体或粘性液体,颜色为褐色或黑褐色。分类:建筑石油沥青、道路石油沥青和普通石油沥青。一、石油沥青石油沥青一、一、石油沥青石油沥青 Petroleum asphalt (一)石油沥青的组分与结构1、石油沥青的组分组分:因为沥青的化学成分复杂,对组分进行分析很困难,同时化学组成还不能反映沥青物理性质的差异。因此一般不作沥青的化学分析,只从使用角度,将沥青中化学成分及性质极为接近,并且与物理力学性质有一定关系的成分,分为若干组,这些组即称为组分。沥青的组分:油分、树
3、脂、地沥青质。(1)油分:为淡黄色至红褐色的油状液体,是沥青中分子量最小和密度最小的组分,密度介于0.71g/cm3之间。在1700C较长时间加热,油分可以挥发。油分赋予沥青以流动性。(2)树脂(沥青脂胶):为黄色至黑褐色粘稠状物质(半固体),分子量比油分大(6001000),密度为1.01.1g/cm3。它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加,石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。(3)地沥青质(沥青质):为深褐色至黑色固体无定形物质(固体粉末),分子量比树脂更大(1000以上),密度大于1g/cm3,地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分,其含量愈多,则软化点
4、愈高,粘性愈大,即愈硬脆。(4)其它成分:沥青碳(23),能降低沥青的粘结力。蜡:降低粘结性和塑性,增加温度敏感性。2、石油沥青的胶体结构胶体结构:石油沥青的三大主要组分是油分、树脂和地沥青质。油分和树脂可以相互溶解,树脂能浸润地沥青质,而在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥青的结构是以地沥青质为核心,周围吸附部分树脂和油分,构成胶团,无数胶团分散在油分中形成胶体结构。溶胶型石油沥青:当油分和树脂较多,胶团外膜较厚,胶团之间相对运动较自由,这种胶体结构的石油沥青称为溶胶型石油沥青。溶胶型石油沥青的热点是流动性和塑性较好,开裂后自愈能力较强,而对温度的敏感性强,即对温度的稳定性较差,
5、温度过高会流淌。凝胶型石油沥青:当油分和树脂含量较少时,胶团外膜较薄,胶团靠近集聚,相互吸引力增大,胶团间相互移动较困难。这种胶体结构的石油沥青称为凝胶型石油沥青。其特点是,弹性和粘性较高,温度敏感性较小,开裂后自愈能力较差,流动性和塑性较低。溶凝胶型结构:当沥青质不如凝胶型石油沥青中的多,而胶团间靠得又较近,相互间有一定的吸引力,形成一种介于溶胶型和凝胶型二者之间的结构。这种石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型之间。三种石油沥青胶体结构图*(下页)。石油沥青的胶体结构石油沥青的胶体结构1、胶体结构类型(三种)、胶体结构类型(三种)a、溶胶型结构、溶胶型结构 b、溶凝胶型结构、溶凝胶型结构 c、凝
6、胶型结构、凝胶型结构(二)石油沥青的技术性质1、防水性石油沥青是憎水性材料;粘结性和塑性均为其防水性的原因。2、粘滞性(粘性)石油沥青的粘滞性是反应沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性,以绝对粘度表示,是石油沥青的重要指标之一。绝对粘度测定方法:对于粘稠石油沥青的相对粘度是用针入度来表示。它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度愈小,表明粘度愈大。针入度针入度 penetration 针入度试验适用于测定粘稠石油针入度试验适用于测定粘稠石油沥青稠度,针入度划分沥青标号沥青稠度,针入度划分沥青标号 1)定义)定义 2)表示方法:)表示方法:P T,m,t P为针入度,T为试验温度 m为荷载重,t
7、为贯入时间 3)标准试验条件:)标准试验条件:T=5、15 、25 、或35 m=100g t =5s P单位为单位为0.1mm 沥青针入度试验示意图沥青针入度试验示意图 4)试验仪器:)试验仪器:针入度仪针入度仪 电脑针入度仪电脑针入度仪3、塑性是指石油在外力作用时产生变形而不破坏,除去外力后,则仍保持变形后的形状的性质。是石油沥青的重要指标之一。石油沥青 的塑性与其组分有关,树脂含量较多,且其它组分含量又适当时,则塑性较大。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定的吸收能力,并能减少摩擦的噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。石油沥青的塑性用延伸度表示。延度愈大,塑性愈好。3、塑性、塑性1)定义)定
8、义2)影响因素)影响因素3)技术指标:延度)技术指标:延度 ductility4)试验:延度仪测定)试验:延度仪测定 延度仪延度仪 延度试件延度试件结论:结论:沥青延度越大,塑性越好,柔性沥青延度越大,塑性越好,柔性 和抗断裂性能越好和抗断裂性能越好4、温度敏感性温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性虽随温度升降而变化的性能。在相同的温度间隔里,各种石油沥青粘滞性和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粘滞性及塑性变化幅度应较小,即温度敏感性较小。建筑工程应选用温度敏感性较小的沥青。所以温度敏感性是石油沥青的重要指标之一。温度敏感性的表征与测试:软化点的测定方法。4、温度稳定性、温
9、度稳定性1)高温敏感性(软化点)高温敏感性(软化点 softening point 表示)表示)测定方法:环球法软化点仪测定方法:环球法软化点仪环球法的软化点仪环球法的软化点仪2)低温抗裂性(脆点)低温抗裂性(脆点 fraass breaking point 表示)表示)测定方法:弗拉斯脆点仪测定方法:弗拉斯脆点仪5、大气稳定性大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素的长期综合作用下抵抗老化的性能。概念:在阳光、空气和热的综合作用下,沥青的各组分会不断递变。低分子化合物将逐渐转变成高分子物质,即油分和树脂逐渐减少,而地沥青质逐渐增多。因此,使石油沥青随时间的进展而流动性和塑性逐渐减小
10、,硬脆性逐渐增大,直至脆裂,这个过程称为石油沥青的“老化”。所以大气稳定性也是石油沥青的重要指标。表征与测试:以蒸发损失和蒸发后针入度比来评定。6、其它性质为评定沥青的品质和保证施工安全,还应当了解石油沥青的溶解度、闪点和燃点。溶解度:是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率,以表示石油沥青中有效物质的含量,即纯净程度。那些不溶解的物质会降低沥青的性能(如粘性),应把不溶物视为有害物质(如沥青碳或似碳物)。闪点:是指加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的混合物,在规定条件下与火焰接触,初次闪火(有蓝色闪光)时的沥青温度。燃点:或称着火点。指加热沥青产生的气体和空气的混合物,与火焰接触能持
11、续燃烧5s以上时,此时沥青的温度即为燃点。燃点温度比闪点温度高100C。沥青质组分多的沥青相差较多,液体沥青由于轻质成分较多,闪点和燃点的温度相差很小。(三)石油沥青分类标准及选用石油沥青现行标准*。表10-1。三种石油沥青都是按针入度指标来划分牌号,而每个牌号还应保证相应的延度和软化点、溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、闪点等。三种石油沥青性能及用途的比较*。同产源的沥青可以掺配使用,以保证性能满足工程要求。掺配的经验式*,p204.二、煤焦油(略)三种石油沥青技术性能比较质量指标道路沥青建筑沥青普通沥青针入度3004110405575延度,cm401001.5312软化点0C3055709
12、560100溶解度9999.598蒸发损失111蒸发后针入度50%7065闪点,0C180-230230230三、橡胶(略)概念:高弹性的高分子化合物,即使在高温下也具有显著的弹性。分天然和合成两大类。特点:高弹性、老化。应用:橡胶支座、沥青改性、防水卷材、废旧橡胶掺入混凝土改性。橡胶应用插图*。(一)橡胶硫化与改性硫化:是将线型的交联成网状或体型结构弹性体的过程。起交联作用的是硫化剂硫磺。改性:在橡胶配方中加入添加剂,如碳黑、碳酸镁、氧化镁和氧化铁等,可以改进橡胶性能。性能:如弹性、耐弯曲开裂性、抗撕裂强度、耐磨耗性、耐寒性、绝缘性、硫化性、加工性、粘合性、混合性、耐油性、耐老化性(耐光性、
13、耐臭氧性)、耐热性、透气性、耐燃烧性等。(二)橡胶的老化与防护橡胶的老化:橡胶在阳光、热、空气(氧和臭氧)或机械的反复走用下,表面会出现变色、变硬、龟裂、法粘,同时机械强度降低,这种现象称为老化。防护:掺入防老剂。防老剂可优先与氧或氧化物发生化学反应。(三)橡胶的类别1、天然橡胶2、合成橡胶(1)氯丁橡胶(2)丁基橡胶(3)乙丙橡胶和三元乙丙橡胶(4)丁腈橡胶(5)再生橡胶四、改性石油沥青(略)沥青改性必要性:土木工程要求沥青在低温下应有弹性和塑性;在高温下要有足够的强度和稳定性;在加工和使用条件下具有抗老化能力;还应与各种矿物料和结构表面有较强的粘结力;对构建变形的适应性和耐疲劳性。但通常石
14、油加工厂制备的沥青往往不能满足上述要求。改性的途径:利用橡胶、树脂和矿物填料等改性。故橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青改性材料。分类:(一)橡胶沥青(二)树脂沥青(略)(三)橡胶和树脂改性沥青(略)(四)矿物填充料沥青各种改性沥青性能比较表*。(一)各种橡胶沥青性能比较名称性能特点氯丁橡胶沥青(CR)气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐候性和耐燃性大大改善。丁基橡胶沥青耐分解性、耐磨性、低温抗裂性和耐热性大大改善。再生橡胶沥青气密性、低温柔性耐光性、耐热性、耐臭氧性和耐候性。各种橡胶沥青性应用名称应用氯丁橡胶沥青制作汽车零件(约占总量的一半),工业用品、黏合剂、电线包皮等。丁
15、基橡胶沥青道路路面工程、密封材料和涂料。再生橡胶沥青卷材、片材、密封材料、胶粘剂和涂料。(四)各种矿物对沥青性能的影响名称性能特点滑石粉提高机械强度和抗老化性能,可用于耐酸、耐碱、耐热和绝缘性和沥青制品中。石灰石粉*提高粘性、耐热性和耐候性。硅藻土或膨胀珍珠岩粉提高绝热性、吸音性石棉绒或石棉粉提高抗拉强度和热稳定性。第二节 防水卷材(略)问题*:防水工程对防水卷材要求防水卷材分类一、沥青防水卷材二、高聚物改性沥青防水卷材三、合成高分子防水卷材防水工程对防水卷材要求:1、耐水性指在水的作用和被水浸润后其性能基本不变,在水压作用下具有不透水性,常用不透水性、吸水性等指标表示。2、温度稳定性指在高温
16、下不流淌、不起泡、不滑动、低温下不脆裂的性能。即在一定温度变化下保持原有性能的能力。常用耐热度,耐热性等指标表示。3、机械强度、延伸性和抗断裂性指防水卷材承受一定荷载、应力或在一定变形条件下不断裂的性能。常用拉力、拉伸强度和断裂伸长率等指标表示。4、柔韧性指在低温条件下保持柔韧性的性能。它对保证易于施工、不脆裂十分重要。重用柔度、低温弯折性等指标表示。5、大气稳定性指在阳光、热、臭氧及其它化学侵蚀介质等因素的长期综合作用下抵抗侵蚀的能力。常用耐老化性,热老化保持率等指标表示。防水卷材分类1、沥青防水卷材2、高聚物改性沥青防水卷材3、合成高分子防水卷材各类防水卷材图*一、沥青防水卷材概念:沥青防
17、水卷材是用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸润沥青,表面撒布粉状、粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水卷材。常见的有石油沥青纸胎油毡、石油沥青玻璃布油毡、石油沥青玻纤胎油毡、石油沥青麻布胎油毡等。性能特点(表10-2*)使用范围(表10-3*)二、高聚物改性沥青防水卷材概念:是以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层,纤维织物或纤维毡为胎体,粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成的可卷曲片状防水材料。性能特点(表10-5*比较表10-2)使用范围(表10-6*比较表10-3)三、合成高分子防水卷材概念:合成高分子防水卷材是以合成小蒋、合成树脂或它们两者的共混体为基料,加入适量的化学助剂和填充料等,经混炼
18、,压延或挤出等工序加工而制成的可卷曲的片状防水材料。其中又可分为加筋增强型与非加筋增强型两种。性能特点:(表10-12*与表10-6比较)使用范围:(表10-11*与表10-5比较)三类防水卷材特点比较石油沥青防水卷材:由于沥青材料的低温柔性差,温度敏感性大,在大气作用下易老化,防水耐用年限较短。沥青防水卷材一般都是叠层铺设、热粘贴施工。高聚物改性沥青防水卷材克服了沥青防水卷材温度稳定性差、延伸率小的不足,具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延伸率较大等优异性能。属中低档防水卷材。合成高分子防水卷材具有抗拉强度和抗撕裂强度高,断裂伸长率大,耐热性和低温性柔性好,耐腐蚀,耐老化等一系列优异性
19、能,是新型高档防水卷材。第三节 防水涂料概念:防水涂料是一种流态或半流态物质,涂布在基层表面,经溶剂或水分挥发或水分蒸发或各组分间的化学反应,形成有一定弹性和一定厚度的连续薄膜,使基层与水隔绝,起到防水、防潮作用。分类:(1)按液态类型的不同可分为溶剂型、水乳型和反应型三种。(2)按成膜物质的主要成分可分为沥青类、高聚物改性沥青类、和合成高分子类。图10-4*p221。性能(1)固体含量:指防水涂料中所含固体比例。由于涂料涂刷后靠其中的固体成分形成涂膜,因此,固体含量多少与成膜厚度及涂膜质量密切相关。(2)耐热度:指防水涂料成膜后的防水薄膜在高温下不发生软化变形、不流淌的性能。它反应防水涂膜的
20、耐高温性能。(3)柔性:指防水涂料成膜后的膜层在低温下保持柔韧的性能,它反应防水涂料在低温下的施工和使用性能。(4)不透水性:指防水涂料在一定水压和一定时间内不出现渗漏的性能;是防水涂料满足防水功能要求主要质量指标。(5)延伸性 指防水涂膜适应基层变形的能力。防水涂料成膜后必须具有一定的延伸性,以适应由于温差、干湿等因素造成的基层变形,保证防水效果。防水涂料的应用名称应用沥青基防水涂料适用于III级或IV级防水等级的工业与民用建筑屋面、混凝土地下室和卫生间防水。高聚物改性沥青防水涂料性能较好。适用于II、III、IV级防水等级的屋面、地面、混凝土地下室和卫生间等的防水工程。合成高分子防水涂料性
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