学习指导一一沥青和合成高分子材料 9.1沥青 沥青由一些极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、 硫等)衍生物所组成的混合物多种有机化合物。其化学成分在常温下 呈固体、半固体或是液体状态：颜色呈褐色以至黑色：能溶解于多种 有机溶剂。 沥青是具有良好的防水、抗渗、耐蚀等性能以及能与其它材料 牢固粘结的有机胶结材料，是建筑工程中最重要的防潮、防水材料。 建筑工程中主要应用的是石油沥青和煤沥青。 9.1.1石油沥青 石油沥青是由多种化合物所组成的混合物，由于它的结构复杂性，将其分离为 纯粹的化合物单体，目前分析技术还有一定困难。由于相同化学组成构成的 化合物的多样性，不可能通过分离出各种化学成分的办法来了解沥青 的性质，因而，人们采取“组分分析法”将化学特性及物理-化学性 质接近的一些化合物分别提取出来，做为组分（或称组丛）。然后进 一步认识构成沥青的几个组分的各自特性及其对沥青性质间的关系。 1、石油沥青的组分 三组分分析法：三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个 组分。见表91三组分的形状 表9.1石油沥青三组分分析法的各组分性状
学习指导——沥青和合成高分子材料 9．1 沥青 沥青由一些极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、 硫等）衍生物所组成的混合物多种有机化合物。其化学成分在常温下 呈固体、半固体或是液体状态；颜色呈褐色以至黑色；能溶解于多种 有机溶剂。 沥青是具有良好的防水、抗渗、耐蚀等性能以及能与其它材料 牢固粘结的有机胶结材料，是建筑工程中最重要的防潮、防水材料。 建筑工程中主要应用的是石油沥青和煤沥青。 9．1．1 石油沥青 石油沥青是由多种化合物所组成的混合物，由于它的结构复杂性，将其分离为 纯粹的化合物单体，目前分析技术还有一定困难。由于相同化学组成构成的 化合物的多样性，不可能通过分离出各种化学成分的办法来了解沥青 的性质，因而，人们采取“组分分析法”将化学特性及物理-化学性 质接近的一些化合物分别提取出来，做为组分（或称组丛）。然后进 一步认识构成沥青的几个组分的各自特性及其对沥青性质间的关系。 1、石油沥青的组分 三组分分析法：三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个 组分。见表 9-1 三组分的形状 表 9.1 石油沥青三组分分析法的各组分性状
外观特 平均分子 碳氢比（原子 含量6 物化特征 在沥青中的主要作用 比)C/Im 几乎可溶于大部分有机溶 别。具有光学活性，常发现 是决定沥吉流动性的组 谈黄透 明液体 200-700 0.50.7 4560 有获光。相对密度约Q7一 分。油分多，流动性大， 1.0,170度加热长时间可挥 而粘性小，温度敏感性大 红色 湿度敏性高，溶点低于 是决定沥青塑性的主要组 800-300 a.7r0.8 1530 分。树脂含量增加，沥青 100℃，相对密度大于1.0 塑性增大，温度敏感性增 因体 1.1 大 加热不培化。分解为硬焦碳， 深色 使青呈色，相对老度 是决定沥青粘性的组分。 体术 0.8-.0 5-30 1~，除了不溶于酒精 含量高，沥青粘性大，温 度敏感性小，塑性降低 状微粒 石油艇和汽油外能溜于大多 跪性增大 有机溶剂 2、石油沥青的胶体结构 1)溶胶结构：石油沥青的胶体结构，是以地沥青质为核，其 表面层被树脂浸润包裹，而树脂又溶合于油分中构成胶团，无数 胶团通过油分（连续相）互相溶合而形成的结构。将地沥青质相 对含量少，油分、树脂相对含量高的沥青胶体结构称为“溶胶结 构”。其宏观性质表现为沥青塑性大、粘性小、温度敏感性大。 2)凝胶结构：将地沥青质相对含量多的沥青胶体结构称为“凝 胶结构”；由于地沥青质表面包裹的膜层薄，地沥青质间距离近，分 子引力大，表现出沥清流动性差，塑性小，粘性大，温度敏感性小建 筑石油沥青多属凝胶结构。 3)溶一凝胶结构：沥青中沥青质含量适当（例如在15%~25%之间）， 形成的胶团数量增多，胶团距离相对靠近它们之间有一定的吸引 力。这是一种介乎溶胶与凝胶之间的结构，称为溶一凝胶结构
2、石油沥青的胶体结构 １）溶胶结构：石油沥青的胶体结构，是以地沥青质为核，其 表面层被树脂浸润包裹，而树脂又溶合于油分中构成胶团，无数 胶团通过油分（连续相）互相溶合而形成的结构。将地沥青质相 对含量少，油分、树脂相对含量高的沥青胶体结构称为“溶胶结 构”。其宏观性质表现为沥青塑性大、粘性小、温度敏感性大。 2）凝胶结构：将地沥青质相对含量多的沥青胶体结构称为“凝 胶结构”；由于地沥青质表面包裹的膜层薄，地沥青质间距离近，分 子引力大，表现出沥青流动性差，塑性小，粘性大，温度敏感性小建 筑石油沥青多属凝胶结构。 3）溶—凝胶结构：沥青中沥青质含量适当（例如在 15%～25%之间）， 形成的胶团数量增多，胶团距离相对靠近它们之间有一定的吸引 力。这是一种介乎溶胶与凝胶之间的结构，称为溶—凝胶结构。 组分 外观特 征 平均分子 量 碳氢比（原子 比）C/H 含量％ 物化特征 在沥青中的主要作用 油分 淡黄透 明液体 200～700 0.5～0.7 45～60 几乎可溶于大部分有机溶 剂，具有光学活性，常发现 有荧光，相对密度约 0.7～ 1.0，170 度加热长时间可挥 发 是决定沥青流动性的组 分。油分多，流动性大， 而粘性小，温度敏感性大 树脂 红褐色 粘稠半 固体 800～3000 0.7～0.8 15～30 温度敏感性高，溶点低于 100℃，相对密度大于 1.0～ 1.1 是决定沥青塑性的主要组 分。树脂含量增加，沥青 塑性增大，温度敏感性增 大 沥青 质 深褐色 固体末 状微粒 1000～ 5000 0.8～1.0 5～30 加热不熔化，分解为硬焦碳， 使沥青呈黑色，相对密度 1.1～1.5，除了不溶于酒精、 石油醚和汽油外能溶于大多 有机溶剂 是决定沥青粘性的组分。 含量高，沥青粘性大，温 度敏感性小，塑性降低， 脆性增大
溶一凝胶型结构沥青，在高温时具有较小的感温性，低温时又具 有较好的形变能力，其性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。 3、石油沥青的技术性质 石油沥青的技术性质主要包括粘性、塑性、温度敏感性、大气稳定 性等性质。 1)粘滞性 (1)概念：是沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗 变形的能力。 (2)表示方法： 固体或是半固体的沥青的粘滞性用针入度表示：针人度是在温度 为25℃时，以附重100g的标准针，经5s沉入沥青试样中的深度， 每深1/10mm,定为1度。针入度一般在5一200度之间，是划分沥青牌号 的主要依据。针入度愈小，表明沥青粘性愈大。建筑石油沥青含有较 多的沥青质，其粘性较大。 液体沥青的粘滞性用粘滞度表示：滞度是在规定温度七（通常为 20℃、25℃、30℃或60℃)，规定直径d(为3mm、5mm或者10mm) 的孔流出50cm3沥青所需的时间秒数T。 2)塑性： (1)概念 延性通常也称塑性。是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的 塑性变形的总能力。 (2)表示方法：
溶—凝胶型结构沥青，在高温时具有较小的感温性，低温时又具 有较好的形变能力，其性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。 3、石油沥青的技术性质 石油沥青的技术性质主要包括粘性、塑性、温度敏感性、大气稳定 性等性质。 １）粘滞性 （1）概念：是沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗 变形的能力。 （2）表示方法： 固体或是半固体的沥青的粘滞性用针入度表示：针人度是在温度 为 25℃时，以附重 100g 的标准针，经 5s 沉入沥青试样中的深度， 每深 1／10mm，定为 1 度。针入度一般在 5—200 度之间，是划分沥青牌号 的主要依据。针入度愈小，表明沥青粘性愈大。建筑石油沥青含有较 多的沥青质，其粘性较大。 液体沥青的粘滞性用粘滞度表示：滞度是在规定温度 t（通常为 20℃、25℃、30℃或 60℃），规定直径 d（为 3mm、5mm 或者 10mm） 的孔流出 50 ㎝３沥青所需的时间秒数 T。 ２）塑性： （1）概念 延性通常也称塑性。是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的 塑性变形的总能力。 （2）表示方法：
塑性较大的沥青防水层，能随建筑物变形而变形，防水层不破 裂。塑性大的沥青往往还具有较强的自愈合能力，这是适合做柔性防 水材料的重要原因之一。 塑性用延度（延伸度）表示。沥青的延度用延度仪测定。沥青的塑 性随温度升高（降低）而增大（减小）：沥青质含量相同时，树脂和油分 的比例将决定沥青的塑性大小，油分、树脂含量愈多，沥青延度越大， 塑性越好。 (3)温度稳定性： (1)概念：温度稳定性也称温度敏感性。是指石油沥青的粘滞性 和塑性随温度升降而变化的性能。 (2)表示方法：软化点：软化点越高，表明沥青的耐热性越好， 即温度稳定性越好。软化点可以通过“环球法”测得。 在工程上使用的沥青，要求有较好的温度稳定性，否则容易发生 沥青材料夏季流淌或冬季变脆甚至开裂等现象。所以在选择沥青的时 候，沥青的软化点不能太低也不能太高，因为太低，夏季易融化发软： 但也不能太高，品质太硬，就不易施工，而且冬季易发生脆裂现象。 4)大气稳定性： (1)概念：大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等 因素长期综合作用下抵抗老化的性能。 (2)表示方法：石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前 后的“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。蒸发损失百 分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，亦即
塑性较大的沥青防水层，能随建筑物变形而变形，防水层不破 裂。塑性大的沥青往往还具有较强的自愈合能力，这是适合做柔性防 水材料的重要原因之一。 塑性用延度（延伸度）表示。沥青的延度用延度仪测定。沥青的塑 性随温度升高(降低)而增大(减小)；沥青质含量相同时，树脂和油分 的比例将决定沥青的塑性大小，油分、树脂含量愈多，沥青延度越大， 塑性越好。 （3）温度稳定性： （1）概念：温度稳定性也称温度敏感性。是指石油沥青的粘滞性 和塑性随温度升降而变化的性能。 （2）表示方法：软化点：软化点越高，表明沥青的耐热性越好， 即温度稳定性越好。软化点可以通过“环球法”测得。 在工程上使用的沥青，要求有较好的温度稳定性，否则容易发生 沥青材料夏季流淌或冬季变脆甚至开裂等现象。所以在选择沥青的时 候，沥青的软化点不能太低也不能太高，因为太低，夏季易融化发软； 但也不能太高，品质太硬，就不易施工，而且冬季易发生脆裂现象。 4）大气稳定性： （1）概念：大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等 因素长期综合作用下抵抗老化的性能。 （2）表示方法：石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前 后的“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。蒸发损失百 分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，亦即
“老化”愈慢 在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向高分子量组 分转化递变，即油分→树脂→地沥青质。由于树脂向地沥青质转化的 速度要比油分变为树脂的速度快得多，因此石油沥青会随时间进展而 变硬变脆，亦即“老化”。针入度变小、延度降低、软化点和脆点 升高。表现为沥青变硬、变脆、延伸性降低，导致路面、防水层产生 裂缝等破坏等。 针人度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青性能最常用的经验指标， 所以统称为沥青的“三大指标” 5)其它性质：闪点、燃点、溶解度等 4.石油沥青的分类、标准及应用 (1)石油沥青的分类及技术标准 分类：石油沥青按照用途和性质分为道路石油沥青、建筑石油沥青、 防水防潮石油沥青和普通石油沥青四类。 技术指标：石油沥青中的道路、建筑和普通沥青的牌号是依据针入 度的大小来划分的，牌号越小沥青的硬度越大，随着沥青的牌号的增 大沥青的粘性越小，塑性越大，温度稳定性变差。防水防潮沥青是按 针入度指数划分沥青牌号的，随着牌号的增大，温度敏感性减小，脆 性降低，应用温度范围扩大。 (2)石油沥青的选用和掺配 选用原则：选用石油沥青的原则是根据工程性质（房屋、道路、防 腐)及当地气候条件、所处工程部位（层面、地下）来选用。在满足
“老化”愈慢。 在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向高分子量组 分转化递变，即油分→树脂→地沥青质。由于树脂向地沥青质转化的 速度要比油分变为树脂的速度快得多，因此石油沥青会随时间进展而 变硬变脆，亦即“老化”。 针入度变小、延度降低、软化点和脆点 升高。表现为沥青变硬、变脆、延伸性降低，导致路面、防水层产生 裂缝等破坏等。 针人度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青性能最常用的经验指标， 所以统称为沥青的“三大指标” 5）其它性质：闪点、燃点、溶解度等 4. 石油沥青的分类、标准及应用 （1）石油沥青的分类及技术标准 分类：石油沥青按照用途和性质分为道路石油沥青、建筑石油沥青、 防水防潮石油沥青和普通石油沥青四类。 技术指标：石油沥青中的道路、建筑和普通沥青的牌号是依据针入 度的大小来划分的，牌号越小沥青的硬度越大，随着沥青的牌号的增 大沥青的粘性越小，塑性越大，温度稳定性变差。防水防潮沥青是按 针入度指数划分沥青牌号的，随着牌号的增大，温度敏感性减小，脆 性降低，应用温度范围扩大。 (2）石油沥青的选用和掺配 选用原则：选用石油沥青的原则是根据工程性质（房屋、道路、防 腐）及当地气候条件、所处工程部位（层面、地下）来选用。在满足