1.石油沥青的组分与结构

石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残留物，经再加工而得到的产品，由多种化合物组成。其化学组成非常复杂，为了便于研究和使用，常将其中化学组成和物理性质比较接近的成分归类为若干组，称为“组分”。

(1)组分。石油沥青的主要组分一般分为油分、树脂和地沥青质。

1)油分。油分是沥青中最轻的组分，密度为0.7~1.0g/cm3，是常温下呈淡黄色至红褐色的黏性透明液体，能溶于大部分有机溶剂，如丙酮、苯、三氯甲烷等，但不溶于酒精。油分在石油沥青中的含量为40%~60%，它赋予沥青一定的流动性。

2)树脂。树脂是红褐色至黑褐色的黏稠半固体，密度为1.0~1.1g/cm3，在石油沥青中的含量为15%~30%。树脂分为酸性和中性，酸性树脂是沥青中的表面活性物质，能增强沥青与矿物材料的粘结；中性树脂使沥青具有良好的塑性和粘结性。但沥青中绝大部分是中性树脂，酸性树脂只占到1%左右。

3)地沥青质。地沥青质是石油沥青中最重的组分，密度为1.1~1.5g/cm3，是深褐色至黑褐色粉末状固体颗粒，在石油沥青中含量为10%~30%。它能提高沥青的黏滞性和耐热性，但含量增多，则石油沥青的软化点增高，脆性加大。

(2)结构。沥青中的油分和树脂可以互溶，树脂可浸润地沥青质，而在其表面形成薄膜，以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，形成胶团。而很多的胶团各自分散在油分中，形成各种胶体结构(溶胶结构、凝胶结构、溶胶-凝胶结构)。由于石油沥青的各组分含量不同，故形成的胶团结构也各不相同。

1)溶胶结构。当石油沥青中地沥青质含量较少，油分和树脂含量较多，地沥青质胶团在胶体结构中运动自由，则形成溶胶结构。这种石油沥青的特点是，黏滞性小、流动性大、塑性好，但温度稳定性差。

2)凝胶结构。地沥青质含量高、油分树脂含量少，地沥青质胶团间的吸引力增大，移动较困难，则形成凝胶结构。这种石油沥青的特点是，弹性和黏性较高、温度敏感性较小、流动性和塑性较低。

3)溶胶-凝胶结构。地沥青质含量适当，而胶团之间的距离和引力介于溶胶型和凝胶型之间的结构状态，即溶胶-凝胶结构。这种石油沥青的特点也介于上述两者之间，大多数优质石油沥青属于这种结构状态。

石油沥青的性质与各组分的含量比例密切相关。液体沥青中油分、树脂较多，流动性较好；而固体沥青中树脂及地沥青质含量高，特别是地沥青质含量高，热稳定性和黏性好。

石油沥青中各组分在热、阳光、空气及水等外界因素的作用下，各组分占的比例可以相互变化，即由油分向树脂、树脂向地沥青质转变，油分、树脂逐渐减少，而地沥青质逐渐增加，表现为沥青的流动性和塑性逐渐变小，脆性逐渐增加直至脆裂，这就是沥青的老化现象。

此外，石油沥青中还含有一定的石蜡，它会降低沥青的黏性和塑性，同时增加沥青的温度敏感性，所以石蜡是石油沥青的有害成分。

2.石油沥青的技术性质

(1)黏滞性。黏滞性又称为黏性，是指石油沥青在外力作用下抵抗变形的能力，是划分沥青牌号的主要性能指标。沥青在常温下的状态不同，黏滞性的指标也不同。对于在常温下呈固体或半固体的石油沥青，以针入度表示黏滞性的大小；对于在常温下呈液态的石油沥青，以黏滞度表示其黏滞性的大小。

黏滞度是指液态沥青在一定温度(20℃、25℃、30℃或60℃)条件下，流经规定直径(3mm、5mm或10mm)的孔，流出50mL所需的时间(s)。黏滞度越大，表示沥青的稠度越大。石油沥青黏滞性测定如图8-3所示。

图8-3　石油沥青黏滞性测定

(a)黏滞度测定；(b)针入度测定

针入度是指在温度25℃时，以质量100g的标准针，经5s贯入沥青试件的深度，每深入0.1mm为1°。针入度的数值越小，表明黏滞性越大；反之，针入度的数值越大，沥青流动性越大，黏滞性越小。

石油沥青的黏滞性与其组分及环境温度有关。当地沥青质含量较高，又有适量的树脂且油分含量较少时，黏滞性较大。在一定的温度范围内，黏滞性随温度的升高而降低，反之则增大。

(2)塑性。塑性是指石油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形状的性质。塑性用延度(或延伸度)表示。

延度是将沥青制成“∞”形标准试件，在25℃以5cm/min的速度拉伸至试件断裂时的伸长值，以“cm”为单位。延度越大，塑性越好，柔性和抗裂性越好。延度测定如图8-4所示。(www.daowen.com)

沥青塑性的大小与它的组分和所处温度紧密相关。沥青的塑性随温度升高而增大，反之则减小；地沥青质含量相同时，树脂和油分的比例将决定沥青的塑性大小，油分、树脂含量越多，沥青塑性越大。

(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温度升降而变化的快慢程度。变化程度越小，表示沥青的温度敏感性越小；反之，温度敏感性越大。

石油沥青的温度敏感性用软化点来表示，软化点通过“环球法”试验测定。将沥青试件装入规定尺寸的钢环中(内径为18.9mm)，上置规定尺寸和质量的钢球(3.5g)，再将置球的钢环放在有水或甘油的烧杯中，以5℃/min的速度加热至沥青软化下垂达25.4mm时的温度，即沥青的软化点。软化点越高，沥青的耐热性越好，即温度敏感性越小，温度稳定性越好。软化点测定如图8-5所示。

图8-4　延度测定

图8-5　软化点测定

沥青的温度敏感性与其组分及含蜡量有关。沥青中地沥青质含量较多，其温度敏感性较小；沥青中含蜡量较多，其温度敏感性较大。

(4)大气稳定性。大气稳定性是指石油沥青在温度、光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下性能的稳定程度，反映的是沥青的耐久性。在各种因素的综合作用下，沥青的三组分相互转变，树脂转变为地沥青质比油分转变为树脂的速度快得多，油分、树脂的含量逐渐减少，出现石油沥青的“老化”。

石油沥青的大气稳定性可以用沥青试件的“蒸发损失率”和“针入度比”来表示。蒸发损失率是将试件在160℃下恒温5h，测得蒸发前后的质量损失百分率。待冷却后，再测定其质量和针入度。蒸发损失的质量占原质量的百分率，称为蒸发损失百分率。针入度比是指蒸发后针入度占原针入度的百分率。蒸发损失百分率越小、针入度比越大，则沥青的大气稳定性越好，“老化”越慢。

除了以上技术指标外，还有闪点、燃点、溶解度等，这些都对沥青的使用有很大影响。其中，闪点和燃点直接影响沥青熬制温度的确定。

3.石油沥青的技术标准

根据我国现行标准，石油沥青主要有道路石油沥青、建筑石油沥青和防水防潮石油沥青三类。牌号按照针入度、延度和软化点等技术指标划分，并以针入度值来表示。针入度、延度和软化点称为沥青的三大指标。

在同一品种石油沥青材料中，牌号越大，沥青越软，黏性越小，针入度越大，塑性越大，延度越大，而软化点越低，温度敏感性越大，温度稳定性越差。道路石油沥青、建筑石油沥青和防水防潮石油沥青的技术标准见表8-1。

表8-1　道路石油沥青、建筑石油沥青和防水防潮石油沥青的技术标准

4.石油沥青的选用

应根据工程性质、当地气候条件、所处的工作环境(屋面或者地下)来选择不同的沥青(不同品种或不同牌号，或者两种或两种以上牌号混合使用)。在满足使用要求的前提下，尽量选用牌号较大的石油沥青，以保证较长的使用年限。

道路石油沥青具有黏滞性小、塑性好等特点，用来拌制沥青砂浆和沥青混合料，主要用于道路路面或车间地面等工程，也可用作密封材料、胶粘剂及沥青涂料等工程。

建筑石油沥青具有良好的防水性、粘结性、耐热性及温度稳定性，但黏滞性大、塑性较差，主要用于建筑工程的防水和防腐，制造防水卷材、防水涂料和沥青胶等，用于屋面和各种防水工程。

防水防潮石油沥青温度稳定性好，特别适合作为油毡的涂覆材料及建筑屋面与地下防水的粘结材料。

对于屋面工程用于防水的沥青材料，不但要求黏性大，还应主要考虑耐热性要求，选用沥青的软化点应比当地屋面最高温度高15℃~20℃。若软化点低，夏季容易流淌。对于夏季气温较高的地区，可选10号或30号石油沥青。对于不易受温度影响的部位或气温较低的地区，如地下防水防潮层可选用牌号较大的沥青，如60号或100号沥青。