沥青是一种褐色或黑褐色的有机胶凝材料，是土木工程建设中不可缺少的材料。在建筑、公路、桥梁等工程中有着广泛的应用，主要用于生产防水材料和铺筑沥青路面、机场道面等。

沥青的分类

沥青按产源可分为地沥青（包括天然沥青、石油沥青）和焦油沥青（包括煤沥青、页岩沥青）。常用的主要是石油沥青和煤沥青。

石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油（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、半固体或黏性液体，颜色为褐色或黑褐色。

㈠石油沥青的组成与结构

1.石油沥青的组分

石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其非金属（主要为氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。

通常将石油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，划分为若干个组，这些组即称为组分。

⑴油分

油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子最小和密度最小的组分，密度介于0.7～1g/cm3之间。在170℃较长时间加热，油分可以挥发。油分可以溶于大部分的有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。

⑵树脂（沥青脂胶）

沥青脂胶为黄色至黑褐色黏稠状物质（半固体），分子量比油分大（600～1000），密度为1.0～1.1g/cm3。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，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。

另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和地沥青酸酐，颜色较中性树脂深，是油分氧化后的产物，具有酸性。它易溶于酒精、氯仿而难溶于石油醚和苯，能为碱皂化，是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。

⑶地沥青质（沥青质）

地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质，分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1g/cm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、黏性的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，黏性愈大，即愈硬脆。

⑷其他成分

石油沥青中还含有2%～3%的沥青碳和似碳物，同时还含有一定的蜡。蜡会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感，所以蜡是石油沥青中的有害成分。

2.石油沥青的胶体结构

在石油沥青中，油分、树脂和地沥青质是石油沥青中的三大主要组分。油分和树脂可以互相溶解，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而形成胶体结构。在这个分散体系中，分散相为吸附部分树脂的地沥青质，分散介质为溶有树脂的油分。在胶体结构中，从地沥青质到油分是均匀的逐步递变得，并无明显界面。

石油沥青中性质随各组分数量比例的不同而变化。当油分和树脂较多时，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。溶胶型石油沥青的特点是，流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强，而对温度的敏感性强，即对温度的稳定性较差，温度过高会流淌。

当油分和树脂较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，相互吸引力增大，胶团间相互移动比较困难，这种胶体结构的石油沥青，称为凝胶型石油沥青。凝胶型石油沥青的特点是，弹性和黏性较高，开裂后自行愈合能力较差，流动性和塑性较低。

当地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，称为溶凝胶型结构。

溶胶型、溶凝胶型及凝胶型胶体结构的石油沥青示意图如图6-1所示。

图6-1 石油沥青胶体结构的类型示意

(a)溶胶型; (b)溶凝胶型; (c)凝胶型

1-溶胶中的胶粒;2-质点颗粒;3-分散介质油分;4-吸附层;5-地沥青质;6-凝胶颗粒;7-结合的分散介质油分

㈡石油沥青的技术性质

1.防水性

石油沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，加之它与矿物材料表面有很好的粘结力，能紧密粘附于矿物材料表面，同时，它还具有一定的塑性，能适应材料或构件的变形，所以石油沥青具有良好的防水性，故广泛用作土木工程的防潮、防水材料。

2.粘滞性

石油沥青的粘滞性是反映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，是沥青性质的重要指标之一。

各种石油沥青的粘滞性变化范围很大，粘滞性的大小与组分及温度有关。地沥青质含量较高，同时又有适量树脂，而油分含量较少时，则粘滞性较大。在一定温度范围内，当温度升高时，则粘滞性随之降低，反之随之增大。

绝对粘度的测定方法因材而异，并较为复杂。工程上常用相对粘度来表示。测定相对粘度的主要方法是用标准粘度计和针入度仪。对于黏稠石油沥青的相对粘度是用针入度仪测定的针入度来表示。它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，表明粘度越大。黏稠石油沥青的针入度是在规定温度25℃条件下，以规定重量100g的标准针，经历规定时间5s贯入试验中的深度，以1/10mm为单位。

对于液体石油沥青或较稀的石油沥青的相对粘度，可用标准粘度计测定的标准粘度表示。标准粘度是在规定温度（20、25、30或60℃）、规定直径（3、5或10mm）的孔口流出50cm3沥青所需的时间秒数，常用符号“CdtT”表示，d为流孔直径，t为试验温度，T为流出50cm3沥青的时间。

3.塑性

塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后形状的性质。它是沥青的重要指标之一。

石油沥青的塑性与其组分有关。石油沥青中树脂含量较多，且其他组分含量又适当时，则塑性较大。影响沥青塑性的因素有温度和沥青膜层厚度，温度升高，则塑性增大，膜层愈厚则塑性愈高。反之，膜层越薄，则塑性越差，当膜层薄至1um，塑性近于消失，即接近于弹性。

石油沥青的塑性粘度用延度（伸长度）表示，延度愈大，塑

性愈好。

4.温度敏感性

温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。因沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。当温度升高时，沥青由固态或半固态逐渐软化，使沥青分子之间发生相对滑动，此时沥青就像液体一样发生了黏性流动，成为粘流态。当温度降低时又逐渐由粘流态凝固为固态，甚至变硬变脆。在此过程中，反映了沥青随温度升降其粘滞性和塑性的变化。在相同的温度变化间隔里，各种沥青粘滞性及塑性变化幅度不会相同。

通常石油沥青中地沥青质含量较多，在一定程度上能够减小其温度敏感性；而含蜡量较多时，则会增大温度敏感性。

沥青软化点是反映沥青的温度敏感性的重要指标。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定其中某一状态作为从固态转到粘流态的起点，相应的温度称为沥青软化点。一般采用环球软化点仪测定。

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。

在阳光、空气和热的综合作用下，沥青各组分不断递变。低分子化合物将逐步转变为高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，而地沥青质逐渐增多。实验发现，树脂转变为地沥青质比油分变为树脂的速度快很多。因此，使石油沥青随着时间的进展而流动性和塑性逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，这个过程称为石油沥青的“老化”。

石油沥青的大气稳定性常以蒸发损失和蒸发后针入度比来评定。

㈢石油沥青的技术标准及选用

石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青和普通石油沥青三种。在土木工程中使用的主要是建筑石油沥青和道路石油沥青。

1.建筑石油沥青

建筑石油沥青按针入度指标划分牌号，每一牌号的沥青还应保证相应的延度、软化点、溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、闪点等。

建筑石油沥青针入度较小，软化点较高，但延伸度较小，主要用作制造油纸、油毡，防水涂料和沥青嵌缝膏。

2.道路石油沥青

按道路的交通量，道路石油沥青分为重交通道路石油沥青和中、轻交通道路石油沥青。

总结

综上所述，可见石油沥青也是我们日常生活必不可少的一部分，它和煤沥青工艺不同，性能不同，市场需求也不同，所以使用时应该根据具体需求和应用场景来选择，这样才能发挥沥青的特长及优势。