煤沥青（俗称柏油）是用煤在隔绝空气的条件下干馏，制取炼焦和制煤气的副产品——煤焦油——炼制而成。根据煤干馏的温度不同，而分为高温煤焦油（700°C 以上）和低温煤焦油（450～700°C）两类。路用煤沥青主要是由炼焦或制造煤气得到的高温煤焦油加工而得。
1.煤沥青的化学组成和结构特点
（1）煤沥青的化学组成。
煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和氮的衍生物的混合物，其元素组成主要为C、H、O、S和N。煤沥青的化学结构极其复杂，有环结构上带有侧链的，但侧链很短。对煤沥青化学组分的研究，与就石油沥青研究方法相同，也是采用选择性溶解等方法将煤沥青划分为几个化学性质相近且与路用性能有一定联系的组分进行研究。我国主要采用葛氏法，其流程如图9.19所列。煤沥青组分如下：
图9.19 B.O.葛列米尔德的煤沥青化学组分分析
① 游离碳。又称自由碳，是高分子有机化合物的固态碳质微粒，不溶于任何有机溶剂，具有足够的稳定性，只有在高温下才能溶解。在煤沥青中含有游离碳能增强沥青的黏滞性、提高其热稳定性。但游离碳超过一定含量时，沥青的低温脆性亦随之增加。煤沥青中游离碳相当于石油沥青中的沥青质，但颗粒比沥青质大得多。
② 树脂。
a.硬树脂：固态晶体结构，在沥青中能增强其黏滞性，也类似石油沥青中的沥青质。
b.软树脂：赤褐色黏塑状物质，溶于氯仿，稳定性较低。能使煤沥青具有塑性，类似于石油沥青中的树脂。
③ 油分。主要由液体未饱和的芳香族碳氢化合物所组成，与石油沥青中的油分类似，使煤沥青具有流动性。在油分中包含萘油、蒽油和酚油等。当蒽油含量小于 15% 时，可溶于油分中；当其含量大于15%，温度低于10°C时，由于萘油变成晶体，使煤沥青的稠度增加。萘在常温下易挥发，所以对煤沥青的技术性质有不良的影响。蒽油含量在15%～25% 时，同样能降低煤沥青的黏滞性；若超过此含量，蒽油结晶，也使煤沥青的黏度增加。蒽油有毒，能引起呼吸道黏膜和皮肤发炎、疼痛。
此外，煤沥青中含少量的碱性物质（吡啶、喹啉等）和酸性物质（主要是酚）。酚有毒且易与碱作用生成易溶于水的酚盐，能降低沥青的水稳定性，故酚在煤沥青中的含量越少越好。煤沥青中的酸碱物质都属表面活性物质，相当于石油沥青中的沥青酸与沥青酸酐，但其活性物质含量高于石油沥青。所以煤沥青表面活性比石油沥青高，与石料的黏附力较好。
（2）煤沥青的结构。
煤沥青和石油沥青相类似，也是复杂的胶体分散系，其中游离碳和硬树脂组成的胶体微粒为分散相，油分为分散介质；而软树脂为保护物质，它吸附于固态分散胶粒周围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散系形成稳定的胶体物质。
2.煤沥青的技术性质与技术标准
（1）煤沥青的技术性质。
① 黏度。表示煤沥青的稠度。煤沥青组分中油分含量减少、固态树脂及游离碳量增加时，则煤沥青的黏度增高。煤沥青的黏度测定方法与液体沥青相同，亦是用道路沥青标准黏度计测定。
② 蒸馏试验的馏分含量及残渣性质。煤沥青中含有各沸点的油分，这些油分的蒸发将影响沥青的性质。因而煤沥青的起始黏滞度并不能完全表达其在使用过程中黏结性的特征。
为了预估煤沥青在路面使用过程中的性质变化，在测定其起始黏滞度的同时，还必须测定煤沥青在各温度阶段所含馏分及其蒸馏后残留物的性质。
煤沥青蒸馏试验是测定试样受热时，在规定温度范围内蒸出的馏分含量，以质量百分比表示。除非特殊需要，各馏分蒸馏的标准切换温度为170°C、270°C、300°C。
馏分含量的规定，控制了煤沥青由于蒸发而发生老化，残渣性质试验保证了煤沥青残渣具有适宜的黏结性与温度稳定性。(www.xing528.com)
③ 煤沥青焦油酸含量。煤沥青的焦油酸（亦称酚）主要存在于煤沥青的中油中，故测定煤沥青中酚的含量是通过测定试样总的蒸馏馏分与碱性溶液氢氧化钠作用，使C6H5OH与氢氧化钠形成水溶性酚盐（C6H5ONa），根据酚钠体积求算出煤沥青中酚的含量，以体积百分比表示。
焦油酸溶解于水，易导致路面强度降低，同时它有毒，因此对其在沥青中的含量必须加以限制。
④ 含萘量。萘在煤沥青中低温时易结晶析出，使煤沥青产生假黏度而失去塑性，同时常温下易升华，并促使“老化”加速，降低煤沥青的技术性质。此外，萘有毒，故对其含量应加以限制。煤沥青的萘含量是取酚含量测定后的无酚中油，在低温下使萘结晶，然后与油分离而获得“粗萘”。萘含量即以粗萘占煤沥青的质量百分比表示。
⑤ 甲苯不溶物。煤沥青的甲苯不溶物含量，是试样在规定的甲苯溶剂中不溶物（游离碳）的含量，用质量百分比表示。
⑥ 含水分。与石油沥青一样，在煤沥青中含有过量的水分会使煤沥青在施工加热时发生许多困难，甚至导致材料质量的劣化和火灾。煤沥青含水量的测定方法与石油沥青相同。
（2）煤沥青的技术标准。
根据煤沥青在工程中应用要求的不同，按照稠度可划分为软煤沥青（液体、半固体的）和硬煤沥青（固体的）两大类。道路工程主要应用的是软煤沥青，用于道路的软煤沥青又按其黏度和有关技术性质分为9个标号，其技术要求见表9.8。
表9.8 道路用煤沥青技术要求
（3）煤沥青在技术性质上与石油沥青的差异。
① 煤沥青的温度稳定性差。煤沥青是较粗的分散系，同时可溶性树脂含量较多，受热易软化，温度稳定性差。因此，加热温度和时间都要严格控制，更不宜反复加热，否则易引起性质急剧恶化。
② 煤沥青的大气稳定性差。由于煤沥青中含有较多不饱和碳氢化合物，在热、阳光、氧气等长期综合作用下，使煤沥青的组分变化较大，易老化变脆。
③ 煤沥青塑性较差。因煤沥青含有较多的游离碳，而使塑性降低，所以在使用时易因受力变形而开裂。
④ 煤沥青与矿质材料表面黏附性能好 煤沥青组分中含酸、碱性物质较多，它们都是极性物质，赋予煤沥青较高的表面活性和较好的黏附力，对酸、碱性石料均能较好地黏附。
⑤ 煤沥青防腐性能好。由于煤沥青中含有酚 、蒽、萘油等成分，所以防腐性好，故宜用于地下防水层及防腐材料。
⑥ 煤沥青含有对人体有害成分较多，臭味较重。
3.煤沥青与石油沥青的鉴别
如前所述，煤沥青的技术性能与石油沥青类似，但另有不同的特性，因而使用要求有一定区别。如煤油沥青加热温度一般应低于石油沥青，加热时间宜短不宜长等。在通常情况下，煤沥青不能与石油沥青混用，否则会因两者在物理化学性质上的差异而导致出现絮凝结快现象。因此，在储存和加工时必须将这两种沥青严格区分开来。为使在工地条件下区别鉴认这两种沥青，根据两种沥青的某些特性提出了煤沥青与石油沥青的简易鉴别方法见表9.9。
表9.9 石油沥青和煤沥青的简易鉴别方法
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