建筑上使用的沥青必需具有一定的物理性质和黏附性。在低温条件下应有弹性和塑性，在高温条件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，还应与各种矿料和结构表面有较强的黏附力，以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。通常，石油加工厂制备的沥青不一定能全面满足这些要求，尤其我国大多数用大庆油田的原油加工出来的沥青，如只控制了耐热性 （软化点），其他方面就很难达到要求，致使目前沥青防水屋面渗漏现象严重，使用寿命短。为此，常用橡胶、树脂和矿物填料等对沥青改性。橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青的改性材料。
5.1.3.1 沥青材料掺配
某一种牌号的石油沥青往往不能满足工程技术要求，需用不同牌号沥青进行掺配。
在进行掺配时，为了不使掺配后的沥青胶体结构破坏，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明，同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。所谓同产源是指同属石油沥青，或同属煤沥青（或煤焦油）。
两种沥青掺配时应保证掺配量与软化点之间呈比例关系，通常按直线律（图5.8）进行两种沥青掺配计算
式中：Q 为牌号较低沥青的掺量，%；T 为掺配后所需的软化点，℃；T1为牌号较高沥青的软化点，℃；T2为牌号较低沥青的软化点，℃。
较高牌号沥青的掺量为100%～Q%。
【例5.1】 某工程需要用软化点为85℃的石油沥青，现有10号及60号两种沥青，应如何掺配以满足工程需要？
【解】 由试验测得，10号石油沥青软化点为95℃，60号石油沥青软化点为45℃。估算掺配用量为
60号石油沥青用量=100-80=20%
根据估算的掺配比例和在其邻近的比例 （±5%～±10%）进行试配 （混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制掺配比—软化点曲线，即可从曲线上确定所要求的掺配比例。
5.1.3.2 石油沥青与煤沥青的掺配 （混合沥青）
一般情况下，石油沥青和煤沥青使用时都自成体系，不允许交互使用。这是因为它们的化学组成及结构有差异，密度及表面张力也不同，混合后容易发生絮凝或沉淀。但若选择化学性质及密度均相近的石油沥青和煤沥青，按适当的比例掺和，也可能得到稳定的混合沥青，石油沥青的掺量一般应小于20%或大于70%。混合沥青综合了石油沥青和煤沥青的优点，使温度稳定性、延伸性和黏结性均得到改善。
5.1.3.3 液体沥青和乳化沥青
使用沥青时一般都是将沥青加热熔化使其具有流动性，然后施工。液体沥青和乳化沥青在常温下便具有流动性，不需加热即可施工。施工后由于溶剂或水分蒸发，又恢复固体沥青的性能。液体沥青是将沥青溶解于有机溶剂，也称为稀释沥青；乳化沥青是将沥青在水中乳化分散而得。
（1）液体沥青—冷底子油。
冷底子油是将汽油、煤油、柴油、工业苯、煤焦油（回配煤沥青）等有机溶剂与沥青溶合制得的一种液体沥青。它黏度小、流动性好，将它涂刷在混凝土、砂浆等基层表面，能很快地渗入到材料的毛细孔隙中，待溶剂挥发后，在其表面形成一层牢固的沥青膜，使基面沥青化而具有一定的憎水性 （见图5.9）。这种液体沥青多在常温下用于防水工程的底层，故名冷底子油。冷底子油用于屋面防水工程，涂刷在混凝土基层，作为基层处理剂，一方面可防止基层水分蒸发，防止“起鼓”现象出现，另一方面为黏结其他防水材料创造了有利条件。
建筑工地使用冷底子油常随配随用，一般可参考下列配合比 （质量比），石油沥青∶汽油=30∶70；石油沥青∶煤油或轻柴油=40∶60。将石油沥青加热到120～140℃，熔融后在不断搅拌下，慢慢注入溶剂中，直至沥青完全溶解形成均匀体系为止。
液体沥青按其凝固速度的快慢分为快凝的、中凝的和慢凝的三种。快凝液体沥青用沸点低的汽油等为稀释剂，也称快凝稀释沥青；慢凝液体沥青用沸点高的柴油等作稀释剂，也称慢凝稀释沥青；中凝液体沥青用煤油等作稀释剂，其凝固速度介于上述二者之间，称为中凝稀释沥青。一般在干燥的底层上宜使用快凝液体沥青，在潮湿底层上宜用中凝液体____沥青。
图5.9 冷底子油渗入材料毛细孔示意图
1—材料基面；2—冷底子油；3—渗入进去的冷底子油
（2）乳化沥青。
乳化沥青是将热熔沥青经强力机械作用分散成为沥青微滴-（1～6μm），分散在含有表____面活性物质（乳化剂、稳定剂）的水溶液中所构成的稳定的乳状液。
1）乳化及成膜原理。水是极性分-子，沥青是非极性分子，两者表面张力不同，两者在一般情况下是不能互相溶合的，当仅靠强力机械作用使沥青成微小颗粒分时，形成的-沥青—水分散体系是不稳定的，沥青颗粒会自动聚集，最后同水分离。当加入一定量的乳化剂时，由于乳化剂是表面活性物质，在两相界面上产生强烈的吸附作用，形成了吸附层-。吸附层中的分子有一定取向，极性基团朝水-、与水分子牢固结合，形成水膜；非极性基团朝沥青，形成乳化膜，如图5.10。当沥青颗粒互相碰撞时，水膜和乳化膜共同组成的保护膜就能阻止颗粒的聚结，使乳液获得稳定。
2）乳化剂的分类。沥青乳化剂可分为有机的和无机的两大类。
图5.10 乳化沥青示意图
1—水；2—水膜；3—乳化剂；4—沥青颗粒；5—乳化剂极性端；6—乳化剂非极性端
根据使用的乳化剂不同，可制备不同类型的乳化沥青，如阴离子乳化沥青，阳离子乳化沥青、非离子乳化沥青、无机乳化沥青等。阳离子型乳化沥青具有凝结速度快、与矿料的黏结性好等特点，性能优于价格便宜，使用较早的阴离子型乳化沥青，现在国内推广使用较快。
3）乳化沥青的特点及应用。乳化沥青的一般组分含量为：沥青50%～60%，含有乳化剂、稳定剂的水溶液40%～50%，其中乳化剂等的掺量约为1%～3%。
乳化沥青是一种棕黑色的水剂冷用乳状液，具有无毒、无嗅、不燃、干燥快、黏结力强等特点，在0℃以上任意温度下可流动，因此宜于涂刷和喷涂。特别是它在潮湿基层上使用，改变了用热沥青施工时，需在干燥基层上涂刷的施工方法，于常温下作业，避免了烫伤、中毒，加快了施工速度。采用乳化沥青黏结防水卷材做防水层，造价低、用量省，即可减轻防水层自重，又有利于防水构造的改革。在水利工程及道路建筑上，乳化沥青可以与湿骨料混合，用于铺筑坝面、渠道、路面，是一种新型的筑坝、铺路材料。
乳化沥青一般由工厂配制，其储存期一般不宜超过6个月，储存时间过长容易引起凝聚分层。一般不宜在0℃以下储存，不宜在-5℃以下施工，以免水分结冰而破坏防水层。(www.xing528.com)
5.1.3.4 其他改性沥青
（1）矿物填充料改性沥青。
为了提高沥青的黏性和温度稳定性，常在沥青中加入一定数量的矿物填充料。
1）矿物填充料的种类。矿物填充料是由矿物质材料经过粉碎加工而成的细微颗粒，因所用矿物岩石的品种不同而不同。按其形状不同可分为粉状和纤维状，按其化学组成不同可分为含硅化合物类及碳酸盐类等。常用的有以下几种：
a.滑石粉。它是由滑石经粉碎、筛选而制得的，主要化学成分为含水硅酸镁（3MgO·4SiO2·H2O）。它亲油性好，易被沥青浸润，可提高沥青的机械强度和抗老化性能。
b.石灰石粉。由天然石灰石粉碎、筛选而制成，主要成分为碳酸钙，属亲水性的碱性岩石，但亲水性较弱，与沥青有较强的物理吸附和化学吸附性，是较好的矿物填充料。
c.云母粉。天然云母矿经粉碎、筛选而成，具有优良的耐热性、耐酸、耐碱性和电绝缘性，多覆于沥青材料表面，用于屋面防护层时有反射作用，可降低表面温度，反射紫外线防止老化，延长沥青使用寿命。
d.石棉粉。一般由低级石棉经加工而成，主要成分是钠、钙、镁、铁的硅酸盐，呈纤维状，富有弹性，具有耐酸、耐碱和耐热性，是热和电的不良导体，内部有很多微孔，吸油（沥青）量大，掺入沥青后可提高其热稳定性、抗流变性和抗弯强度，但石棉粉尘属致癌物质，对人体有害，污染环境，工程中不宜直接使用。
此外，可用作沥青矿物填充料的还有白云石粉、磨细砂、粉煤灰、水泥、砖粉、硅藻土等。
2）矿物填充料的作用机理。在沥青中掺入矿物填充料后，矿物颗粒能否被沥青包裹，并有牢固的黏结能力，必须具备两个条件：①矿物颗粒被沥青所浸润；②沥青与矿物颗粒间具有较强的吸附力，并不被水剥离。
一般具有共价键或分子键结合的矿物属憎水性即亲油性矿物，这种矿物颗粒表面能被沥青所包裹而不会被水所剥离，例如，滑石粉对沥青的亲和力大于对水分子的亲和力，故能被沥青包裹形成稳定的混合物。
具有离子键结合的矿物如碳酸盐、硅酸盐、云母等属亲水性矿物，即有憎油性。但是，因沥青中含有酸性树脂，它是一种表面活性物质，能够与矿物颗粒表面产生较强的物理吸附作用。如石灰石粉颗粒表面上的钙离子和碳酸根离子，对树脂的活性集团有较大的吸附力，还能与沥青酸或环烷酸发生化学反应形成不溶于水的沥青酸钙或环烷酸钙，产生了化学吸附力，故石灰石粉与沥青也可形成稳定的混合物。
由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青可呈单分子状排列在矿物颗粒 （或纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，有的称它为 “结构沥青”。结构沥青有较高的黏性和温度稳定性。结构沥青层外为自由沥青，使沥青混合物在低温下仍具有一定韧性。由此可见，掺入矿物填充料的数量要适当，以形成恰当的结构沥青膜层。如图5.11所示。
另外，矿物填充料的种类、细度都对形成结构沥青膜层有影响。
（2）橡胶沥青。
橡胶是沥青的重要改性材料，它和沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小，低温柔性好。橡胶的品种不同，掺入的方法也有所不同，所得橡胶改性沥青的性能也不相同。现将常用的几种分述如下。
1）氯丁橡胶沥青。氯丁橡胶与沥青相互作用的机理至今尚未完全清楚。初步认为，橡胶的加入对沥青的胶体结构 （分散结构）有影响，改变了分散介质的组成，促进了沥青分子的相互排斥，也改变了分散相的组成，易于形成弹性结构网。在氯丁橡胶和沥青的混合物中由于溶剂蒸发等原因，固体分子之间相互接触，分子链段彼此渗透、搭接，橡胶沥青便固化成富有弹性的结构网。且橡胶分子在固化初期还会自行 “硫化”，使结构网进一步增强。
沥青中掺入氯丁橡胶后，其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐气候性和耐燃烧性等都得到大大改善。
氯丁橡胶掺入沥青中的方法有溶剂法和水乳法。先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂 （如甲苯）中形成溶液，然后掺入沥青（液体状态）中，混合均匀即成为氯丁橡胶沥青；或者分别将橡胶和沥青制成乳液，再混合均匀即可使用。
2）丁基橡胶沥青。丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似，只是较简单一些。
将丁基橡胶碾切成小片，于搅拌条件下把小片加到100℃的溶剂中 （不得超过110℃），制成浓溶液。同时将沥青加热脱水熔化成液体状沥青。通常在100℃左右把两种液体按比例混合搅拌均匀进行浓缩15～20min，达到要求性能指标。丁基橡胶在混合物中的含量一般为2%～4%。同样也可以分别将丁基橡胶和沥青制备成乳液，然后再按比例把两种乳液混合。
丁基橡胶沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性能和耐热性能，多用于道路路面工程和制作密封材料和涂料。
3）再生橡胶沥青。再生胶掺入沥青中以后，同样可大大提高沥青的气密性，低温柔性，耐光、耐热、耐臭氧性、耐气候性。
再生胶与石油沥青作用机理和氯丁橡胶相类似，而且更为复杂。在制备过程中，石油沥青及再生胶里的链状物和网状结构部分受到破坏转变成溶液，而大部分再生胶仍呈凝胶状态。在这个体系里，大量的再生胶凝胶分散在由沥青和再生胶可溶部分的胶液中。在再生胶与沥青的混合物中由于溶剂蒸发等原因，除像氯丁橡胶那样形成弹性结构网外，同时还有大量的再生胶凝胶分子分散于其间的集结作用。
制备再生橡胶沥青方法先将废旧橡胶加工成1.5mm以下的颗粒，然后与沥青混合，经加热搅拌脱硫，就能得到具有一定弹性、塑性和黏结力良好的再生胶沥青材料。废旧橡胶的掺量视需要而定，一般为3%～15%。
（3）合成树脂类改性材料。
图5.11 沥青与矿粉相互作用的结构图式
1—自由沥青；2—结构沥青；3—钙质薄膜；4—矿粉颗粒
掺树脂的改性沥青又称树脂沥青。掺入合成树脂，可改善沥青的防水性、黏结性和低温性能，尤其对耐热性、温度稳定性的改善效果更为明显。石油沥青与树脂的相溶性一般较差，煤沥青与树脂相溶性较好，故树脂是煤沥青的重要改性材料。
用于石油沥青改性的树脂常用的有：①古马隆树脂，掺量一般为40%左右，能使沥青的黏结性和耐热性大大提高；②聚乙烯树脂，掺量一般为7%～10%，可以提高沥青的耐热性及水稳定性等；③聚丙烯树脂，一般采用无规聚丙烯 （APP），可提高沥青的耐热性并改善其低温韧性。
树脂的掺入方法也很多，常用的是机械搅拌法。将树脂加入脱水的热熔沥青中，经强烈搅拌使树脂均匀熔化于沥青中。还可同时掺入橡胶和树脂来改性，效果更好。
由苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段聚合而成的聚合物 （SBS）是一种热塑性弹性体，它兼有橡胶和树脂的特性，常温下具有橡胶的弹性，高温下具有接近线性聚合物的流体状态。是一种良好的沥青改性材料，已广泛应用于防水卷材的生产。
（4）植物油类改性材料。
沥青中掺入适量的蓖麻油、鱼油、桐油或桐油渣等，对沥青有一定改性作用。这类材料价格较便宜，可以就地取材。因此得到了发展和应用。
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