沥青四组分分析的实验研究

沥青四组分分析的实验研究

摘要

石油沥青广泛应用在道路建设中，不同的加工工艺使得沥青的组成成分不同。本文主要利用四组分分离法，考察了沥青中不同组分对沥青软化点、针入度、延度和动力黏度的影响。实验结果表明，沥青的化学组成决定了沥青的使用性能。沥青中油分越多、沥青质越少，软化点和60℃动力黏度越小，25℃针入度越大；沥青中的胶质越多，10℃延度越大。

关键词：四组分；针入度；软化点；延度

1前言

沥青是有一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属的衍生物所组成的混合物，一般可分为天然沥青、石油沥青和焦油沥青三大类。道路沥青主要是石油沥青。沥青组分是不同领域根据各自不同的需求将沥青混合物划分为几种组分。我国道路沥青一般分为四种组分：沥青质、胶质、芳香分、饱和分[1]。沥青的每一组分都反映了沥青的不同性质，组分划分有利于研究沥青的性质[2-4]。

沥青中的饱和分、芳香分、胶质和沥青质的存在形式如图1所示[1]，其中饱和分和芳香分统称为油分。沥青的化学组分不是简单的混合或溶解，大多数沥青都是以胶体溶液的形式存在。按照胶体结构理论，沥青是以相对分子质量很大的沥青质为中心，在周围吸附了一些极性较大的胶质形成胶团，分散在油分中。

2试验部分

2.1 原料

实验原料为6个连续批次的金陵70#A重交沥青（分别编号为A、B、C、D、E、F）。6组重交沥青样品的25℃针入度、软化点、10℃延度和60℃动力粘度指标如表1所示。

图1 沥青胶体结构

表1 重交沥青指标

编号针入度/0.1mm 软化点/℃延度/cm 动力黏度/(Pa·s)

A 68.1 48.4 29 220.5

B 64.9 48.6 26 244.1

C 65.2 48.9 29.2 227.9

D 66.1 48.9 27.3 221.9

E 69.8 48.7 25.8 216.8

F 69.4 49.5 33 211.4

2.2 实验内容

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》分别测量6个重交沥青样品的四组分含量，分析沥青的组分对重交沥青性能的影响。

3实验结果与讨论

6组重交沥青的四组分含量如表2所示。

表1 6组重交沥青样品的四组分含量

编号ω饱和分/ % ω芳香分/ % ω胶质/ % ω沥青质/ % ω油分/ %

A 9.00 60.13 20.84 10.01 69.13

B 15.40 57.40 14.70 12.40 72.80

C 13.70 54.13 20.14 11.47 67.83

D 13.77 56.80 18.14 10.17 70.57

E 15.74 56.36 16.00 9.38 72.10

F 14.60 52.70 22.72 9.12 67.30

（1） 油分对沥青性能的影响

沥青中的饱和分和芳香分统称为油分。从图2中所示，随着油分在沥青中的质量分数增大，软化点呈下降趋势。

饱和分是一种非极性油分，相对分子质量在300至1000左右，主要是含直链和支链的烷烃和环烷烃的混合物。饱和分在沥青中的含量一般为5％～20％。芳香分在沥青四组分中分子量最低，通常是黄红色粘稠液体，相对分子质量约为500至2000。芳香分在沥青中的含量一般为40％～65％。在沥青的胶体结构中，芳香分和饱和分一起构成连续相，使胶质-沥青质胶胞能稳定分散其中，是胶溶沥青质分散介质的主要部分。由于油分的相对分子质量较小和油分对沥青质的分散作用，因此油分越多，分子量大的重组分越少，沥青的软化点越低、针入度越大。

在本实验中油分的含量和沥青的针入度没有呈现一定的逻辑关系，油分的含量与软化点也不是完全成正关系，是由于沥青的软化点和针入度是沥青中各个组分共同作用的结果，实验结果与理论分析并不矛盾。

图2 油分质量分数与软化点的关系

（2） 胶质对沥青10℃延度的影响

从图3中可以得知，胶质的含量与沥青的10

℃的延度成正关系。胶质的质

48.548.648.748.848.94949.149.249.349.449.549.6

67.00

68.00

69.00

70.00

71.00

72.00

73.00

74.00

软化点数值

油分质量分数/%

量分数越大，沥青的10℃延度越大。

胶质也称为树脂，比沥青质有更强的极性，相对密度在1．00附近，相对分子质量大约在1000至2000之间或更大一些。胶质在沥青中的含量一般为15％～30％。胶质的分子结构中含有相当多的稠环芳香族和杂原子的化合物，在沥青中属于强极性的组分，是沥青质的扩散剂和胶溶剂。胶质对沥青的比例在一定程度上决定沥青胶体结构的类型。由于胶质的极性较强，使得沥青有良好的塑形和黏附性，能够提高沥青的延度。所以当沥青中胶质的含量增加是，延度也随之增大。

图3 胶质质量分数和沥青10℃延度的关系

（3） 沥青质对沥青25℃针入度和60℃动力黏度的影响

从图4和图5中可以看出，随着沥青质含量的增加，沥青的25℃针入度和60℃动力黏度也变大。

沥青质是复杂的芳香环物质，有很强的极性，相对密度大于1，相对分子质量一般都在1000以上。沥青质在沥青中的含量一般为5％～25％。沥青质的存在对沥青的感温性和耐热性都有正面的影响，且在高温时仍有较大的黏度。沥青质含量的多少影响着沥青的流变特性，表现为沥青质含量增加，沥青黏度提高，软化点上升，针入度下降。

24262830323414.00

16.00

18.00

20.00

22.00

24.00

10℃延度数值

胶质的质量分数/%