1、瀝青四組分分析的實驗研究摘要石油瀝青廣泛應用在道路建設中,不同的加工工藝使得瀝青的組成成分不同。本文主要利用四組分分離法,考察了瀝青中不同組分對瀝青軟化點、針入度、延度和動力黏度的影響。實驗結果表明,瀝青的化學組成決定了瀝青的使用性能。瀝青中油分越多、瀝青質越少,軟化點和60動力黏度越小,25針入度越大;瀝青中的膠質越多,10延度越大。關鍵詞:四組分;針入度;軟化點;延度1前言瀝青是有一些極其復雜的高分子的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬的衍生物所組成的混合物,一般可分為天然瀝青、石油瀝青和焦油瀝青三大類。道路瀝青主要是石油瀝青。瀝青組分是不同領域根據各自不同的需求將瀝青混合物劃分為幾種組分

2、。我國道路瀝青一般分為四種組分:瀝青質、膠質、芳香分、飽和分1。瀝青的每一組分都反映了瀝青的不同性質,組分劃分有利于研究瀝青的性質2-4。瀝青中的飽和分、芳香分、膠質和瀝青質的存在形式如圖1所示1,其中飽和分和芳香分統稱為油分。瀝青的化學組分不是簡單的混合或溶解,大多數瀝青都是以膠體溶液的形式存在。按照膠體結構理論,瀝青是以相對分子質量很大的瀝青質為中心,在周圍吸附了一些極性較大的膠質形成膠團,分散在油分中。2試驗部分2.1 原料實驗原料為6個連續批次的金陵70#A重交瀝青(分別編號為A、B、C、D、E、F。6組重交瀝青樣品的25針入度、軟化點、10延度和60動力粘度指標如表1所示。 圖1 瀝

3、青膠體結構表1 重交瀝青指標編號針入度/0.1mm 軟化點/延度/cm 動力黏度/(Pa·sA 68.1 48.4 29 220.5B 64.9 48.6 26 244.1C 65.2 48.9 29.2 227.9D 66.1 48.9 27.3 221.9E 69.8 48.7 25.8 216.8F 69.4 49.5 33 211.42.2 實驗內容按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程JTG E20-2011分別測量6個重交瀝青樣品的四組分含量,分析瀝青的組分對重交瀝青性能的影響。3實驗結果與討論6組重交瀝青的四組分含量如表2所示。表1 6組重交瀝青樣品的四組分含量編號飽和分

4、/ % 芳香分/ % 膠質/ % 瀝青質/ % 油分/ %A 9.00 60.13 20.84 10.01 69.13B 15.40 57.40 14.70 12.40 72.80C 13.70 54.13 20.14 11.47 67.83D 13.77 56.80 18.14 10.17 70.57E 15.74 56.36 16.00 9.38 72.10F 14.60 52.70 22.72 9.12 67.30(1 油分對瀝青性能的影響瀝青中的飽和分和芳香分統稱為油分。從圖2中所示,隨著油分在瀝青中的質量分數增大,軟化點呈下降趨勢。飽和分是一種非極性油分,相對分子質量在300至100

5、0左右,主要是含直鏈和支鏈的烷烴和環烷烴的混合物。飽和分在瀝青中的含量一般為5%20%。芳香分在瀝青四組分中分子量最低,通常是黃紅色粘稠液體,相對分子質量約為500至2000。芳香分在瀝青中的含量一般為40%65%。在瀝青的膠體結構中,芳香分和飽和分一起構成連續相,使膠質-瀝青質膠胞能穩定分散其中,是膠溶瀝青質分散介質的主要部分。由于油分的相對分子質量較小和油分對瀝青質的分散作用,因此油分越多,分子量大的重組分越少,瀝青的軟化點越低、針入度越大。在本實驗中油分的含量和瀝青的針入度沒有呈現一定的邏輯關系,油分的含量與軟化點也不是完全成正關系,是由于瀝青的軟化點和針入度是瀝青中各個組分共同作用的結

6、果,實驗結果與理論分析并不矛盾。 圖2 油分質量分數與軟化點的關系(2 膠質對瀝青10延度的影響從圖3中可以得知,膠質的含量與瀝青的10的延度成正關系。膠質的質67.0068.0069.0070.0071.0072.0073.0074.00軟化點數值油分質量分數/%量分數越大,瀝青的10延度越大。膠質也稱為樹脂,比瀝青質有更強的極性,相對密度在1.00附近,相對分子質量大約在1000至2000之間或更大一些。膠質在瀝青中的含量一般為15%30%。膠質的分子結構中含有相當多的稠環芳香族和雜原子的化合物,在瀝青中屬于強極性的組分,是瀝青質的擴散劑和膠溶劑。膠質對瀝青的比例在一定程度上決定瀝青膠體結

7、構的類型。由于膠質的極性較強,使得瀝青有良好的塑形和黏附性,能夠提高瀝青的延度。所以當瀝青中膠質的含量增加是,延度也隨之增大。 圖3 膠質質量分數和瀝青10延度的關系(3 瀝青質對瀝青25針入度和60動力黏度的影響從圖4和圖5中可以看出,隨著瀝青質含量的增加,瀝青的25針入度和60動力黏度也變大。瀝青質是復雜的芳香環物質,有很強的極性,相對密度大于1,相對分子質量一般都在1000以上。瀝青質在瀝青中的含量一般為5%25%。瀝青質的存在對瀝青的感溫性和耐熱性都有正面的影響,且在高溫時仍有較大的黏度。瀝青質含量的多少影響著瀝青的流變特性,表現為瀝青質含量增加,瀝青黏度提高,軟化點上升,針入度下降。

8、24262830323414.0016.0018.0020.0022.0024.0010延度數值膠質的質量分數/%圖4 瀝青質質量分數與針入度的關系圖5 瀝青質量分數與60動力黏度的關系結論通過對6組重交瀝青四組分的分析,發現瀝青的各組分隊瀝青的性能有如下關系:(1 隨著瀝青中的油分含量的增大,瀝青質含量的減少,瀝青的軟化點和動力黏度呈下降趨勢,針入度呈上升趨勢。由于瀝青軟化點、針入度的值是瀝青中各個組分共同作用的結果,所以并不是所有實驗結果都嚴格遵循這個結論。(2 膠質的含量與延度有關。隨著膠質的含量增加,瀝青的延度也增大。 64656667686970718.59.510.511.512.513.525針入度數值瀝青質的質量分數 /%9.0010.0011.0012.0013.0060動力黏度數值瀝青質的質量分數/%參考文獻 1景彥平瀝青結構及高聚物改性瀝青機理研究 D長江大學，2005 2闕國和，劉晨光，陳月珠，梁文杰道