瀝青四組分分析的實驗研究

1、瀝青四組分分析的實驗研究摘要石油瀝青廣泛應(yīng)用在道路建設(shè)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(jié)果表明,瀝青的化學(xué)組成決定了瀝青的使用性能。瀝青中油分越多、瀝青質(zhì)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(zhì)越多,10延度越大。關(guān)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(fù)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(lǐng)域根據(jù)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(zhì)、膠質(zhì)、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(zhì),組分劃分有利于研究瀝青的性質(zhì)2-4。瀝青中的飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的存在形式如圖1所示1,其中飽和分和芳香分統(tǒng)稱為油分。瀝青的化學(xué)組分不是簡單的混合或溶解,大多數(shù)瀝青都是以膠體溶液的形式存在。按照膠體結(jié)構(gòu)理論,瀝青是以相對分子質(zhì)量很大的瀝青質(zhì)為中心,在周圍吸附了一些極性較大的膠質(zhì)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(xù)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(jié)構(gòu)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(nèi)容按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)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(jié)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(zhì)/ % 瀝青質(zhì)/ % 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(tǒng)稱為油分。從圖2中所示,隨著油分在瀝青中的質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量在300至100

5、0左右,主要是含直鏈和支鏈的烷烴和環(huán)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(zhì)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(jié)構(gòu)中,芳香分和飽和分一起構(gòu)成連續(xù)相,使膠質(zhì)-瀝青質(zhì)膠胞能穩(wěn)定分散其中,是膠溶瀝青質(zhì)分散介質(zhì)的主要部分。由于油分的相對分子質(zhì)量較小和油分對瀝青質(zhì)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(xiàn)一定的邏輯關(guān)系,油分的含量與軟化點也不是完全成正關(guān)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(jié)

6、果,實驗結(jié)果與理論分析并不矛盾。 圖2 油分質(zhì)量分數(shù)與軟化點的關(guān)系(2 膠質(zhì)對瀝青10延度的影響從圖3中可以得知,膠質(zhì)的含量與瀝青的10的延度成正關(guān)系。膠質(zhì)的質(zhì)67.0068.0069.0070.0071.0072.0073.0074.00軟化點數(shù)值油分質(zhì)量分數(shù)/%量分數(shù)越大,瀝青的10延度越大。膠質(zhì)也稱為樹脂,比瀝青質(zhì)有更強的極性,相對密度在1.00附近,相對分子質(zhì)量大約在1000至2000之間或更大一些。膠質(zhì)在瀝青中的含量一般為15%30%。膠質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中含有相當多的稠環(huán)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(zhì)的擴散劑和膠溶劑。膠質(zhì)對瀝青的比例在一定程度上決定瀝青膠體結(jié)

7、構(gòu)的類型。由于膠質(zhì)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(zhì)的含量增加是,延度也隨之增大。 圖3 膠質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和瀝青10延度的關(guān)系(3 瀝青質(zhì)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(zhì)含量的增加,瀝青的25針入度和60動力黏度也變大。瀝青質(zhì)是復(fù)雜的芳香環(huán)物質(zhì),有很強的極性,相對密度大于1,相對分子質(zhì)量一般都在1000以上。瀝青質(zhì)在瀝青中的含量一般為5%25%。瀝青質(zhì)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(zhì)含量的多少影響著瀝青的流變特性,表現(xiàn)為瀝青質(zhì)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(shù)值膠質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)/%圖4 瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與針入度的關(guān)系圖5 瀝青質(zhì)量分數(shù)與60動力黏度的關(guān)系結(jié)論通過對6組重交瀝青四組分的分析,發(fā)現(xiàn)瀝青的各組分隊瀝青的性能有如下關(guān)系:(1 隨著瀝青中的油分含量的增大,瀝青質(zhì)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(jié)果,所以并不是所有實驗結(jié)果都嚴格遵循這個結(jié)論。(2 膠質(zhì)的含量與延度有關(guān)。隨著膠質(zhì)的含量增加,瀝青的延度也增大。 64656667686970718.59.510.511.512.513.525針入度數(shù)值瀝青質(zhì)的質(zhì)量分數(shù) /%9.0010.0011.0012.0013.0060動力黏度數(shù)值瀝青質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)/%參考文獻 1景彥平瀝青結(jié)構(gòu)及高聚物改性瀝青機理研究 D長江大學(xué)，2005 2闕國和，劉晨光，陳月珠，梁文杰道