四組分分析法研究老化改性瀝青

單寶龍，孫敬軍，高會娟，王 雷，曹 萍

（1. 遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001； 2. 撫順礦業(yè)集團頁巖油化工廠，遼寧 撫順 113001）

隨著現(xiàn)代經濟的飛速發(fā)展，公路與道路都發(fā)生了很大的變化[1]。為適應急劇增長的行駛頻率和交通流量，緩解公路與道路的交通壓力，大多實行分車道單行的政策，這必定要增強路面的流動性，提高路面的彈性和柔性，延長路面的使用壽命。瀝青老化是路面發(fā)生破壞的重要原因之一，會使路面出現(xiàn)大量的裂縫，解決這一問題的有效方法是對瀝青進行改性研究，其中廢膠粉改性瀝青具有抗裂性、高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點并得到廣泛的應用[2-5]。將廢膠粉作為道路瀝青改性劑的研究在我國已取得進展，具有很好的發(fā)展前景[6-9]。橡膠改性瀝青在其生產運輸過程中，由于高溫作用時刻發(fā)生著大量的化學變化，因此提高改性瀝青的各項性質一直受到了廣大的關注[10]。

本實驗將遼河油田生產的瀝青中加入催化裂化油漿與廢膠粉制得改性瀝青，然后進行老化試驗，考察老化前后四組分變化情況。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑及儀器

瀝青（遼河油田）， 60目膠粉（青島凱贏橡膠有限公司）， 催化裂化油漿，>500 ℃，（錦西石化分公司），無水乙醇（分析純，500 mL,沈陽市華東試劑廠），正庚烷（分析純,天津大茂化學試劑廠），甲苯（分析純,沈陽市華東試劑廠），三氧化二鋁（層析氧化鋁<中性>，粒度范圍 100~200目，分子量101.96,國藥集團）。

S501型超級數(shù)顯恒溫箱（沈陽博大科學儀器有限公司），電阻爐溫度控制器（沈陽電爐廠），旋轉薄膜烘箱（產于上海昌吉地質儀器有限公司），高速剪切乳化機（產于上海威慷機械電子有限公司）。

瀝青的部分性質及技術指標和四組分分析結果見表1，2。

1.2 試樣的制備

將加熱后瀝青加入一定量的橡膠粉與催化裂化油漿中，用高速剪切機作用30 min，老化時間分別為10, 15, 24, 36 h，測定老化后的瀝青試樣。

1.3 四組分分析方法

先用輕質烴類沉淀出重油中的瀝青質，脫瀝青部分用中性氧化鋁吸附，再用溶劑對不同的三個組分進行沖洗。用正庚烷沖洗出飽和烴，甲苯沖洗出芳香烴，甲苯—乙醇（1∶1）沖洗出膠質，各組分在水浴的基礎上趕走大部分溶劑后，再放入真空烘箱中干燥至恒溫，最后用重量法計算各組分的質量百分比。

表1 瀝青的四組分分析結果Table 1 Four-component analysis of the asphalt

表2 瀝青的部分性質及技術指標Table 2 Properties and technology indicators of asphalt

2 結果與討論

2.1 改性瀝青分析實驗

在一定的剪切溫度下，剪切速率為7 000 r/min，制備催化裂化油漿質量分數(shù)為 5%，膠粉質量分數(shù)為20%的改性瀝青，對其進行四組分分析見表3和表4。

表4 改性瀝青的部分性質及技術指標Table 4 Properties and technology indicators of Modified asphalt

由表3和表4可以看出：改性后的瀝青飽和分和芳香分有所降低，軟化點升高，膠質和瀝青質有所增加，瀝青針入度降低。這是由于加入改性劑后，改性劑吸附瀝青中的芳烴和膠質，使瀝青中的瀝青質含量增加、瀝青中的膠體結構變?yōu)槿堋z型，這改善了瀝青的彈性和穩(wěn)定性,增加基質瀝青的粘結性和流動性等特點。在此基礎上,改性劑吸附了基質瀝青中的輕質組分發(fā)生溶脹，溶脹的改性劑又與瀝青中其余組分產生相互作用，從而構成了一種新的結構體系，加之改性劑自身的固有特性而使瀝青性能得到更好的改善。

2.2 改性瀝青的老化及四組分分析實驗

選取催化裂化油漿質量分數(shù)為5%，膠粉質量分數(shù)為20%的橡膠改性瀝青在旋轉薄膜烘箱中進行老化實驗，考察不同老化時間對改性瀝青部分性質的影響。

表5和圖1、圖2表明：延長老化時間，改性瀝青的針入度和延度降低，軟化點有所升高，飽和分、芳香分與膠質的含量降低，瀝青質含量升高。這是由于改性瀝青在老化時間增加的條件下，發(fā)生了脫氫縮合、脫烷基等反應，破壞其組成平衡。使膠體體系中瀝青質含量不斷增加，膠質含量降低，導致膠質分子化學位的平衡被破壞而從瀝青質表面脫附，瀝青質分子表面上的活性點相互吸引聚集為大顆粒，使極性增強，改性瀝青的膠體結構逐步轉為凝膠型。

表5 老化改性瀝青的部分性質及技術指標Table 5 Properties and technology indicators of aging modified asphalt

圖1 老化改性瀝青膠質和芳香分隨時間變化曲線Fig.1 Variation curve of resins and aromatics in aging modified asphalt with time

圖2 老化改性瀝青瀝青質和飽和分隨時間變化曲線Fig.2 Variation curve of asphaltene and saturates in aging modified asphalt with time

2.3 老化前后圍觀結構分析

對改性瀝青老化前后進行SEM檢測（圖3，4）。

通過對改性瀝青老化前后照片的對比可以看出：經老化后的改性瀝青出現(xiàn)了明顯的裂紋，膠粉產生了明顯的聚集。

圖3 老化前改性瀝青的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM photograph of the modified asphalt before aging

圖4 老化后改性瀝青的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM photograph of the modified asphalt after aging

3 結束語

（1）添加了催化裂化油漿與橡膠粉的基質瀝青在制備過程中飽和分、芳香分減少，膠質與瀝青質增加，導致改性瀝青的軟化點升高，針入度降低。

（2）改性瀝青經過老化后，其化學組成與結構發(fā)生改變，隨著老化時間的增加，軟化點升高，針入度和延度降低，飽和分、芳香分與膠質的含量降低，瀝青質含量升高。

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