瀝青組分對瀝青性能影響的關聯(lián)分析

黃志勇

【摘 要】瀝青性能的差異取決于瀝青的化學組成，在進行瀝青性能的研究中，期待得到一種瀝青組分與性能之間的關聯(lián)，本文分析幾種瀝青組分與性能之間的關聯(lián)程度，以確定影響瀝青性能的關鍵因素。分別以瀝青的針入度、軟化點、延度、粘度、PG分級相關數(shù)值作為參考數(shù)列，以瀝青質(zhì)、飽和分、芳香分、膠質(zhì)作為比較數(shù)列，應用關聯(lián)度計算軟件，計算四組分對瀝青性能的關聯(lián)系數(shù)。

【關鍵詞】瀝青；組分；性能

1 瀝青組分與三大指標間的關聯(lián)分析

選取同一瀝青的原樣瀝青、RTFOT/PAV老化后瀝青的針入度、軟化點、延度為參考數(shù)列，分別計算老化前后ESSO90#、SK90#、SK70#瀝青三大指標與瀝青四組分的關聯(lián)系數(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)，飽和分、芳香分對瀝青老化前后針入度影響最大，其次是膠質(zhì)，瀝青質(zhì)的影響最??；膠質(zhì)對瀝青老化前后軟化點變化影響最大，瀝青質(zhì)次之，飽和分、芳香分的影響最??；飽和分、芳香分對瀝青老化前后延度影響最大，其次是膠質(zhì)，瀝青質(zhì)影響最小。這表明，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)對瀝青高溫性能影響較大，飽和分、芳香分對瀝青低溫性能的影響較大。其原因是，飽和分是強的增塑劑，在瀝青中主要使瀝青質(zhì)——膠質(zhì)塑化，因此飽和分對瀝青針入度及延度的影響較大。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)具有較好的高溫性能，因此膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在增強了瀝青高溫性能。

2 瀝青組分與布氏粘度間的關聯(lián)分析

選取同一瀝青的原樣瀝青、RTFOT/PAV 老化后瀝青的粘度作為參考數(shù)列，分別計算老化前后ESSO90#、SK90#、SK70#瀝青粘度與瀝青四組分的關聯(lián)系數(shù)。

在120、135、150、165℃時，對于ESSO90#瀝青、SK90#瀝青、SK70#瀝青，瀝青質(zhì)對瀝青老化前后粘度變化影響最大，膠質(zhì)次之，飽和分、芳香分對粘度影響最小。其原因是，瀝青質(zhì)是強的增稠劑，它在瀝青中的一個重要影響是增強瀝青的粘附性，因此如果要制備粘度較高的瀝青，應該以瀝青質(zhì)含量較高的瀝青為佳。

3 瀝青組分與PG分級相關數(shù)值間的關聯(lián)分析

計算關聯(lián)系數(shù)時，選取同一老化狀態(tài)下的不同瀝青作為參考數(shù)列，分別計算不同瀝青在原樣瀝青、RTFOT/PAV老化后瀝青的DSR、BBR各項指標與瀝青四組分的關聯(lián)系數(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)，在70 ℃時，膠質(zhì)對不同瀝青的抗車轍因子G*/sin（δ）影響最大（單位Pa）。對于瀝青抗疲勞性能，本文比較關心的溫度為■+4℃時的抗疲勞性能，其中 Tg、Td分別為高溫、低溫。針對所選瀝青，即為25 ℃。

在25 ℃時，飽和分對不同瀝青的疲勞因子G*/sin（δ）影響最大（單位KPa），其次為瀝青質(zhì)，再次為膠質(zhì)，芳香分的影響最小。

在低溫環(huán)境下，芳香分對不同瀝青蠕變勁度S的影響最大，其次為瀝青質(zhì)及膠質(zhì)，飽和分的影響最??；飽和分對瀝青蠕變速率m的影響最小。綜上所述，膠質(zhì)對不同瀝青的高溫流變性能影響最大，芳香分對不同瀝青的低溫流變性能影響較大。

4 瀝青組分與瀝青與粗集料粘附性的關聯(lián)分析

為便于分析組分與粘度的關聯(lián)性，本文匯總了瀝青與石灰?guī)r集料粘附性等級與10種國產(chǎn)道路石油瀝青的四組分數(shù)據(jù)，通過關聯(lián)度排序可以看出，瀝青與玄武巖粘附等級的各因素影響程度由高到低排序為：飽和分含量>膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之和>膠質(zhì)含量>芳香分含量>瀝青質(zhì)含量>膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之比，即飽和分含量的影響程度最高。瀝青與石灰?guī)r粘附等級的關聯(lián)度排序為：膠質(zhì)含量>膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之和>芳香分含量>飽和分含量>瀝青質(zhì)含量>膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量比值，即膠質(zhì)含量具有最大的影響程度。

灰關聯(lián)分析結果表明，瀝青與以上兩種集料粘附率的影響因素關聯(lián)度具有相同的排序結果，即對于兩種類型集料，膠質(zhì)含量均對粘附性具有最高的影響程度。同時組分分析理論認為，膠質(zhì)的重要作用在于作為一種膠溶劑，對瀝青與石料的粘附作用起至關重要的作用。因此，膠質(zhì)含量愈多，對瀝青與集料的粘附性影響程度愈高。這表明組分分析理論反映了灰關聯(lián)分析結果的有效性。

從物理化學的角度來分析，瀝青與礦料系統(tǒng)的相互作用是吸附過程，礦質(zhì)集料與瀝青中分子量較大的組分如瀝青質(zhì)和膠質(zhì)具有較強的吸附能力，其吸附量明顯高于芳香分。在瀝青4種組分中，飽和分是非極性物質(zhì)，分子量低，吸附作用較弱，吸附量最。而具有極性或表面活性物質(zhì)較多的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，易于和集料表面的礦物成分發(fā)生極性吸附和化學吸附，且不易脫落。結合灰關聯(lián)分析結果可知，對于不同酸堿性質(zhì)的集料，選擇瀝青時應注意不同組分的比例關系。因此，為了提高瀝青與集料的粘附性，集料類型為堿性時，應選擇膠質(zhì)含量、膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之和較多的瀝青；而集料類型為弱堿性或中性時，則應選擇膠質(zhì)含量、飽和分含量較多的瀝青。

5 結論

（1）通過對瀝青與瀝青四組分的灰色關聯(lián)分析，比較關聯(lián)系數(shù)大小得出：膠質(zhì)對瀝青高溫性能的影響最大，芳香分對瀝青低溫性能影響較大；對瀝青老化前后粘度 變化影響最大，膠質(zhì)次之，飽和分、芳香分對粘度影響較小。

（2）從物理化學的角度并結合灰關聯(lián)分析結果表明，為提高瀝青與集料的粘附性，對于不同酸堿性質(zhì)的集料，選擇瀝青時應注意不同組分的比例關系。集料類型為堿性時，應選擇膠質(zhì)含量、膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量之和較多的瀝青，而集料類型為弱堿性或中性時，應選擇膠質(zhì)含量、飽和分含量較多的瀝青。

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[責任編輯：楊玉潔]