四组分分析法研究老化改性沥青

单宝龙，孙敬军，高会娟，王 雷，曹 萍

（1. 辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001； 2. 抚顺矿业集团页岩油化工厂，辽宁 抚顺 113001）

随着现代经济的飞速发展，公路与道路都发生了很大的变化[1]。为适应急剧增长的行驶频率和交通流量，缓解公路与道路的交通压力，大多实行分车道单行的政策，这必定要增强路面的流动性，提高路面的弹性和柔性，延长路面的使用寿命。沥青老化是路面发生破坏的重要原因之一，会使路面出现大量的裂缝，解决这一问题的有效方法是对沥青进行改性研究，其中废胶粉改性沥青具有抗裂性、高温稳定性等优点并得到广泛的应用[2-5]。将废胶粉作为道路沥青改性剂的研究在我国已取得进展，具有很好的发展前景[6-9]。橡胶改性沥青在其生产运输过程中，由于高温作用时刻发生着大量的化学变化，因此提高改性沥青的各项性质一直受到了广大的关注[10]。

本实验将辽河油田生产的沥青中加入催化裂化油浆与废胶粉制得改性沥青，然后进行老化试验，考察老化前后四组分变化情况。

1 实验部分

1.1 原料、试剂及仪器

沥青（辽河油田）， 60目胶粉（青岛凯赢橡胶有限公司）， 催化裂化油浆，>500 ℃，（锦西石化分公司），无水乙醇（分析纯，500 mL,沈阳市华东试剂厂），正庚烷（分析纯,天津大茂化学试剂厂），甲苯（分析纯,沈阳市华东试剂厂），三氧化二铝（层析氧化铝<中性>，粒度范围 100~200目，分子量101.96,国药集团）。

S501型超级数显恒温箱（沈阳博大科学仪器有限公司），电阻炉温度控制器（沈阳电炉厂），旋转薄膜烘箱（产于上海昌吉地质仪器有限公司），高速剪切乳化机（产于上海威慷机械电子有限公司）。

沥青的部分性质及技术指标和四组分分析结果见表1，2。

1.2 试样的制备

将加热后沥青加入一定量的橡胶粉与催化裂化油浆中，用高速剪切机作用30 min，老化时间分别为10, 15, 24, 36 h，测定老化后的沥青试样。

1.3 四组分分析方法

先用轻质烃类沉淀出重油中的沥青质，脱沥青部分用中性氧化铝吸附，再用溶剂对不同的三个组分进行冲洗。用正庚烷冲洗出饱和烃，甲苯冲洗出芳香烃，甲苯—乙醇（1∶1）冲洗出胶质，各组分在水浴的基础上赶走大部分溶剂后，再放入真空烘箱中干燥至恒温，最后用重量法计算各组分的质量百分比。

表1 沥青的四组分分析结果Table 1 Four-component analysis of the asphalt

表2 沥青的部分性质及技术指标Table 2 Properties and technology indicators of asphalt

2 结果与讨论

2.1 改性沥青分析实验

在一定的剪切温度下，剪切速率为7 000 r/min，制备催化裂化油浆质量分数为 5%，胶粉质量分数为20%的改性沥青，对其进行四组分分析见表3和表4。

表4 改性沥青的部分性质及技术指标Table 4 Properties and technology indicators of Modified asphalt

由表3和表4可以看出：改性后的沥青饱和分和芳香分有所降低，软化点升高，胶质和沥青质有所增加，沥青针入度降低。这是由于加入改性剂后，改性剂吸附沥青中的芳烃和胶质，使沥青中的沥青质含量增加、沥青中的胶体结构变为溶—凝胶型，这改善了沥青的弹性和稳定性,增加基质沥青的粘结性和流动性等特点。在此基础上,改性剂吸附了基质沥青中的轻质组分发生溶胀，溶胀的改性剂又与沥青中其余组分产生相互作用，从而构成了一种新的结构体系，加之改性剂自身的固有特性而使沥青性能得到更好的改善。

2.2 改性沥青的老化及四组分分析实验

选取催化裂化油浆质量分数为5%，胶粉质量分数为20%的橡胶改性沥青在旋转薄膜烘箱中进行老化实验，考察不同老化时间对改性沥青部分性质的影响。

表5和图1、图2表明：延长老化时间，改性沥青的针入度和延度降低，软化点有所升高，饱和分、芳香分与胶质的含量降低，沥青质含量升高。这是由于改性沥青在老化时间增加的条件下，发生了脱氢缩合、脱烷基等反应，破坏其组成平衡。使胶体体系中沥青质含量不断增加，胶质含量降低，导致胶质分子化学位的平衡被破坏而从沥青质表面脱附，沥青质分子表面上的活性点相互吸引聚集为大颗粒，使极性增强，改性沥青的胶体结构逐步转为凝胶型。

表5 老化改性沥青的部分性质及技术指标Table 5 Properties and technology indicators of aging modified asphalt

图1 老化改性沥青胶质和芳香分随时间变化曲线Fig.1 Variation curve of resins and aromatics in aging modified asphalt with time

图2 老化改性沥青沥青质和饱和分随时间变化曲线Fig.2 Variation curve of asphaltene and saturates in aging modified asphalt with time

2.3 老化前后围观结构分析

对改性沥青老化前后进行SEM检测（图3，4）。

通过对改性沥青老化前后照片的对比可以看出：经老化后的改性沥青出现了明显的裂纹，胶粉产生了明显的聚集。

图3 老化前改性沥青的SEM照片Fig.3 SEM photograph of the modified asphalt before aging

图4 老化后改性沥青的SEM照片Fig.4 SEM photograph of the modified asphalt after aging

3 结束语

（1）添加了催化裂化油浆与橡胶粉的基质沥青在制备过程中饱和分、芳香分减少，胶质与沥青质增加，导致改性沥青的软化点升高，针入度降低。

（2）改性沥青经过老化后，其化学组成与结构发生改变，随着老化时间的增加，软化点升高，针入度和延度降低，饱和分、芳香分与胶质的含量降低，沥青质含量升高。

［1］陈守明，周吉萍，毛宇，等. 橡胶防老剂在 SBS改性沥青中应用研究[J]. 石油沥青，2005，19(3)：30-35.

［2］Iswandaru Widyatmoko，Richard Elliott. Characteristics of elastomeric and plastomeric binders in contact with natural alphalts[J]. Construction and building materials，2008，22：239-249.

［3］Baha V K，Mehmet Yilmaz. The effects of using lime and styrene—butadiene—styrene on moisture sensitivity resistance of hot mix asphalt[J]. Construction and building materials，2009，23：1999-2006.

［4］Corbett I W. Dumbbell mix for better asphalt[J]. Hydrocarbon process，1979，26(4)：173-177.

［5］曹萍，单宝龙，王雷，李丹东，石薇薇，胡杨. 苯乙烯焦油对橡胶改性沥青性能的影响[J]. 精细石油化工，2012，29(2)：77-80.

［6］邹异红，陈守明，陈伟三. 棒状薄层色谱分析仪检测沥青四组分试验方法研究[J]. 石油沥青，2009，23(6)：17-21.

［7］冯新军，郝培文，薜航. SBS改性沥青的相容性研究[J]. 长沙交通学院学报，2007(02)：25-31.

［8］孙大权，吕伟民.苯乙烯丁二烯嵌段共聚物改性沥青热储存稳定性[J].同济大学学报，2002(09)：1064-1067.

［9］曹萍，单宝龙，孙敬军，高会娟，王雷，王洪猛. 橡胶改性沥青的老化及再生[J]. 辽宁石油化工大学学报，2012，32(1)：16-19.

［10］朱梦良，何立平. 高温储存时 SBS改性沥青性能的衰变[J]. 湖南交通科技，2002(04)：39-41.