摘 要

巖瀝青中膠質、瀝青質含量較高，用其改性后有助于改善瀝青的高溫性能、粘附性和穩定性，同時巖瀝青是一種天然瀝青，巖瀝青改性技術的研發有利于提高我國瀝青資源利用效率。本文主要針對巖瀝青的化學組成和微觀結構，通過元素分析試驗、四組分分析試驗研究巖瀝青的元素及組分組成，通過紅外光譜試驗、分子量測定試驗研究巖瀝青的微觀結構特征，研究內容可為巖瀝青改性技術的開發提供技術支撐。

關鍵詞 硅烷SiO2 | 改性瀝青 | TG分析 | 作用機理

我國利用國產原油煉制的瀝青多存在瀝青質低、石蠟含量高、膠質多、芳香酚酚少、飽和酚多的特點，不能滿足重載交通石油瀝青的路用性能要求，因而需要大量進口瀝青瀝青網sinoasphalt.com。巖瀝青中膠質、瀝青質含量較高，用其改性后有助于改善瀝青的高溫性能、粘附性和穩定性，同時巖瀝青是一種天然瀝青，巖瀝青改性技術的開發可以提高我國瀝青資源利用效率，其推廣應用在我國具有重要的現實意義。

北美巖瀝青在道路工程的應用較多，研究也較為深入。研究發現，巖瀝青是由許多大分子、極性、多環分子結構的碳氫化合物及其非金屬元素衍生物構成，用其改性可以提高瀝青粘度、軟化點、抗老化能力，降低溫度敏感性。北美巖瀝青在世界范圍得到了廣泛的使用，如美國、澳大利亞、挪威、日本、新加坡、德國、中國等。歐美許多國家的高速公路都使用北美巖瀝青改性瀝青，主要應用于重車車道、城市快速路與主干道、橋面鋪裝等路面。在國內，特立尼達湖瀝青(TLA)使用最早也最廣泛。主要應用于國內主干公路、城市道路、機場跑道與橋梁鋪裝等重點路段，此外，印尼布敦巖瀝青在我國也開始試用，國內的青川巖瀝青、新疆巖瀝青也在多個省份也鋪筑了試驗路。

為了更加全面地掌握巖瀝青性能，本文主要針對巖瀝青的化學組成和微觀結構，通過元素分析試驗、四組分分析試驗研究巖瀝青的元素及組分組成，通過紅外光譜試驗、分子量測定試驗研究巖瀝青的微觀結構，研究成果可為巖瀝青改性技術的開發提供基礎數據支撐。

巖瀝青的元素組成分析

瀝青主要由碳、氫、硫、氮、氧五種元素組成，此外還可能含有微量的鎳、釩、鐵、銅等金屬元素。本節選擇五種不同的巖瀝青，編號分別為A、B、C、D、E，對比組為濱州90#瀝青，試驗中所用設備為美國熱電公司FLASH-EA1112型元素分析儀，試驗分析不同巖瀝青的元素組成，測定結果見表1。

巖瀝青的組分分析

瀝青屬于膠體分散體系，瀝青的許多物理化學性質和使用性能，很大程度上與其膠體性質相關，而瀝青的膠體性質又與其化學組成及結構有著密切的內在聯系。在道路工程中常把瀝青的化學組成分為四組分，即飽和酚、芳香酚、膠質、瀝青質。瀝青中各組分之間的相互關系較為復雜，必須在數量和性質上都能較好的配伍，才能保證瀝青膠體體系的穩定性，使其具有良好的使用性能。通過四組分試驗測試基質瀝青、A巖瀝青和不同摻配比例的改性瀝青四組分，測定結果見表2。

分析試驗數據可知:巖瀝青與基質瀝青的組分差別較大，巖瀝青的飽和酚、芳香酚較低，膠質、瀝青質較高，膠質和瀝青質都是強極性組分，說明巖瀝青本身具有硬度、軟化點高、粘附性好的特性;摻加巖瀝青后瀝青的飽和酚、芳香酚含量降低，膠質、瀝青質含量增多。瀝青質含量增加，會提高瀝青的軟化點和粘度，同時會降低針入度、瀝青溫度敏感性;膠質的增加一方面會導致瀝青感溫性增加，另一方面會增加瀝青的塑性變形能力和與集料的粘附性，表明加入巖瀝青后能明顯提高瀝青的高溫性能和粘附性。

巖瀝青的化學結構與特征分析

紅外光譜試驗

對巖瀝青與濱州90#瀝青的四組分分別進行紅外吸收光譜分析，所用儀器為德國Bruker公司的VECTOR22型布魯克傅立葉紅外光譜儀。圖1~圖3分別為巖瀝青和濱州90#瀝青飽和酚、芳香酚、瀝青質3組分的紅外光譜圖對比。

示，在2923cm^-1附近的強吸收峰是環烷與鏈烷亞甲基C-H的伸縮振動，以及甲基附近的伸縮振動;1714cm^-1處為芳烴共軛雙鍵C=C骨架振動;在1459cm^-1及1376cm^-1附近的強吸收由C-CH3的不對稱鍵和-CH2-對稱鍵引起;726cm^-1的吸收表示芳香核上C-H的面外變形振動吸收。巖瀝青和濱州90#的飽和酚譜圖較為相似。養護管理投稿交流合作加微信627361748巖瀝青樣品在1714cm^-1附近的吸收為-(C=O)-基團引起，表明巖瀝青的飽和酚在經歷了復雜的地球化學過程后，雜原子基團含量比濱州90#的高。

巖瀝青和濱州90#芳香酚的紅外譜圖如圖2所示，在2924cm^-1及2855cm^-1處的強吸收是環烷與鏈烷亞甲基C-H的伸縮振動，以及甲基在2980cm^-1及2895cm^-1處的伸縮振動;在1700cm^-1附近的吸收可能是開鏈C=O結構的特征吸收;1700cm^-1處和1604cm^-1處附近有芳烴共軛雙鍵C=C骨架振動引起的吸收峰;在1456cm^-1及1376cm^-1附近的強吸收是C-CH3的不對稱鍵和-CH2-對稱鍵引起的;1000cm^-1附近的弱吸收峰與芳烴族醚有關;731cm^-1附近的吸收表示芳香核上C-H的面外變形振動吸收，反映芳核上芳氫的振動。

巖瀝青與濱州90#瀝青質的紅外光譜圖如圖3所示，其中3500~3750cm^-1處有N-H或者O-H鍵引起的吸收帶;在3098cm^-1及2878cm^-1處的強吸收是環烷與鏈烷亞甲基C-H的伸縮振動;在1700cm^-1處及1735cm^-1處的吸收可能是開鏈C=O結構的特征吸收，而1735cm^-1處是芳烴基酮的特征吸收，這些吸收峰可用于鑒定瀝青質結構;1601cm^-1-1456cm^-1處是芳環中的C=C雙鍵的伸縮振動峰，巖瀝青的瀝青質吸收峰明顯大于濱州90#瀝青的瀝青質，表明其芳香性更強。

分子量測定試驗

使用美國UIC公司的833型VPO分子量測定儀對巖瀝青和濱州90#的4組分進行分子量測定，分子量測定結果見表3。

從試驗結果可知，巖瀝青和濱州90#瀝青的飽和烴、芳烴和膠質分子量相差不大，而瀝青質的分子量相差較大。由于瀝青質經歷了較為復雜的地球化學過程后，其雜原子含量增加，分子極性大為增強，分子的締合能力大大增強，導致分子量增加。普通瀝青摻加巖瀝青混合后，由于巖瀝青的瀝青質極性較強，它將與基質瀝青的瀝青質也締合到一起，形成較大的膠核，從而改善其粘附性能和溫度穩定性。

結論

本文主要通過元素分析試驗、4組分分析試驗、紅外光譜試驗、分子量測定試驗研究巖瀝青的化學組成及微觀結構特征，具體得到如下結論:

(1)巖瀝青是一種天然產品，由于礦源的不同，其元素組成比例、化學成分有很大的區別。

(2)巖瀝青中雜原子含量明顯高于基質瀝青，氧、氮、硫等雜原子都是較強的極性官能團，使天然巖瀝青具有很強的浸潤性和對自由氧化基的高抵抗性，能在巖石表面產生強吸附力，增大瀝青粘度、抗氧化性，改善瀝青與集料粘附性及抗水剝離性。

(3)天然巖瀝青中膠質、瀝青質含量較高。用其改性后有助于改善瀝青的高溫性能、粘附性和穩定性。

(4)巖瀝青雜原子基團含量高于濱州90#瀝青。尤其是巖瀝青瀝青質，紅外吸收光譜表明其包含N、O、S等的基團數量明顯大于濱州90#瀝青，其芳香性更強。

(5)巖瀝青和濱州90#瀝青的飽和烴、芳香烴和膠質分子量相差較小，而瀝青質的分子量相差非常大。這是由于巖瀝青瀝青質的雜原子含量較多，分子極性大，分子的締合能力增強，導致分子量增加。

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