背景及概述^[1][2]

石油瀝青具有優(yōu)良的可塑性和粘結(jié)性，資源豐富，價(jià)格低廉，用作道路鋪裝材料有著悠久的歷史。隨著高速公路的發(fā)展，石油瀝青的使用量也越來越大。由于瀝青組成的復(fù)雜，對(duì)所使用瀝青進(jìn)行分析是目前比較困難的工作。近十幾年來，紅外光譜在瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中受到了一定程度的關(guān)注，成為最常用的微觀分析方法之一。紅外光譜分析是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定中的一個(gè)重要手段，在有機(jī)結(jié)構(gòu)分析，特別是官能團(tuán)的鑒定方面具有重要作用。紅外光譜是指以波長(zhǎng)或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以強(qiáng)度或其他隨波長(zhǎng)變化的性質(zhì)為縱坐標(biāo)所得到的反映紅外射線與物質(zhì)相互作用的譜圖。但是，現(xiàn)有研究及應(yīng)用表明，關(guān)于石油瀝青的紅外光譜譜圖資料甚少，因此，利用紅外光譜對(duì)石油瀝青的測(cè)定方法還有待進(jìn)一步探索和研究。

組成^[1]

石油瀝青的組成結(jié)構(gòu)為：石油瀝青是由各種碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的混合物，化學(xué)組主要是碳 (80％?87％)，氫(10％?15％)，其次是氧、硫、氮。石油瀝青化學(xué)組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中碳?xì)?比(C/H)在一定程度上能夠說明烴類基屬含量的大致比例，從而間接反映石油瀝青化學(xué)組 成結(jié)構(gòu)的概貌?，F(xiàn)有技術(shù)尚難將瀝青的組成化分為純粹的化合物，目前常用的四組分分析將瀝青的組成分為瀝青質(zhì)、飽和分、環(huán)烷芳香分、極性芳香分。石油瀝青結(jié)構(gòu)以瀝青質(zhì)為膠核，膠質(zhì)包裹瀝青質(zhì)形成膠團(tuán)分散在輕質(zhì)油分中。

應(yīng)用^[2-3]

以石油瀝青需求的種類來看，過去主要是以普通道路瀝青以及建筑瀝青為主。上世紀(jì)九十年代開始，因高速公路的大興土木而對(duì)重交通道路瀝青的需求量大增。到2010 年，石油瀝青需求量為2200 萬噸，其中道路瀝青約2000 萬噸（其中重交通道路瀝青約為1800 萬噸），建筑用瀝青約100 萬噸，其他用途需求的瀝青約為100 萬噸。我國(guó)石油瀝青需求主要集中于道路建設(shè)上，約占總需求量的80% 以上，其中公路建設(shè)用量，城市市政建設(shè)次之，另外還有部分道路瀝青用于機(jī)場(chǎng)跑道建設(shè)及碼頭建設(shè)。

1）公路建設(shè)：公路建設(shè)是瀝青需求領(lǐng)域，目前我國(guó)尚處于基礎(chǔ)設(shè)施重點(diǎn)建設(shè)的階段，對(duì)道路瀝青的需求成長(zhǎng)很快。隨著公路等級(jí)的不斷升高，對(duì)于道路用瀝青的等級(jí)要求也同步提高?？傮w發(fā)展趨勢(shì)是從普通道路瀝青、重交通道路瀝青，再到改性瀝青。通過有機(jī)瀝青乳化劑制成的乳化石油瀝青，徹底改變了石油瀝青必須熱施工的施工方法，可在晝夜溫差大、潮濕的環(huán)境中冷施工，既可保證施工質(zhì)量，又?jǐn)U大了石油瀝青的應(yīng)用范圍，因此近年來備受關(guān)注，發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于保護(hù)填方路堤邊坡、建筑屋面及洞庫防水、金屬材料表面防腐、沙漠固沙、及鐵路整體道床、鋪筑路面等多種工程領(lǐng)域。

2）城市市政建設(shè)：隨著我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展，對(duì)瀝青（尤其是重交通道路瀝青）的需求呈上升趨勢(shì)。各大型城市瀝青需求中，重交通道路用瀝青的比重越來越大，尤其是各省會(huì)城市的市政建設(shè)，包括城市環(huán)線、機(jī)場(chǎng)路、城市中心街道等重要路段均使用重交通道路用瀝青或改性瀝青。

老化研究^[4]

石油瀝青具有良好的粘結(jié)性能，是目前應(yīng)用最廣泛的路面材料，然而在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、施工及路面服務(wù)過程中，受環(huán)境因素影響，瀝青內(nèi)部將發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化，最終使其硬化變脆，即發(fā)生老化，造成路面開裂等不良后果。路面瀝青老化過程中發(fā)生的物理、化學(xué)變化主要有輕組分的揮發(fā)、油分的滲透流失、氧化反應(yīng)、縮合反應(yīng)等，目前普遍認(rèn)為氧化是導(dǎo)致瀝青老化的主要原因。

對(duì)于瀝青老化的研究方法可以分為兩類：

類是對(duì)一段實(shí)際鋪裝路面進(jìn)行數(shù)年（甚至更長(zhǎng)時(shí)間）的跟蹤取樣檢測(cè)。顯然，這種研究方式非常切合實(shí)際，但因其耗時(shí)過長(zhǎng)不便于項(xiàng)目的開展，只有國(guó)外少數(shù)課題組在長(zhǎng)期堅(jiān)持進(jìn)行此類研究。

第二類是對(duì)老化過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬，即通過人工控制溫度、濕度、氧氣流量等條件對(duì)瀝青老化進(jìn)行加速，而后取樣表征。人們采用此法對(duì)瀝青的老化現(xiàn)象進(jìn)行了許多研究，　有研究采用旋轉(zhuǎn)薄膜加熱老化試驗(yàn)，對(duì)4種不同牌號(hào)的瀝青進(jìn)了熱氧老化模擬，對(duì)瀝青老化前后的各項(xiàng)基本性能進(jìn)行了表征，并對(duì)其老化性能與化學(xué)組成之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)探討。

結(jié)果表明，瀝青老化過程中，黏度的增長(zhǎng)并非傳統(tǒng)意義上人們認(rèn)為的呈指數(shù)型或直線型增長(zhǎng)，而是先直線增長(zhǎng)，到達(dá)某一臨界點(diǎn)后增長(zhǎng)速率加快，且臨界點(diǎn)與瀝青種類有關(guān)。膠體不穩(wěn)定指數(shù)Ｉｃ與瀝青的老化性能存在密切關(guān)聯(lián)，Ｉｃ越大的瀝青，老化后性能變化越大。瀝青的軟化點(diǎn)與黏度都與瀝青的數(shù)均分子量及膠體結(jié)構(gòu)有關(guān)，而針入度與度的變化則與瀝青中輕組分的關(guān)系較密切。S元素含量影響瀝青的老化過程，S含量大的瀝青，老化前后針入度變化小。

主要參考資料

[1] CN201110389814.5 一種利用石油瀝青的紅外光譜圖測(cè)定石油瀝青的方法

[2] 我國(guó)石油瀝青市場(chǎng)發(fā)展研究

[3] CN201510416891.3 一種塑性粘土乳化石油瀝青及其應(yīng)用

[4] 石油瀝青老化性能與其化學(xué)組成的關(guān)系新探討