行业知识包 | 沥青分子量及其分布与短期热老化性能的关联性研究发表时间：2025-10-25 16:29 摘 要 对6种不同原油加工生产的70＃沥青进行了薄膜烘箱(TFOT)老化，测试了老化前后沥青的分子量及其分布以及物理性能，对其分子量及其分布与短期热老化性能的关联性进行了分析。结果表明：6种沥青的数均分子量介于564-736，重均分子量介于678~1012，分子量分布介于1.20~1.38。分子量及其分布越小的沥青，TFOT老化后的分子量及其分布增加越明显。沥青的分子量及其分布与其物理性能的变化呈现良好的相关性。沥青的分子量及其分布越大，老化后的软化点增量和黏度老化指数越小，延度保留率越大。 关键词 沥青 | 分子量及其分布 | 老化 | 物理性能 | 关联性 沥青路面具有行驶舒适、养护方便等优点，已被广泛应用于高等级公路[1，2]。然而，由于受到光、热、氧等作用，沥青在混合料拌和、铺装和使用过程中均会发生老化，导致性能下降，从而危害行车安全。老化对沥青性能的影响已有较多研究［3-5]。高桂海[6]对5种沥青分别进行了短期老化和长期老化，发现老化使沥青的软化点升高、针入度和延度降低，高温抗变形能力得到增强，但低温抗裂性能下降。张恒龙等[7]研究了长期老化对沥青流变性能的影响，结果表明老化使沥青的复数模量升高，相位角降低。由于沥青老化过程中分子结构的变化是导致其性能变化的内因，因此，研究沥青分子结构与其老化性能之间的关系具有重要的意义。 沥青是由不同结构化合物组成的混合物，分子量及其分布作为其分子结构的重要属性，在一定程度上决定了沥青的性能。努尔古丽[8]研究了采用不同原油所生产的沥青的分子量及其分布与软化点和黏度的关系。结果表明沥青的平均分子量越大，则软化点越高、黏度越大。马峰[9]采用天然沥青对基质沥青进行改性，发现随着天然沥青掺量的增加，改性沥青的重均分子量和数均分子量逐渐增大，沥青的针入度减小，软化点升高，黏度增大，高温稳定性得到改善。尽管目前对沥青分子量及其分布与其性能之间的相关性已开展了一些研究，但沥青分子量及其分布与其老化性能之间关联性研究尚很少。 本文选取6种不同原油加工生产的70＃沥青，采用薄膜烘箱试验(TFOT)对其进行了短期热老化，利用凝胶渗透色谱(GPC)测定了老化前后沥青的分子星及其分布，并测试了老化前后沥青的软化点、针入度和黏度，探讨了沥青的分子量及其分布与短期热老化性能的之间的关系。 1、试验部分 1.1原材料 6种不同原油加工生产的70＃沥青的物理性能、油源和加工工艺如表1所示。  1.2短期热老化试验 按照GB/T5304-2001《石油沥青薄膜烘箱试验法》对沥青进行TFOT老化试验。 1.3分子量及其分布测试 采用美国沃特世有限公司1515型凝胶渗透色谱仪(GPC)测试老化前后沥青的分子量及其分布。测试前，使用四氢呋喃对沥青样品进行溶解，试样浓度为3.0mg/mL，过滤后采用微量注射器抽取80µL试样进行测试；测试时，采用四氢呋喃作为流动相，保持流速为1.0ml/min。 1.4物理性能测试 分别按GB/T4507-2014《沥青软化点测定法环球法》、GB/T4508-2010《沥青延度测定法》、GB/T4509-2010《沥青针入度测定法》以及NB/SH/T0739-2014《沥青高温黏度测定法旋转黏度仪法》测试沥青老化前后的软化点、延度、针入度和黏度。以软化点增量、延度保留率、残留针入度比和黏度老化指数评价基质沥青老化的程度，计算式如下：  2、结果与讨论 2.1TFOT老化前后沥青的分子量及其分布 图1为6种沥青老化前的分子量分布曲线。由图1可知，6种沥青的分子量从小至大依次为A、B、C、D、E、F，分子量分布宽度从小至大的顺序为：A、B、D、C、E、F。图2为6种沥青老化后的分子量分布曲线。从图2可见，老化后6种沥青的最大分子量分布曲线峰均向右移动，峰高降低，峰宽变大，表现为老化后沥青分子量变大，分子量分布变宽。  表2为依据GPC图谱而得出的6种沥青老化前后的数均分子量、重均分子量及分子量分布。由表2可知，原样沥青A的分子量最小，其数均分子量、重均分子量和分子量分布分别为564、678和1.20，原样沥青F的分子量及其分布均最大，其数均分子量、重均分子量和分子量分布分别为736、1012和1.38。沥青A和F的数均分子量、重均分子量和分子量分布分别相差30.5%、49.3％和15%。表3反映了6种沥青TFOT老化后分子量及其分布的变化率。从表3可见，沥青A数均分子量、重均分子量以及分子量分布的变化率最大，分别为66.7%、174.3％以及65.0%，沥青F数均分子量、重均分子量以及分子量分布的变化率最小，分别为36.0%、83.9％以及34.8%。由此可见，分子量越小的沥青，老化后其分子量变化越大；分子量分布越小的沥青，老化后其分子量分布变化也越大。  2.2短期热老化对沥青物理性能的影晌 图3为6种沥青TFOT老化后软化点的增量。从图3可见，6种沥青短期老化后的软化点增量存在较大差异，沥青A的软化点增加最多，达到8℃，沥青F的软化点增加最少，为6.2℃。图4为6种沥青TFOT老化后的10℃延度保留率。从图4可以看出，6种沥青短期老化后延度保留率也有很大差异，其中沥青A的延度保留率最小，仅为13.81%，而沥青F的延度保留率达到了20.28%。图5为6种沥青TFOT老化后残留针入度比。图5表明，沥青D的残留针入度比最大(73%），沥青E和沥青A也分别达到了72％和70%，沥青F的残留针入度比最小，仅为64%。图6反映了6种沥青TFOT后的135℃黏度老化指数。从图6可以看出，6种沥青的黏度老化指数表现出很大差异，其中沥青F的黏度老化指数仅为58%，而沥青A的黏度老化指数则高达128%。综合比较6种沥青TFOT老化后的物理性能变化情况，抗老化性能的排序为：F和E>D>C>B>A。   2.3沥青分子量及其分布与其短期热老化性能的相关性分析 采用线性回归拟合对沥青老化前后分子量及其分布变化率与TFOT老化性能的相关性进行了分析，线性拟合曲线及拟合方程示于图7~10。由图可知，沥青数均分子量变化率、重均分子量变化率和分子量分布变化率与软化点增量、10℃延度保留率和135℃黏度老化指数存在良好的关联性，其相关系数都在0.85以上，但与残留针入度比的相关性很差。沥青数均分子量或重均分子量及其分布的升高幅度越大，软化点增量和黏度老化指数越大，延度保留率越小。   3、结论 对6种不同原油加工生产的70＃沥青进行了TFOT老化，测试了TFOT老化前后沥青的分子量及其分布以及物理性能，并利用线性回归分析了沥青分子量及其分布与老化性能的关联性。主要结论如下： (1)6种沥青的分子量及其分布由小至大依次为A、B、C、D、E和F，其中沥青A和F的数均分子量、重均分子量和分子量分布分别相差30.5%、49.3％和15%。TFOT老化后，6种沥青的分子量及其分布的差异明显减小，分子量及其分布越小的沥青，老化后的分子量及其分布变化越大。 (2)TFOT老化后，分子量及其分布越小的沥青，其软化点增量和黏度老化指数越大，延度保留率最小，而6种沥青残留针入度比则为D>E>A>C>B>F。 (3)6种沥青的数均分子量变化率、重均分子量变化率或分子量分布变化率与其软化点增量、延度保留率和黏度老化指数的关联性系数均在0.85以上，而与残留针入度比的关联性很差。  声明 / 文章来源于网络.若有侵权,请联系删除. |
