行業(yè)知識(shí)包 | 瀝青分子量及其分布與短期熱老化性能的關(guān)聯(lián)性研究發(fā)表時(shí)間：2025-10-25 16:29 摘 要 對(duì)6種不同原油加工生產(chǎn)的70＃瀝青進(jìn)行了薄膜烘箱(TFOT)老化，測(cè)試了老化前后瀝青的分子量及其分布以及物理性能，對(duì)其分子量及其分布與短期熱老化性能的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：6種瀝青的數(shù)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瀝青，TFOT老化后的分子量及其分布增加越明顯。瀝青的分子量及其分布與其物理性能的變化呈現(xiàn)良好的相關(guān)性。瀝青的分子量及其分布越大，老化后的軟化點(diǎn)增量和黏度老化指數(shù)越小，延度保留率越大。 關(guān)鍵詞 瀝青 | 分子量及其分布 | 老化 | 物理性能 | 關(guān)聯(lián)性 瀝青路面具有行駛舒適、養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路[1，2]。然而，由于受到光、熱、氧等作用，瀝青在混合料拌和、鋪裝和使用過(guò)程中均會(huì)發(fā)生老化，導(dǎo)致性能下降，從而危害行車安全。老化對(duì)瀝青性能的影響已有較多研究［3-5]。高桂海[6]對(duì)5種瀝青分別進(jìn)行了短期老化和長(zhǎng)期老化，發(fā)現(xiàn)老化使瀝青的軟化點(diǎn)升高、針入度和延度降低，高溫抗變形能力得到增強(qiáng)，但低溫抗裂性能下降。張恒龍等[7]研究了長(zhǎng)期老化對(duì)瀝青流變性能的影響，結(jié)果表明老化使瀝青的復(fù)數(shù)模量升高，相位角降低。由于瀝青老化過(guò)程中分子結(jié)構(gòu)的變化是導(dǎo)致其性能變化的內(nèi)因，因此，研究瀝青分子結(jié)構(gòu)與其老化性能之間的關(guān)系具有重要的意義。 瀝青是由不同結(jié)構(gòu)化合物組成的混合物，分子量及其分布作為其分子結(jié)構(gòu)的重要屬性，在一定程度上決定了瀝青的性能。努爾古麗[8]研究了采用不同原油所生產(chǎn)的瀝青的分子量及其分布與軟化點(diǎn)和黏度的關(guān)系。結(jié)果表明瀝青的平均分子量越大，則軟化點(diǎn)越高、黏度越大。馬峰[9]采用天然瀝青對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)隨著天然瀝青摻量的增加，改性瀝青的重均分子量和數(shù)均分子量逐漸增大，瀝青的針入度減小，軟化點(diǎn)升高，黏度增大，高溫穩(wěn)定性得到改善。盡管目前對(duì)瀝青分子量及其分布與其性能之間的相關(guān)性已開(kāi)展了一些研究，但瀝青分子量及其分布與其老化性能之間關(guān)聯(lián)性研究尚很少。 本文選取6種不同原油加工生產(chǎn)的70＃瀝青，采用薄膜烘箱試驗(yàn)(TFOT)對(duì)其進(jìn)行了短期熱老化，利用凝膠滲透色譜(GPC)測(cè)定了老化前后瀝青的分子星及其分布，并測(cè)試了老化前后瀝青的軟化點(diǎn)、針入度和黏度，探討了瀝青的分子量及其分布與短期熱老化性能的之間的關(guān)系。 1、試驗(yàn)部分 1.1原材料 6種不同原油加工生產(chǎn)的70＃瀝青的物理性能、油源和加工工藝如表1所示。  1.2短期熱老化試驗(yàn) 按照GB/T5304-2001《石油瀝青薄膜烘箱試驗(yàn)法》對(duì)瀝青進(jìn)行TFOT老化試驗(yàn)。 1.3分子量及其分布測(cè)試 采用美國(guó)沃特世有限公司1515型凝膠滲透色譜儀(GPC)測(cè)試?yán)匣昂鬄r青的分子量及其分布。測(cè)試前，使用四氫呋喃對(duì)瀝青樣品進(jìn)行溶解，試樣濃度為3.0mg/mL，過(guò)濾后采用微量注射器抽取80μL試樣進(jìn)行測(cè)試；測(cè)試時(shí)，采用四氫呋喃作為流動(dòng)相，保持流速為1.0ml/min。 1.4物理性能測(cè)試 分別按GB/T4507-2014《瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定法環(huán)球法》、GB/T4508-2010《瀝青延度測(cè)定法》、GB/T4509-2010《瀝青針入度測(cè)定法》以及NB/SH/T0739-2014《瀝青高溫黏度測(cè)定法旋轉(zhuǎn)黏度儀法》測(cè)試瀝青老化前后的軟化點(diǎn)、延度、針入度和黏度。以軟化點(diǎn)增量、延度保留率、殘留針入度比和黏度老化指數(shù)評(píng)價(jià)基質(zhì)瀝青老化的程度，計(jì)算式如下：  2、結(jié)果與討論 2.1TFOT老化前后瀝青的分子量及其分布 圖1為6種瀝青老化前的分子量分布曲線。由圖1可知，6種瀝青的分子量從小至大依次為A、B、C、D、E、F，分子量分布寬度從小至大的順序?yàn)椋篈、B、D、C、E、F。圖2為6種瀝青老化后的分子量分布曲線。從圖2可見(jiàn)，老化后6種瀝青的最大分子量分布曲線峰均向右移動(dòng)，峰高降低，峰寬變大，表現(xiàn)為老化后瀝青分子量變大，分子量分布變寬。  表2為依據(jù)GPC圖譜而得出的6種瀝青老化前后的數(shù)均分子量、重均分子量及分子量分布。由表2可知，原樣瀝青A的分子量最小，其數(shù)均分子量、重均分子量和分子量分布分別為564、678和1.20，原樣瀝青F的分子量及其分布均最大，其數(shù)均分子量、重均分子量和分子量分布分別為736、1012和1.38。瀝青A和F的數(shù)均分子量、重均分子量和分子量分布分別相差30.5%、49.3％和15%。表3反映了6種瀝青TFOT老化后分子量及其分布的變化率。從表3可見(jiàn)，瀝青A數(shù)均分子量、重均分子量以及分子量分布的變化率最大，分別為66.7%、174.3％以及65.0%，瀝青F數(shù)均分子量、重均分子量以及分子量分布的變化率最小，分別為36.0%、83.9％以及34.8%。由此可見(jiàn)，分子量越小的瀝青，老化后其分子量變化越大；分子量分布越小的瀝青，老化后其分子量分布變化也越大。  2.2短期熱老化對(duì)瀝青物理性能的影晌 圖3為6種瀝青TFOT老化后軟化點(diǎn)的增量。從圖3可見(jiàn)，6種瀝青短期老化后的軟化點(diǎn)增量存在較大差異，瀝青A的軟化點(diǎn)增加最多，達(dá)到8℃，瀝青F的軟化點(diǎn)增加最少，為6.2℃。圖4為6種瀝青TFOT老化后的10℃延度保留率。從圖4可以看出，6種瀝青短期老化后延度保留率也有很大差異，其中瀝青A的延度保留率最小，僅為13.81%，而瀝青F的延度保留率達(dá)到了20.28%。圖5為6種瀝青TFOT老化后殘留針入度比。圖5表明，瀝青D的殘留針入度比最大(73%），瀝青E和瀝青A也分別達(dá)到了72％和70%，瀝青F的殘留針入度比最小，僅為64%。圖6反映了6種瀝青TFOT后的135℃黏度老化指數(shù)。從圖6可以看出，6種瀝青的黏度老化指數(shù)表現(xiàn)出很大差異，其中瀝青F的黏度老化指數(shù)僅為58%，而瀝青A的黏度老化指數(shù)則高達(dá)128%。綜合比較6種瀝青TFOT老化后的物理性能變化情況，抗老化性能的排序?yàn)椋篎和E>D>C>B>A。   2.3瀝青分子量及其分布與其短期熱老化性能的相關(guān)性分析 采用線性回歸擬合對(duì)瀝青老化前后分子量及其分布變化率與TFOT老化性能的相關(guān)性進(jìn)行了分析，線性擬合曲線及擬合方程示于圖7~10。由圖可知，瀝青數(shù)均分子量變化率、重均分子量變化率和分子量分布變化率與軟化點(diǎn)增量、10℃延度保留率和135℃黏度老化指數(shù)存在良好的關(guān)聯(lián)性，其相關(guān)系數(shù)都在0.85以上，但與殘留針入度比的相關(guān)性很差。瀝青數(shù)均分子量或重均分子量及其分布的升高幅度越大，軟化點(diǎn)增量和黏度老化指數(shù)越大，延度保留率越小。   3、結(jié)論 對(duì)6種不同原油加工生產(chǎn)的70＃瀝青進(jìn)行了TFOT老化，測(cè)試了TFOT老化前后瀝青的分子量及其分布以及物理性能，并利用線性回歸分析了瀝青分子量及其分布與老化性能的關(guān)聯(lián)性。主要結(jié)論如下： (1)6種瀝青的分子量及其分布由小至大依次為A、B、C、D、E和F，其中瀝青A和F的數(shù)均分子量、重均分子量和分子量分布分別相差30.5%、49.3％和15%。TFOT老化后，6種瀝青的分子量及其分布的差異明顯減小，分子量及其分布越小的瀝青，老化后的分子量及其分布變化越大。 (2)TFOT老化后，分子量及其分布越小的瀝青，其軟化點(diǎn)增量和黏度老化指數(shù)越大，延度保留率最小，而6種瀝青殘留針入度比則為D>E>A>C>B>F。 (3)6種瀝青的數(shù)均分子量變化率、重均分子量變化率或分子量分布變化率與其軟化點(diǎn)增量、延度保留率和黏度老化指數(shù)的關(guān)聯(lián)性系數(shù)均在0.85以上，而與殘留針入度比的關(guān)聯(lián)性很差。  聲明 / 文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò).若有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除. |
