瀝青組分對瀝青性能影響的關聯分析

黃志勇

【摘 要】瀝青性能的差異取決于瀝青的化學組成，在進行瀝青性能的研究中，期待得到一種瀝青組分與性能之間的關聯，本文分析幾種瀝青組分與性能之間的關聯程度，以確定影響瀝青性能的關鍵因素。分別以瀝青的針入度、軟化點、延度、粘度、PG分級相關數值作為參考數列，以瀝青質、飽和分、芳香分、膠質作為比較數列，應用關聯度計算軟件，計算四組分對瀝青性能的關聯系數。

【關鍵詞】瀝青；組分；性能

1 瀝青組分與三大指標間的關聯分析

選取同一瀝青的原樣瀝青、RTFOT/PAV老化后瀝青的針入度、軟化點、延度為參考數列，分別計算老化前后ESSO90#、SK90#、SK70#瀝青三大指標與瀝青四組分的關聯系數。

研究發現，飽和分、芳香分對瀝青老化前后針入度影響最大，其次是膠質，瀝青質的影響最小；膠質對瀝青老化前后軟化點變化影響最大，瀝青質次之，飽和分、芳香分的影響最小；飽和分、芳香分對瀝青老化前后延度影響最大，其次是膠質，瀝青質影響最小。這表明，膠質、瀝青質對瀝青高溫性能影響較大，飽和分、芳香分對瀝青低溫性能的影響較大。其原因是，飽和分是強的增塑劑，在瀝青中主要使瀝青質——膠質塑化，因此飽和分對瀝青針入度及延度的影響較大。膠質、瀝青質具有較好的高溫性能，因此膠質、瀝青質的存在增強了瀝青高溫性能。

2 瀝青組分與布氏粘度間的關聯分析

選取同一瀝青的原樣瀝青、RTFOT/PAV 老化后瀝青的粘度作為參考數列，分別計算老化前后ESSO90#、SK90#、SK70#瀝青粘度與瀝青四組分的關聯系數。

在120、135、150、165℃時，對于ESSO90#瀝青、SK90#瀝青、SK70#瀝青，瀝青質對瀝青老化前后粘度變化影響最大，膠質次之，飽和分、芳香分對粘度影響最小。其原因是，瀝青質是強的增稠劑，它在瀝青中的一個重要影響是增強瀝青的粘附性，因此如果要制備粘度較高的瀝青，應該以瀝青質含量較高的瀝青為佳。

3 瀝青組分與PG分級相關數值間的關聯分析

計算關聯系數時，選取同一老化狀態下的不同瀝青作為參考數列，分別計算不同瀝青在原樣瀝青、RTFOT/PAV老化后瀝青的DSR、BBR各項指標與瀝青四組分的關聯系數。

研究發現，在70 ℃時，膠質對不同瀝青的抗車轍因子G*/sin（δ）影響最大（單位Pa）。對于瀝青抗疲勞性能，本文比較關心的溫度為■+4℃時的抗疲勞性能，其中 Tg、Td分別為高溫、低溫。針對所選瀝青，即為25 ℃。

在25 ℃時，飽和分對不同瀝青的疲勞因子G*/sin（δ）影響最大（單位KPa），其次為瀝青質，再次為膠質，芳香分的影響最小。

在低溫環境下，芳香分對不同瀝青蠕變勁度S的影響最大，其次為瀝青質及膠質，飽和分的影響最小；飽和分對瀝青蠕變速率m的影響最小。綜上所述，膠質對不同瀝青的高溫流變性能影響最大，芳香分對不同瀝青的低溫流變性能影響較大。

4 瀝青組分與瀝青與粗集料粘附性的關聯分析

為便于分析組分與粘度的關聯性，本文匯總了瀝青與石灰巖集料粘附性等級與10種國產道路石油瀝青的四組分數據，通過關聯度排序可以看出，瀝青與玄武巖粘附等級的各因素影響程度由高到低排序為：飽和分含量>膠質與瀝青質含量之和>膠質含量>芳香分含量>瀝青質含量>膠質與瀝青質含量之比，即飽和分含量的影響程度最高。瀝青與石灰巖粘附等級的關聯度排序為：膠質含量>膠質與瀝青質含量之和>芳香分含量>飽和分含量>瀝青質含量>膠質與瀝青質含量比值，即膠質含量具有最大的影響程度。

灰關聯分析結果表明，瀝青與以上兩種集料粘附率的影響因素關聯度具有相同的排序結果，即對于兩種類型集料，膠質含量均對粘附性具有最高的影響程度。同時組分分析理論認為，膠質的重要作用在于作為一種膠溶劑，對瀝青與石料的粘附作用起至關重要的作用。因此，膠質含量愈多，對瀝青與集料的粘附性影響程度愈高。這表明組分分析理論反映了灰關聯分析結果的有效性。

從物理化學的角度來分析，瀝青與礦料系統的相互作用是吸附過程，礦質集料與瀝青中分子量較大的組分如瀝青質和膠質具有較強的吸附能力，其吸附量明顯高于芳香分。在瀝青4種組分中，飽和分是非極性物質，分子量低，吸附作用較弱，吸附量最。而具有極性或表面活性物質較多的膠質和瀝青質，易于和集料表面的礦物成分發生極性吸附和化學吸附，且不易脫落。結合灰關聯分析結果可知，對于不同酸堿性質的集料，選擇瀝青時應注意不同組分的比例關系。因此，為了提高瀝青與集料的粘附性，集料類型為堿性時，應選擇膠質含量、膠質與瀝青質含量之和較多的瀝青；而集料類型為弱堿性或中性時，則應選擇膠質含量、飽和分含量較多的瀝青。

5 結論

（1）通過對瀝青與瀝青四組分的灰色關聯分析，比較關聯系數大小得出：膠質對瀝青高溫性能的影響最大，芳香分對瀝青低溫性能影響較大；對瀝青老化前后粘度 變化影響最大，膠質次之，飽和分、芳香分對粘度影響較小。

（2）從物理化學的角度并結合灰關聯分析結果表明，為提高瀝青與集料的粘附性，對于不同酸堿性質的集料，選擇瀝青時應注意不同組分的比例關系。集料類型為堿性時，應選擇膠質含量、膠質與瀝青質含量之和較多的瀝青，而集料類型為弱堿性或中性時，應選擇膠質含量、飽和分含量較多的瀝青。

【參考文獻】

[1]高山松.瀝青組成對其粘度影響的灰色關聯分析[J].石油瀝青，2008，22（2）：66-68.

[2]李立寒.瀝青性能指標之間的關聯程度分析[J].石油瀝青，2000，14（3）：6-10.

[3]李波，韓森，徐鷗明，等.基于主成分分析法的瀝青路面使用性能評價[J].長安大學學報：自然科學版，2009，29（3）：15-18.

[4]高彥麗，李其祥，向東棟，等.復合改性瀝青組分與性能的灰色關聯分析[J].湖北大學學報：自然科學版，2011，33（2）：178-181.

[責任編輯：楊玉潔]