沥青组分对沥青性能影响的关联分析

黄志勇

【摘 要】沥青性能的差异取决于沥青的化学组成，在进行沥青性能的研究中，期待得到一种沥青组分与性能之间的关联，本文分析几种沥青组分与性能之间的关联程度，以确定影响沥青性能的关键因素。分别以沥青的针入度、软化点、延度、粘度、PG分级相关数值作为参考数列，以沥青质、饱和分、芳香分、胶质作为比较数列，应用关联度计算软件，计算四组分对沥青性能的关联系数。

【关键词】沥青；组分；性能

1 沥青组分与三大指标间的关联分析

选取同一沥青的原样沥青、RTFOT/PAV老化后沥青的针入度、软化点、延度为参考数列，分别计算老化前后ESSO90#、SK90#、SK70#沥青三大指标与沥青四组分的关联系数。

研究发现，饱和分、芳香分对沥青老化前后针入度影响最大，其次是胶质，沥青质的影响最小；胶质对沥青老化前后软化点变化影响最大，沥青质次之，饱和分、芳香分的影响最小；饱和分、芳香分对沥青老化前后延度影响最大，其次是胶质，沥青质影响最小。这表明，胶质、沥青质对沥青高温性能影响较大，饱和分、芳香分对沥青低温性能的影响较大。其原因是，饱和分是强的增塑剂，在沥青中主要使沥青质——胶质塑化，因此饱和分对沥青针入度及延度的影响较大。胶质、沥青质具有较好的高温性能，因此胶质、沥青质的存在增强了沥青高温性能。

2 沥青组分与布氏粘度间的关联分析

选取同一沥青的原样沥青、RTFOT/PAV 老化后沥青的粘度作为参考数列，分别计算老化前后ESSO90#、SK90#、SK70#沥青粘度与沥青四组分的关联系数。

在120、135、150、165℃时，对于ESSO90#沥青、SK90#沥青、SK70#沥青，沥青质对沥青老化前后粘度变化影响最大，胶质次之，饱和分、芳香分对粘度影响最小。其原因是，沥青质是强的增稠剂，它在沥青中的一个重要影响是增强沥青的粘附性，因此如果要制备粘度较高的沥青，应该以沥青质含量较高的沥青为佳。

3 沥青组分与PG分级相关数值间的关联分析

计算关联系数时，选取同一老化状态下的不同沥青作为参考数列，分别计算不同沥青在原样沥青、RTFOT/PAV老化后沥青的DSR、BBR各项指标与沥青四组分的关联系数。

研究发现，在70 ℃时，胶质对不同沥青的抗车辙因子G*/sin（δ）影响最大（单位Pa）。对于沥青抗疲劳性能，本文比较关心的温度为■+4℃时的抗疲劳性能，其中 Tg、Td分别为高温、低温。针对所选沥青，即为25 ℃。

在25 ℃时，饱和分对不同沥青的疲劳因子G*/sin（δ）影响最大（单位KPa），其次为沥青质，再次为胶质，芳香分的影响最小。

在低温环境下，芳香分对不同沥青蠕变劲度S的影响最大，其次为沥青质及胶质，饱和分的影响最小；饱和分对沥青蠕变速率m的影响最小。综上所述，胶质对不同沥青的高温流变性能影响最大，芳香分对不同沥青的低温流变性能影响较大。

4 沥青组分与沥青与粗集料粘附性的关联分析

为便于分析组分与粘度的关联性，本文汇总了沥青与石灰岩集料粘附性等级与10种国产道路石油沥青的四组分数据，通过关联度排序可以看出，沥青与玄武岩粘附等级的各因素影响程度由高到低排序为：饱和分含量>胶质与沥青质含量之和>胶质含量>芳香分含量>沥青质含量>胶质与沥青质含量之比，即饱和分含量的影响程度最高。沥青与石灰岩粘附等级的关联度排序为：胶质含量>胶质与沥青质含量之和>芳香分含量>饱和分含量>沥青质含量>胶质与沥青质含量比值，即胶质含量具有最大的影响程度。

灰关联分析结果表明，沥青与以上两种集料粘附率的影响因素关联度具有相同的排序结果，即对于两种类型集料，胶质含量均对粘附性具有最高的影响程度。同时组分分析理论认为，胶质的重要作用在于作为一种胶溶剂，对沥青与石料的粘附作用起至关重要的作用。因此，胶质含量愈多，对沥青与集料的粘附性影响程度愈高。这表明组分分析理论反映了灰关联分析结果的有效性。

从物理化学的角度来分析，沥青与矿料系统的相互作用是吸附过程，矿质集料与沥青中分子量较大的组分如沥青质和胶质具有较强的吸附能力，其吸附量明显高于芳香分。在沥青4种组分中，饱和分是非极性物质，分子量低，吸附作用较弱，吸附量最。而具有极性或表面活性物质较多的胶质和沥青质，易于和集料表面的矿物成分发生极性吸附和化学吸附，且不易脱落。结合灰关联分析结果可知，对于不同酸碱性质的集料，选择沥青时应注意不同组分的比例关系。因此，为了提高沥青与集料的粘附性，集料类型为碱性时，应选择胶质含量、胶质与沥青质含量之和较多的沥青；而集料类型为弱碱性或中性时，则应选择胶质含量、饱和分含量较多的沥青。

5 结论

（1）通过对沥青与沥青四组分的灰色关联分析，比较关联系数大小得出：胶质对沥青高温性能的影响最大，芳香分对沥青低温性能影响较大；对沥青老化前后粘度 变化影响最大，胶质次之，饱和分、芳香分对粘度影响较小。

（2）从物理化学的角度并结合灰关联分析结果表明，为提高沥青与集料的粘附性，对于不同酸碱性质的集料，选择沥青时应注意不同组分的比例关系。集料类型为碱性时，应选择胶质含量、胶质与沥青质含量之和较多的沥青，而集料类型为弱碱性或中性时，应选择胶质含量、饱和分含量较多的沥青。

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[责任编辑：杨玉洁]