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，對所使用瀝青進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化合物結(jié)構(gòu)鑒定中的一個重要手段，在有機結(jié)構(gòu)分析，特別是官能團的鑒定方面具有重要作用。紅外光譜是指以波長或波數(shù)為橫坐標，以強度或其他隨波長變化的性質(zhì)為縱坐標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，利用紅外光譜對石油瀝青的測定方法還有待進一步探索和研究。

組成^[1]

石油瀝青的組成結(jié)構(gòu)為：石油瀝青是由各種碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的混合物，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，其中碳氫 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。上世紀九十年代開始，因高速公路的大興土木而對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場跑道建設(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，目前我國尚處于基礎(chǔ)設(shè)施重點建設(shè)的階段，對道路瀝青的需求成長很快。隨著公路等級的不斷升高，對于道路用瀝青的等級要求也同步提高?？傮w發(fā)展趨勢是從普通道路瀝青、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，又擴大了石油瀝青的應(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)：隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，對瀝青（尤其是重交通道路瀝青）的需求呈上升趨勢。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，尤其是各省會城市的市政建設(shè)，包括城市環(huán)線、機場路、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，然而在儲存、運輸、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，目前普遍認為氧化是導(dǎo)致瀝青老化的主要原因。

對于瀝青老化的研究方法可以分為兩類：

類是對一段實際鋪裝路面進行數(shù)年（甚至更長時間）的跟蹤取樣檢測。顯然，這種研究方式非常切合實際，但因其耗時過長不便于項目的開展，只有國外少數(shù)課題組在長期堅持進行此類研究。

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

結(jié)果表明，瀝青老化過程中，黏度的增長并非傳統(tǒng)意義上人們認為的呈指數(shù)型或直線型增長，而是先直線增長，到達某一臨界點后增長速率加快，且臨界點與瀝青種類有關(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定石油瀝青的方法

[2] 我國石油瀝青市場發(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