石油沥青的化学组分

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第288页（2335字）

石油沥青是由多种化合物组成的混合物，由于它的结构复杂性，将其分离为纯粹的化合物单体，目前分析技术还有很大的难度。因此，现在仍致力于沥青“化学组分”的分析研究。石油沥青的化学组分，许多研究者曾提出不同的分析方法，以美国的L．R．哈巴尔德和K．E．斯坦费尔德三组分分析法较为成熟。

石油沥青的三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和地沥青质三个组分。由于我国富产石蜡基或中间基沥青，在油分中往往含有石蜡，所以在分析时还应将油蜡分离。由于这一组分分析方法，是兼用了选择性溶解和选择性吸附的方法，所以又称为溶解－吸附法。

(一)石油沥青的元素组成

经化学成分分析表明：石油沥青是由多种高分子碳氢化合物及其非金属(氧、硫、氮)的衍生物组成的复杂混合物。所以，石油沥青的主要成分是碳和氢，碳占80%～87%，氢约占10%～15%，其余为少量的氧、硫、氮等，约占3%左右。另外，还含有一些微量的金属元素，如镍、钒、铁、锰、钙、镁、钠等，但含量均极少。

(二)石油沥青的化学组分

1．油分

油分是石油沥青中最轻的组分，在常温下为淡黄色至红褐色的黏性液体，分子量约为100～500，密度约为0．70～1．00g／cm³，含量大约为40%～60%，能溶于大多数有机溶剂(如丙酮、苯、三氯甲烷等)，但不溶于酒精。油分是决定沥青流动性的组分。

2．树脂

树脂又称沥青脂胶，在常温下为黄色至黑褐色的黏稠状半固体，分子量为600～1000，密度为1．0～1．1g／cm³，其含量大约为15%～30%。树脂中绝大多数属于中性树脂，中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂。

树脂中还有少量的酸性树脂，其含量大约为10%以下，是油分氧化后的产物，具有一定的酸性，它易溶于酒精、氯仿，是沥青中的表面活性物质，它可以提高沥青与矿物材料的粘结力。树脂是决定沥青塑性和粘结性的组分。

3．地沥青质

地沥青质是深褐色至黑褐色的无定形固体粉末，是石油沥青中最重的组分，其分子量为1000～6000，密度为1．1～1．5g／cm³，含量大约为10%～30%，能溶于二硫化碳、氯仿和苯，但不溶于汽油和酒精。地沥青质是决定沥青黏性和温度稳定性的组分，其含量越多，石油沥青的温度敏感性越小，黏性越大，也越脆硬。

除上述三种主要组分外，石油沥青中还有少量的沥青碳或似碳物，均为无定形的黑色固体粉末，分子量最大，但其含量很少，一般仅为2%～3%。它们是在沥青加工过程中，由于过热或深度氧化脱氢而生成的。沥青碳或似碳物是石油沥青中的有害物质，会降低沥青的粘结性和塑性。

此外，石油沥青中还含有石蜡。石蜡在沥青中会降低沥青的黏性和塑性，同时增加沥青的温度敏感性，所以石蜡是石油沥青中的有害成分。

石油沥青中的各组分是不稳定的，在阳光、热、氧气、水等外界因素的作用下，密度小的组分会逐渐转化为密度大的组分，油分和树脂的含量逐渐减少，地沥青质的含量逐渐增多，这一过程称为沥青的老化。沥青老化后，其流动性、塑性降低，脆性增加，易发生脆裂甚至松散，使沥青失去防水、防腐的作用。

(三)石油沥青的结构

在石油沥青的胶体结构中，油分和树脂是可以互相溶解的，树脂能浸润地沥青质，在地沥青质超细颗粒的表面形成树脂薄膜。所以，石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分的互溶物而构成胶团，无数胶团分散在油分中形成胶体结构。

石油沥青中的各组分相对含量不同，所形成的胶体结构也不同，一般可为溶胶结构、凝胶结构和溶－凝胶结构。

1．溶胶结构

溶胶结构中油分和树脂含量较多，胶团间的距离较大，引力较小，相对移动比较容易，此时所形成的沥青结构称为溶胶结构。此种结构沥青的特点是流动性、塑性和温度敏感性大，黏性较小，开裂后自行愈合的能力强。

2．凝胶结构

凝胶结构中地沥青质含量较多，胶团较多。胶团间的距离较小，引力较大，相对移动比较困难，此时所形成的沥青结构称为凝胶结构。此种结构沥青的特点是黏性大，而塑性和温度敏感性小，开裂后自行愈合的能力差。

3．溶－凝胶结构

溶－凝胶结构沥青中地沥青质含量适宜，胶团间的距离比较近，相互有一定的引力，形成介于溶胶结构和凝胶结构二者之间的结构，称为溶－凝胶结构。此种结构沥青的特点介于溶胶结构沥青和凝胶结构沥青之间。道路石油沥青多属于此种结构。