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原文传递老化对不同原油沥青组成结构和性能影响研究

论文题名：	老化对不同原油沥青组成结构和性能影响研究
关键词：	沥青;组成结构;老化性能;关联性
摘要：	石油沥青以其优良的粘结性能被广泛应用于道路建设。然而，在路面服役过程中，沥青会受到热、光、氧等环境因素的影响而发生老化，导致其性能劣化，从而缩短沥青路面的使用寿命。沥青是以原油为原料而制得的，原油的种类和加工工艺决定了沥青的化学组成和分子结构，而化学组成和分子结构直接影响沥青的老化性能。目前老化对沥青性能的影响已有很多研究，但关于老化对不同原油沥青化学组成、分子结构影响研究较少，因此研究老化对不同原油沥青化学组成和结构及其性能的影响，并建立沥青的分子结构与其物理性能、老化性能的相互关系，对于沥青的生产与应用具有重要的指导意义。　　本文选取由不同原油加工生产的18种道路沥青，先利用凝胶渗透色谱测试了不同沥青的分子量及其分布，再对沥青进行薄膜烘箱老化（TFOT）、压力老化（PAV）和紫外光老化（UV）试验，采用元素分析法、红外光谱法（FTIR）和核磁共振氢谱法（1H-NMR）对老化前后沥青的化学组成结构进行了表征分析，并测试了沥青老化前后的物理性能，研究了老化方式对不同原油沥青的化学组成和结构及其物理性能的影响规律，建立了沥青化学组成结构与其物理性能、老化性能之间的相互关系。主要研究结论如下：　　（1）不同原油的沥青化学组成与结构存在明显差异。18种沥青的C含量介于81%~86%，H含量介于9%~12%，N含量介于0.2%~1%，S含量介于0.8%~7%，O含量介于0.6%~2.5%，氢碳原子比（H/C）介于1.35~1.68，数均分子量介于564~766，亚砜基指数介于0.003~0.019，芳香指数介于0.034~0.111，芳碳率介于0.187~0.368，芳香环数介于1.332~4.241。　　（2）老化对不同原油沥青元素组成有较大影响，表现为在TFOT、PAV、UV老化后，C、H元素含量减少，C含量分别减少了0.01%~0.77%、0.04%~1.43%、0.01%~1.56%，H含量分别减少了0.13%~1.78%、0.35%~2.43%、0.66%~2.70，O元素含量分别增加了8.37%~127.38%、56.49%~217.91%、32.22%~200.75%，H/C值分别降低了1.29%~13.48%、3.97%~19.49%，7.09%~20.81%，沥青的环状结构、芳香环结构增多。　　（3）TFOT、PAV、UV老化对不同原油沥青分子结构的影响有较大差异：在TFOT老化过程中，沥青分子中的芳香环支链变少，芳环结构增加，芳香环上的脂肪长链裂解变短；在PAV老化过程中，沥青的羰基基团增加较多，特别是分子量和芳碳率较小、H/C较大的沥青在老化后所产生的羰基含量更多，受老化影响更为严重，并伴随发生芳构化和缩聚反应、芳香环上的短支链聚合成长链的现象；在UV老化过程中，沥青亚砜基官能团增加的更明显，沥青缩合程度不断增加，而芳香环上的长支链环化，支链变短。　　（4）不同组成结构沥青老化后的物理性能变化有明显差异。分子量、芳碳率、芳香环数较大，H/C较小的沥青老化后软化点增量和粘度比较小、残留针入度和延度比较大，表现出较好的抗老化性能；而分子量、芳碳率、芳香环数较小，H/C较大的沥青在老化后软化点增量和粘度比较大、残留针入度和延度比较小，表现出较差的抗老化性能。　　（5）灰色关联分析表明，沥青组成结构对残留针入度和软化点增量的影响大小依次是：羰基指数＞芳碳率＞芳香环数＞分子量＞H/C＞亚砜基指数＞芳香指数；化学组成结构对粘度比的影响大小依次为：分子量＞羰基指数＞芳香环数＞亚砜基指数＞H/C＞芳碳率＞芳香指数。
作者：	邹阳
专业：	材料科学与工程
导师：	薛理辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022