高压对天然沥青结构组成演变的影响
浅析沥青流变性及其影响因素
在高速公路建设如火如荼的今天，沥青路面里程与日俱增，沥青在高速公路的路面使用性能、服务寿命中起着举足轻重的作用。
沥青是一种粘弹性物质，具有一定的流变性质，尤其是在高温季节，加之行车荷载的作用，沥青的流变性对沥青路面的性能具有重大影响。
抗流变性能差的沥青路面将很容易形成车辙、推移等病害，严重缩短高速公路的使用寿命。
2沥青及改性沥青的流变性2.1沥青流变性沥青具有强烈依赖温度的流变性能，其流变性受沥青各个组分（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）之间物理一化学相互作用的制约。
饱和分主要由正构烷烃、异构烷烃和环烷烃组成，其平均相对分子质量在500〜800之间，芳香分主要是一些带环烷和长链烷基的芳香烃，平均相对分子质量在800〜1000之间，胶质也称极性芳烃，平均相对分子质量在1300〜1800之间，沥青质是沥青胶体体系的核心，平均相对分子质量在数千到一万之间，是高度缩合的芳香烃。
沥青中高分子量的成分比重越大，则流变性越差。
2.2改性沥青流变性SBS改性沥青是目前国内外应用最广泛的聚合物改性沥青，由于能同时改善沥青的高低温性能且价格便宜，因此在道路改性沥青中占有很大的份额。
但SBS 改性沥青在流变性质方面存在非常复杂的变化，其粘度和软化点的变化幅度较大，这种现象在其它改性沥青（如PE、EVA、SBR改性沥青）中很少见。
对其中一些现象国外已有所报道，但并未作深入研究，由此导致了许多不同的观点，阻碍了对SBS改性沥青的深入研究和正确评价。
改性沥青的流变性具有两个显著特点，一是变化复杂，二是影响因素众多。
（1）SBS改性沥青流变性质的复杂变化SBS改性沥青的流变性质易受到各种因素的影响，如基质沥青、改性剂种类、改性剂掺量（为改性剂质量与沥青质量之比）、SBS的性质、改性沥青制作的混合时间、温度及存贮过程等，并且这些因素对改性沥青的软化点会产生20〜30C的影响，而这些因素对其它聚合物改性沥青软化点的影响则要小得多，基本在5C以下，一般不超过10C。
《2024年极端气候下沥青路面破坏机理与修复技术研究》范文
《极端气候下沥青路面破坏机理与修复技术研究》篇一一、引言随着全球气候的极端化趋势加剧，极端气候对基础设施，尤其是沥青路面的破坏日益显著。
本文旨在深入探讨极端气候下沥青路面的破坏机理，并研究有效的修复技术，以提升道路的耐久性和使用寿命。
二、极端气候下沥青路面的破坏机理1. 高温破坏在高温环境下，沥青路面容易发生软化、变形和车辙现象。
高温导致沥青材料的黏度降低，使其丧失了对集料的黏结能力，从而使得路面表面出现坑槽和裂痕。
2. 低温收缩裂痕在低温条件下，沥青材料呈现刚性增加、脆性增强的特点，容易因温度变化而发生收缩裂痕。
这些裂痕会逐渐扩展，导致路面结构层的破坏。
3. 水损害极端气候下的降雨、融雪等水份侵入沥青路面，会在路面内部形成渗水通道，加剧沥青与集料的分离，进而引发剥落和坑槽等现象。
三、沥青路面修复技术研究1. 材料优化采用高性能的沥青结合料和集料，通过优化沥青的配方，增强其抗高温、抗低温以及抗水损害的能力。
此外，利用新型的改性沥青材料，如橡胶沥青、聚合物改性沥青等，也能有效提升路面的耐久性。
2. 裂痕处理技术对于已经出现的裂痕，可采用热修补技术、冷补料填充或使用特殊胶黏剂进行修复。
同时，使用压力灌浆技术可以填补基层的微小裂痕，避免水分侵入。
3. 排水系统强化通过改善路面的排水设计，增加排水设施，如设置排水沟、增设横坡等，以减少水份在路面滞留的时间和范围，从而降低水损害的风险。
4. 养护与维护策略建立完善的养护与维护制度，定期对路面进行检查和维修。
在极端天气来临前进行预防性养护，如喷洒防滑剂、涂抹防水剂等，以增强路面的耐久性。
四、结论极端气候下的沥青路面破坏是一个复杂而严峻的问题，需要从多个角度进行研究和应对。
通过材料优化、裂痕处理技术、排水系统强化以及养护与维护策略的综合应用，可以有效减缓沥青路面的破坏速度，延长其使用寿命。
同时，还需加强科研力度，开发更为先进的修复技术和材料，以适应日益严峻的极端气候环境。
结构参数变化对沥青路面设计影响分析
根据笔者多年沥青路面设计经验 ， 现将 路面结构及
图ｌ路 面结构及参数选择
路面结构参数选取介绍如下 ， 计算荷载采用 Ｂ Ｚ Ｚ ． １ ０ ０双 圆轮载 ， 在其它结构参数不变情况下研究某一结构层敏 感性 ， 在沥青路面设计 中通常沥青层弹性模 量变化取值 范 围在 ８ ０ ０～１ ６ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ 之 间， 沥青层厚 度变化取值在 １ ５
强度 同时也是路面结构设计主要参数 。对于沥青路面 通过分析各个结构层 材料 的回弹模量 变化 、 结 构层厚
沥青 面 层 ｈ ｌ ＝ １ ５ ｅ ｍ，Ｅ １ ＝ １ ２ ０ ０ ＭＰ ａ
２ １ ． ３ ｃ ｍ １ ０ ． ６ ５ｃ ｍ ２ １ ． ３ ｃ ｍ
度变化分别对路表 弯沉值及 土基顶 面弯沉值 的影 响 ，
…
－
－
Ｅ１ －Ｉ ６ ｏ ０ —． ＿ ＿ －１ ３ Ｏ ０
一
＋＿ 皿 ＝１ ５ ０ ＋ －９ ０ ０
—
． ＿ －Ｅ２ ＝１ ７ ０ ０
一
仍 ＝１ ２ ０ ０
１ ５ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 底基层 厚度 为 ２ ５ ｃ ｍ， 弹性模 量为 ９ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 土
Ｅ１ ＝８ ０ ０ Ｅ１ ＝１ ４ ０ ０
—
… －
Ｅ１ ＝１ ０ ０ ０
——Βιβλιοθήκη — 一Ｅ１ ＝１ ２ ０ ０ Ｅ ３ － ６ Ｏ ０
…
一
面路面结构及其 参数取值 为沥青面层 １ ５ ｃ ｍ， 弹性模量
为 １ ２ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 半 刚性 基 层 厚 度 ２ ５ ｃ ｍ， 弹 性 模 量 为
安全。
【 关键词 】 路表弯沉 ； 结构参数 ； 土基 回弹模量 【 中图分 类号】 Ｕ ４ １ ６ ． ２ １ ７ 【 文献标识码 】 Ｂ
高温与重载对沥青路面的影响
对于路桥结构的破坏作用的最小化。
因此，路桥接合过渡段的施工会对整个路桥工程的质量高低产生影响。
结合以上了解了路桥过渡段施工中的几个主要的技术形式。
对于搭板操作的重点就是，台板之间的固定情况，在操作技术的选择上，通常都是采用与竖直方向的移动相协调，同时还可以把应力转移的水平锚固形式的技术。
在进行枕梁安置时，必须要参考工程施工的具体环境来确定。
而平台填筑的技术要点是，要以工程的实际要求与环境限制来选用适合的合成材料，以及压实程度。
压实工序也是需要认真考虑的技术方面，在路桥的施工中，通常适合利用体积偏小的机器来进行压实的操作，厚度的要求一般都在10公分左右。
而在排水操作的技术控制上，首先需要注意的，就是管路与路桥基础的处理，要以工程的具体要求为基础，在地基中的粘土层上开挖双向坡，在这之后，在进行一些防水材料的铺设以及填埋，必须要注意将出水品安置在路桥的基础之外，排水工程所需要利用到的管材要严格控制其质量。
路桥施工的质量控制路桥工程项目的质量保证体系建立质量控制是保证路桥工程施工能够得到最优成果的保证，要使路桥工程的质量管理能够顺利有效的进行，就要建立一整套的工程质量目标以及责任制度。
首先就要在国家的ISO9001标准的规定下进行质量目标的确立，它是整个工程施工过程的技术选择和质量管理的重心。
一经确立后，路桥工程的所有工作就都要围绕其进行开展和运转。
在工程的施工过程中，为了使质量目标达到标准的完成程度，就要进行全面的和定期的检查。
需要进行专门的人员配置来进行对工程技术以及质量完成情况的监督工作。
同时，在项目经理部门和工程的施工队伍中，要建立健全完整的、高效的自我管理体系，来保证工程的质量达标。
要认真考查整个工程的重要位置和容易出现质量问题的环节，然后作出有针对性的方案，对其进行技术管理和质量管理要点的设立。
对工程操作过程中，必须要进行严格的自我检查监督、相互检查监督和专职人员检查监督的三方管理体系。
对于每一次的检查结果，都要形成书面的材料进行记录。
《2024年极端气候下沥青路面破坏机理与修复技术研究》范文
《极端气候下沥青路面破坏机理与修复技术研究》篇一一、引言随着全球气候变化的加剧，极端气候事件频发，对道路基础设施，特别是沥青路面的破坏问题日益严重。
了解沥青路面的破坏机理，并研究有效的修复技术，对于保障道路安全、延长路面使用寿命具有重要意义。
本文将探讨极端气候下沥青路面的破坏机理，并就修复技术进行深入研究。
二、沥青路面破坏机理1. 水损害在极端降雨等气候条件下，水分容易渗透到沥青路面的缝隙中，形成动水压力，导致路面结构松散、龟裂。
长期的水损害将加速路面的破坏。
2. 温度裂缝高温导致沥青软化，粘结力下降；低温则使沥青变硬变脆，易产生裂缝。
温度的极端变化将导致沥青路面的热胀冷缩，产生温度裂缝。
3. 疲劳破坏在交通荷载的长期作用下，沥青路面会出现累积的微小变形，当变形达到一定程度时，路面结构将发生疲劳破坏。
三、修复技术研究1. 材料选择与改进为提高沥青路面的耐久性，应选择耐高温、抗水损害的优质沥青材料。
同时，通过添加橡胶、塑料等高分子材料，改善沥青的粘结性和弹性，提高其抗裂性能。
2. 裂缝修复技术针对沥青路面的裂缝问题，可采用热熔补缝、压力灌缝等方法进行修复。
热熔补缝是通过加热沥青混合料填充裂缝；压力灌缝则是将特殊的高分子材料通过高压设备灌入裂缝中，以达到修复效果。
3. 预防性养护技术预防性养护技术是减少沥青路面破坏的有效途径。
如采用稀浆封层、微表处治等技术对路面进行封堵和加固，以延缓路面的老化速度。
此外，定期对路面进行清洁和涂刷防水材料，以提高其抗水损害能力。
四、研究展望未来研究应注重以下几个方面：一是进一步优化沥青材料的性能，提高其耐久性和抗裂性能；二是研究新型的修复技术，如利用纳米技术改善沥青的性能；三是加强预防性养护技术的应用研究，提高道路的维护水平。
同时，应注重跨学科交叉研究，整合材料科学、工程力学、环境科学等领域的最新研究成果，为沥青路面的修复提供更有效的技术支持。
五、结论极端气候下沥青路面的破坏是一个复杂的问题，涉及到材料性能、环境因素、交通荷载等多个方面。
沥青路面结构组成(详细解读)
沥青路面结构组成（详细解读）一、组织结构（一）基本结构1．城镇沥青路面结构由面层、基层和路基（水泥路面多垫层）组成，层间结合必须紧密稳定，以保证结构的整体性和应力传递的连续性。
大部分道路结构组成是多层次的，但层数不宜过多。
2．行车载荷和自然因素对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱；对路面材料的强度、刚度和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。
各结构层的材料回弹模量应自上而下递减，基层材料与面层材料的回弹模量比应≥0.3；土基与基层（或底基层）的回弹模量比宜为0.08～0.4。
3．按使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同，在路基顶面采用不同规格和要求的材料分别铺设基层和面层等结构层。
4．面层、基层的结构类型及厚度应与交通量相适应。
交通量大、轴载重时，应采用高等级面层与强度较高的结合料稳定类材料基层。
5．基层的结构类型可分为柔性基层、半刚性基层；在半刚性基层上铺筑面层时，城市主干路、快速路应适当加厚面层或（+土工布）采取其他措施以减轻反射裂缝。
（判定刚性非刚性的指标：弯沉值）柔性基层：带沥青的、级配形式的——弯沉大，主控项目测弯沉半刚性基层：水泥、石灰稳定形式的——弯沉大，主控项目测弯沉刚性基层：水泥混凝土、钢筋混凝土——弯沉很小，主控项目不测弯沉（二）路基与填料1．路基分类从材料上，路基可分为土方路基、石方路基、特殊土路基。
路基断面形式有：路堤——路基顶面高于原地面的填方路基；路堑——全部由地面开挖出的路基（又分全路堑、半路堑、半山峒三种形式）；半填、半挖——横断面一侧为挖方，另一侧为填方的路基。
土方路基 石方路基特殊土路基(湿陷性腹胀土冻土等)半填半挖2．路基填料高液限黏土、高液限粉土及含有机质细粒土，不适用做路基填料。
因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。
地下水位高时，宜提高路基顶面标高。
在设计标高受限制，未能达到中湿状态的路基临界高度时，应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细粒土做路基填料。
17、环境因素对沥青路面的影响,在沥青路面设计时如何考虑材料及结构设计的影响？
17、环境因素对沥青路面的影响，在沥青路面设计时如何考虑材料及结构设计的影响？环境因素对沥青路面的影响主要包含温度、水、冻融、大气中的空气和阳光以及盐渍土等方面。
1、温度的影响温度主要包括高温、低温，温度的骤然下降以及温差过大等方面。
在高温条件和荷载作用下，沥青路面会产生变形，形成车辙、推移等病害。
如果得不到及时、恰当的处理，病害将进一步恶化，影响沥青路面使用寿命。
在低温条件下，沥青的黏滞性增高，强度增大，变形能力降低，此时易出现脆性破坏。
如产生裂缝或发展成网裂等病害。
骤然降温使得土基与基层的收缩变形不能很好的保持一致，使得基层产生开裂现象，进而发展成反射裂缝。
温差包括日温差和年温差。
昼夜温差大，就会使路面长期经受反复的膨胀和收缩，使物质内部的组织结构发生变化，从而产生裂缝；冬季气温下降引起沥青路面或基层因不均匀收缩而产生裂缝。
2、水的影响水的影响主要包括地面水的渗透、地下水以及大气降水和蒸发等方面。
地面水的渗透使得路面及空隙不再干燥，经受交通荷载和温度胀缩的反复作用下，一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上，引起沥青和石料界面粘附性降低；另一方面由于水分的浸泡或动水压力等的作用，沥青膜渐渐从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力损失而发生的路面破坏。
地下水在毛细作用和冻融作用下，使得水分向路面迁移，大气降水和蒸发使得路基内部产生温度差异，水会以液态火气态等方式移动和聚集，从而改变路基的湿度状态；由路基强度和稳定性不足易造成不均匀沉降。
进而产生麻面、剥离、掉粒、松散、坑槽等病害。
3、冻融的影响冻融包括冻胀和融沉。
冻融作用使得在低温时，路面表面冻结，下层的水汽向表面移动并凝结，高温时路面迅速增温，表面融化，路面反复进行着融冻和湿干交替作用，在荷载作用下路面易产生应力疲劳，从而产生裂缝，加速破坏。
4、大气中空气和阳光的影响空气和阳光等大气因素可以引起沥青路面的老化，使沥青丧失黏塑性。
使得路面变得脆硬、干涩、暗淡而无光泽，抗磨性能降低，在行车荷载作用下相继出现松散、裂缝以至大片龟裂。
沥青混合料的级配设计原则与方法
沥青混合料的级配设计原则与方法王林宋树喜山东省交通科学研究所山东省烟台市交通局质检站1 引言近年来，随着对高等级沥青路面技术的进一步研究，对于路面沥青混合料的认识提高逐渐提高。
特别是近年来国际上一些先进的设计方法和设计理念的引进，为我们在沥青混合料的设计方面注入了新的活力。
以往许多认识的误区正进一步得到澄清，对路面沥青混合料的研究与认识己经进入了一个崭新的阶段。
以往对沥青混合料的级配选择问题的认识就是许多误区中的一个，我们逐渐认识到，对于沥青混合料的级配选择不再是千篇一律地选择级配范围的中值，而是根据路面的运输和气候条件和集料的自身特性进行优化选择。
正在修订的公路沥青路面施工技术规范和公路沥青路面设计规范也将级配的选择作为重要的修订内容。
在这种前提条件下对进行沥青混合料设计的工程技术人员提出了更高要求，需要对沥青混合料的级配性质充分认识，做到有的放矢。
本文将笔者近年来对沥青混合料级配的学习和研究的认识加以阐述，以抛砖引玉。
沥青路面的使用性能很大程度上取决于沥青混合料的体积特性和压实特性。
一般认为，如果路面沥青混合料的压实稳定性差，使用过程中空隙率过小容易出现车辙和泛油现象，而路面空隙率过大也容易出现水损、老化和失稳现象。
沥青混合料在一定压实条件下的体积特性由矿料的体积特性和沥青胶结料的含量和性质确定。
矿料的体积特性直观地反映在一定压实条件下的矿料间隙率VMA 的变化。
影响矿料体积特性的主要因素有：矿料的级配、矿料材质的硬度、表面纹理、颗粒的形状、压实条件。
级配是指沥青混合料中矿料不同粒径的分布，一般采用各个筛孔的通过率表示。
它是沥青混合料中矿料的最重要特性，几乎影响到沥青混合料的几乎所有重要特性，包括劲度、稳定性、耐久性、渗水性、施工和易性、抗疲劳能力、抗滑能力甚至抗开裂能力。
根据美国沥青路面协会NAPA的资料指出，对于高压力作用下的沥青混合料，如果是一个稳定的混合料，高温车辙的抗力80％是由集料骨架结构提供的，其余的20％是由沥青胶结料提供。
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① 湖北省自然科学基金(2000J023)和国家九五科技攻关项目(962111203204和962110202204201)共同资助收稿日期:2001209213 收修改稿日期:2001211214文章编号:100020550(2002)0320499206高压对天然沥青结构组成演变的影响①高志农 胡华中(武汉大学化学与分子科学学院 武汉 430072)摘 要 实验室模拟研究表明,高压(800～1000atm )在适中温度(300～500℃)下可加速碳酸盐岩中天然沥青的结构演化,使其结构排列形式更加紧密规整,从而导致沥青反射率(R b )值大幅提高,R b 值及结构参数(碳原子面网间距d 002、结晶核大小、芳环层数N C 、芳香度f a 等)明显超出了其所经历的真实热演化程度。
然而其化学组成与分布,特别是生物标志化合物则保持着与真实热力作用相当的演化特征。
这种特殊的地球化学性质,不同于热演化沥青等任何已报道成因类型的沥青,是所谓“热压演化沥青”所特有的,因而也是该类沥青的辨别标志。
关键词 热压演化沥青 模拟实验 结构组成 高压第一作者简介 高志农 男 1961年出生 博士 副教授 有机地球化学 天然高分子化学中图分类号 P593 TE122.1 文献标识码 A1 引言天然沥青在含油气盆地特别是其碳酸盐岩地层中产出普遍,蕴藏着丰富的地质信息。
其反射率(R b )数值由于直接决定于本身结构的规整程度而与热演化密切相连,是标定碳酸盐有机质热演化程度的重要参数〔1～4〕;作为石油与天然气的伴生产物,天然沥青是寻找油气藏的标志〔1,2〕;运移沥青还是油气生成与运移的标志,并可用之计算油气生成与运移的地质时间〔5〕。
无论把R b 用作演化指标,还是用之推测油气生成及运移的地质时间,都是基于有机质成熟度、温度及地质时间三者之间的定量关系来实现的。
然而,越来越多的研究显示,R b 值不仅受控于温度和时间,还会受到沥青成因类型的影响〔6〕。
目前,对生油岩中原沥青的成因尚有不同的认识〔7〕。
我们也曾在广西十万大山盆地下三叠统碳酸盐岩地层中发现了一种特殊的原生-同层非均质结晶沥青,其结构紧密规整,R b 值甚高,但其化学组成(包括生物标志化合物)却呈现出低得多的热演化特征〔8〕,无法将其划归入任何已报导的沥青成因类型。
在排除了不同原油来源、异常热源与构造运动、常规的后期替变等因素后,推测其为地下高压和适中地温共同作用的结果〔8〕。
尽管尚未见到地层高压对天然沥青形成和演变影响的文献报导,但煤、泥碳等样品的室内外研究明确揭示,压力确实也是控制盆地地层中有机质化学动力学行为的一个重要因素〔9～11〕。
对自然界实例的观察和分析,应该是研究压力效应的最好途径,但其实例很难寻找与确认,影响难以识别,因而有必要开展实验室模拟研究。
2 实验与测试2.1 天然沥青样品模拟样品为广西十万大山盆地下三叠统碳酸盐岩中低成熟的原生—同层热演化均质沥青(其R b 值及生物标志物等一致反映出低成熟度),其基本结构组成特征见表1～3。
富含沥青的大块岩样被分成七等份制成直径为8mm (与高压釜腔对应)、高10mm 的园柱体作模拟实验用。
从表面观察,各圆柱体样品中沥青大约占体积的40%。
2.2 模拟实验柱体样品在蒸馏水中浸泡一昼夜后,按设定的温度、压力(表1)分别进行常压或加压增温平行模拟实验。
常压实验样品在氮气环境下封入10cm ×15mm的石英管内(管两端拉成毛细管以便其内部保持1atm ),然后放入马弗炉中加热,96小时后取出自然冷却;高压模拟实验是在活塞圆筒高压釜内进行的。
该机械高压釜利用高压泵产生和传输高压液体,最高可同时达到1200atm 、700℃。
腔内温度由调节外电加热圈电压控制,并在高压实验前对测试点温度进行描点作曲线校正,腔内压力由校正的弹簧管压力表直接读出活塞压力后换算而成。
因变形和摩擦引起的压力损失及压力引起的温度误差忽视不计。
柱体样品放入釜体后加入少许蒸馏水至样品淹没,然后密封将空气除净,升温加压至设定的模拟条件。
实验采用“逐渐加第20卷 第3期2002年9月 沉积学报ACTA SEDIMEN TOLO GICA SIN ICA Vol.20No.3Sept.2002压法”先加压至所需压力,再加热至所需温度,96小时后停止加热,“淬火”至室温,最后卸压。
2.3 样品测试从各实验岩样中剥离沥青,并用稀盐酸清洗样品,再用蒸馏水洗至中性,晾干作分析测试。
(1) X射线衍射分析:日本理学D/max2rA型X 射线衍射仪,X光管铜靶和镍滤波片,Cu Ka的波长λ=0.154nm,检测工作电压50kV,X光管电流80 mA,时间常数2s,扫描速度8°/min,衍射角2θ由3°至72°;(2) 热解—气相色谱/质谱联机:美国CDS122瞬间热解器与美国菲里根4510型四极气相色谱/质谱(GC/MS)联用。
热解温度为600℃,升温速率60℃/ min,热解持续时间6min,用冷阱收集热解产物再送入毛细管色谱。
色谱柱为SE254(50m×0.24mm),柱温为30～300℃,升温速率6～8℃/min,分流比34∶1,N2载气。
质谱扫描范围为42～500,离子源温度250℃,扫描速度1秒,倍增器电压1350V;(3) 固体13C—核磁共振波谱分析:瑞士Beuker MSL2300核磁共振仪,采用交叉极化(CP)与魔角自旋(MAS)技术测定。
碳13的工作频率为75.46MHz,取氨基乙酸的羧基13C(174.04ppm)为化学位移的外标,测试样置于Al2O3样品管内,工作转速4kHz,旋转轴与静磁场之间魔角大小及磁场均匀度是以使氨基乙酸标样中羧基的信号峰宽达到最小进行调整的;(4) 其它测试仪器:美国尼高力F T2IR170SX 红外光谱仪(K Br压片法),美国PE240B型元素自动分析仪,德国莱茨MPV23显微分光光度计,日本理学D T230B差热分析仪等。
碳原子面网间距(d002)、碳网垂向直径(L c)、碳网横向直径(L a)、芳香度(f a)及芳环层数(N C)等数值均来源于X衍射分析结果,其计算公式及处理过程见参考文献12。
此外,取一部分经稀盐酸清洗晾干的沥青样品,用少许分析纯氯仿浸泡一天,并间断加热(50℃左右)搅拌,过滤后提取液经小型硅胶/氧化铝色层柱分离,率先用正己烷获得的无色饱和烃馏分用于GC/ MS分析,仪器及操作条件同上述2(不包括其热解部分)。
3 结果与讨论3.1 实验结果模拟实验(表1,图1、2)揭示,不但温度升高能使沥青的结构发生演变,而且高压亦会引起其演化加深。
分别比较1、2号样品,3、4、5号样品或6、7号样品,在同一模拟温度下由于高压的参与,沥青的结构参数(d002、f a、L C、L a、N C等数值)变化明显,结构变得更规整,芳香结构增多,H/C原子比及700℃时的热失重量(即其中的烃类裂解和基团的失去等)逐渐降低,导致其R b值明显增大。
从固体13C-核磁共振谱图(图1)可看出,相同温度下高压与常压模拟样品相比,其芳环碳所占比例增加,120×10-6左右的吸收谱带明显增大,链烃碳(20×10-6左右)相对下降,脂环碳吸收峰(约40×10-6)逐渐明显。
这些特征与仅提高模拟温度所呈现出的变化相一致(比较原始样和1、3、6号样)。
红外光谱图(图2)上也明显反映出,无论是杂原子基团吸收谱带(1700cm-1,1000～1300cm-1,3200～3600cm-1等)还是链烃吸收谱峰(2950cm-1,2860cm-1,1460cm-1,1380cm-1, 720cm-1),随着温度或压力的增加都会相应降低,而芳烃吸收峰(1600cm-1,730～900cm-1, 3030cm-1,3050cm-1)则相应增大。
当然也可用相应的峰比值(如I1460/I1600等)反映这一变化。
从3、4、5号样品的结果来看,同一温度下压力越高,其结构和R b值变化越大,据此推测当压力变低时其影响变小,乃至降低到一定压力时可能看不出其影响作用。
原始样与1、3、6号样品之间的相应变化仅为温度的影响结果。
而当温度升高,压力对沥青结构和R b 值的影响变得愈来愈显著。
如在300℃下,1000atm表1 原始沥青和模拟产物的测试数据T able1 The analytical d ata of original natural bitumen and simulation bitumen products 样号模拟实验条件H/C总失重量d002晶核大小N C f a R b原子比/%/nm Lc/nm La/nm/%/% 0含沥青灰岩 1.14227.290.358 2.412 3.001 6.7464.1 1.141300℃,1atm 1.12721.080.357 2.426 3.017 6.8064.8 1.162300℃,1000atm0.99920.900.352 2.459 3.086 6.9966.2 1.223400℃,1atm0.91120.520.352 2.461 3.087 6.9969.7 1.374400℃,800atm0.89420.430.349 2.492 3.1147.1470.3 1.525400℃,1000atm0.85820.340.345 2.545 3.1817.3872.1 1.686500℃,1atm0.82418.910.348 2.523 3.1387.2572.3 1.617500℃,1000atm0.81318.650.340 2.591 3.2387.6275.2 1.98 R b的分析误差大约±0.01(%)005 沉 积 学 报 第20卷(a)原始样品;(b)1号模拟产物;(c)2号模拟产物;(d)3号模拟产物;(e)4号模拟产物;(f)5号模拟产物;(g)6号模拟产物;(h)7号模拟产物图1 沥青样品的固体13C2NMR谱图Fig.1 S olid13C2NMR spectrum charts ofnatural and simulation bitumens与1atm模拟样品的R b值只相差0.06%,而在400℃下则相差0.31%,500℃时相差0.37%。
各结构参数亦有的相同变化(见表1)。
由于模拟实验总是靠提高温度来弥补时间的不足,因而此结果还同时表明时间越长,压力的影响也越大。
此外,从模拟实验来看,压力与温度两者对沥青结构演变的影响是具有一定互补性的,但其确切互补关系尚有待进一步研究。
饱和烃GC/MS分析结果(表2)进一步表明,尽管压力能够加深沥青的结构演化并提高R b值,但在相同模拟温度下沥青的生物标志化合物演化参数几乎没有变化,而不同温度的模拟样品之间有突变,差异明显。