T0618—1993 瀝青化學(xué)組分試驗（四組分法）

1 目的與適用范圍

本方法適用于采用溶劑沉淀及色譜柱法進行道路石油瀝青的四組分成分分析。  

2 儀具與材料技術(shù)要求

2.1 瀝青質(zhì)抽提器∶由球形冷凝器及100mL抽提器組裝而成，如圖T0618-1所示。

2.2 玻璃吸附柱∶外面帶夾套，熱水循環(huán)保溫，形狀和尺寸如圖T0618-2 所示。

2.3 真空干燥箱。

2.4 高溫爐∶0~1000℃，有自動溫度控制器。

2.5 恒溫水槽∶控溫準確度為1℃。

2.6 磨口錐形瓶（200~250mL）、磨口冷凝器、磨口彎管、牛角管。

2.7 量筒（20mL、50mL、100mL）。

2.8 氧化鋁∶層析用、中性，粒度0.15～0.075mm（100～200目），比表面積大于150m²/g，孔體積250mm²/g。

2.9 石油醚∶60~90℃，分析純。

2.10 正庚烷∶分析純。

2.11 甲苯、無水乙醇、丙酮∶分析純。

2.12 硅膠∶細孔、粒度0.42~0.15mm（40～100目）。

2.13 分析天平∶感量不大于1g、mg、0.1mg各1臺。

2.14 定量濾紙∶中速φ110~125mm。

2.15 干燥器。

2.16 電熱板（電熱套）。

2.17 其他∶瓷蒸發(fā)皿（300mL）、吸液管、蒸餾水、大細口瓶、玻璃漏斗、漏斗架、二聯(lián)橡皮球等

圖T0618-2 玻璃吸附柱 （尺寸單位∶mm）

3 方法與步驟

3.1 準備工作

3.1.1 將瀝青質(zhì)測定器、玻璃吸附柱、錐形瓶等洗凈、編號，并置105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，稱其質(zhì)量，準確至0.1mg。

3.1.2 活化氧化鋁∶將氧化鋁傾入瓷蒸發(fā)皿，并置于高溫爐（500℃）中加熱6h。然后，取出瓷蒸發(fā)皿置干燥器中，冷卻至室溫，將氧化鋁裝入已稱質(zhì)量的細口瓶中，并用吸液管加入氧化鋁質(zhì)量1%蒸餾水，塞緊橡皮塞。劇烈搖動瓶中氧化鋁及蒸餾水5min，放置24h備用?；罨蟮难趸X一般可使用兩周，時間較長或已吸水者，需要重新活化處理。

3.1.3 正庚烷及石油醚脫去芳烴∶將100g活化后的硅膠置玻璃吸附柱中，使正庚烷或石油醚通過硅膠，即可脫去其中的芳烴。脫去芳烴的正庚烷或石油醚用硫酸—甲醛（體積比 20∶1）溶液試驗，不變紅色即可。

3.2 試驗步驟

3.2.1 用四組分法分析瀝青化學(xué)組分的流程如圖T0618-3 所示，圖中溶劑用量為每克試樣的用量。

 圖 T0618-3 瀝青四組分分析流程圖

3.2.2 瀝青質(zhì)含量測定∶

1）在已稱量為恒重的磨口錐形瓶（1號）中，稱取試樣1g±0.1g（m）（對瀝青質(zhì)小于10%試樣）或0.5g±0.01g（對瀝青質(zhì)大于10%試樣），準確至0.1mg。注入正庚烷，用量為每克試樣60mL。將錐形瓶與冷凝器連接好，用電熱板或電熱套加熱回流0.5~1h，稍冷卻后取下錐形瓶，蓋上塞子，在暗處靜置1.5~2.0h。

2）將錐形瓶（1號）中的正庚烷溶液用定量濾紙慢慢地過濾至另一錐形瓶（2號）中，再用熱正庚烷（60~70℃）30mL將錐形瓶（1號）中的瀝青質(zhì)殘留物分次洗滌，盡可能完全地倒入濾紙中（注意∶過濾時不得使瀝青質(zhì)沾到濾紙的上邊緣處）。最后若錐形瓶中油有瀝青質(zhì)洗滌不下時，不再洗滌，錐形瓶（1 號）留后備用。

3）取出濾紙及殘留物，折疊后放入抽提器，裝上盛有濾液的錐形瓶（2號），與冷凝器相連接，置于電熱板或電熱套上回流抽提1h，沖洗濾紙上的軟瀝青質(zhì)部分，至滴下液體無色為止。冷卻后取下錐形瓶（2號），抽提器及濾紙保留不動。

4）向錐形瓶（1號）中注入60mL甲苯，再與瀝青質(zhì)抽提器相接，抽提1h，至濾紙及濾液無色為止。濾紙上的殘留物為無機物與殘留碳。

5）待錐形瓶（1 號）冷卻至室溫后，回收甲苯溶劑，再置入溫度105℃±5℃、真空度93kPa±1kPa（700mmHg±10mmHg）的真空干燥箱中1h，使甲苯揮發(fā)干凈，然后取出放入干燥器中，冷卻至室溫，稱其質(zhì)量（m₁），準確至0.1mg。

3.2.3 飽和分、芳香分及膠質(zhì)含量的測定;

1）回收錐形瓶（2 號）中的大部分正庚烷，使溶液濃縮至約10mL。

注∶對瀝青質(zhì)含量小于10%樣品，也可直接稱取0.5g±0.01g瀝青試樣，裝入錐形瓶中（錐形瓶編號仍為2號，代替原來2號瓶），準確至0.1mg，加10mL正庚烷稀釋，但最后得到的是膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的合計質(zhì)量（m₅）。

2）開動超級恒溫水槽，使加熱的水循環(huán)，并控制水溫50℃±1℃。

3）在洗凈及干燥的玻璃吸附柱下端，塞以少量脫脂棉，并用漏斗從上端裝入活化氧化鋁40~50g（準確至0.1g），同時用帶橡皮的玻璃棒輕輕敲打，使氧化鋁密實。

4）從玻璃吸附柱上口注入正庚烷30mL預(yù)濕氧化鋁，全部正庚烷傾入氧化鋁時，注入錐形瓶（2號）中試樣溶液或正庚烷溶解稀釋的瀝青試樣。用10mL正庚烷分2~3次沖洗（正庚烷用量是后述沖洗飽和分80mL正庚烷的一部分），洗液倒入玻璃吸附柱中。當(dāng)試樣溶液全部進入氧化鋁時，加少量氧化鋁（約0.3g）覆蓋在表面。再加一薄層脫脂棉。

5）在玻璃吸附柱下端，放一量簡，接受一開始流出的純正庚烷。

6）按同樣步驟，依次注入下列數(shù)量的沖洗溶劑（按每克 Al₂O₃，所需的溶劑數(shù)量計算總?cè)軇?shù)量）∶

 注∶第一次沖洗可用脫芳烴的石油醚代替正庚烷作飽和分的沖洗劑，但仲裁試驗時，必須使用正庚烷。

7）最初流出的為純正庚烷20mL，可作為總正庚烷80mL的一部分重復(fù)使用。以后，分別換上已編號及恒重的已稱質(zhì)量的錐形瓶，接受由玻璃吸附柱中流出的溶液。每瓶接受液不宜超過瓶容量的 2/3，以便回收溶劑。

流速可用二聯(lián)橡皮球加壓調(diào)節(jié)，開始時不宜太快，以保證充分吸附。當(dāng)吸附柱中瀝青組分的黑色帶不再下移時，流速可稍加快，整個過程中保持2~4mL/min。

當(dāng)每一種溶劑全部注進氧化鋁時，再換加另一種溶劑。在色譜柱中溶劑不同顏色界限到達色譜柱底部時再更換已恒重的接受錐形瓶（第三次沖洗劑甲苯—乙醇以下可接受于同一瓶中）

8）第一次沖洗劑為正庚烷時，流出物為飽和分溶液，無色。第二次沖洗劑為甲苯時，流出物為芳香分溶液，黃至深棕色。沖洗最后三種溶劑時，流出物為膠質(zhì)溶液（當(dāng)直接使用瀝青試樣時，為膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的混合液），深褐至黑色。如沖洗前兩種溶劑時，有黑色溶劑流下，說明試樣的氧化鋁太少，應(yīng)加大用量，重新試驗。

9）將沖洗出的各組分，在水槽（95~98℃）上回收溶劑。溶劑基本回收后，將盛有各組分的錐形瓶置真空干燥箱在溫度 105℃±5℃、真空度 93kPa±1kPa（700mmHg ±10mmHg）條件下干燥 1h，取出后在干燥器中冷卻至室溫，稱其質(zhì)量，即為飽和分質(zhì)量（m₂）、芳香分質(zhì)量（m₃）、膠質(zhì)質(zhì)量（m₄），準確至0.1mg。

注∶當(dāng)直接使用瀝青試樣時，最后回收的應(yīng)為膠質(zhì)及瀝青質(zhì)合計質(zhì)量（m₅）。

3.2.4 當(dāng)需測定飽和分及芳香分中的蠟含量時，按本規(guī)程T0617方法的有關(guān)步驟進行。

4 計算

4.1 試樣的瀝青質(zhì)含量按式（T O618-1）計算。

  (T 0618-1)

式中∶

A_s-——試樣的瀝青質(zhì)含量（%）；

m——試樣質(zhì)量（g）;

m₁——試樣中瀝青質(zhì)含量（g）。

4.2 試樣的飽和分、芳香分的含量，分別按式（T0618-2）、式（T0618-3）計算。

式中∶

S———飽和分含量（%）;

A_τ——芳香分含量（%）;

m₂——試樣中飽和分質(zhì)量（g）;

m₃——試樣中芳香分質(zhì)量（g）。

4.3 試樣的膠質(zhì)含量

4.3.1 試樣的膠質(zhì)含量可由已測定的瀝青質(zhì)、飽和分、芳香分含量采用差減法按式（T 0618-4）計算。

  R=100-A_s-S-A_τ      (T 0618-4)

式中∶R——膠質(zhì)含量（%）。

4.3.2 當(dāng)試樣的飽和分、芳香分及膠質(zhì)是利用正庚烷分離瀝青質(zhì)后的軟瀝青質(zhì)溶液

的濃溶液進行吸附柱沖洗時，試樣的膠質(zhì)含量由實測的膠質(zhì)部分的含量按式（T0618-5）

計算。

 (T0618-5)

式中∶m₄——試樣中膠質(zhì)的質(zhì)量（g）。

4.3.3 當(dāng)試樣的瀝青質(zhì)含量小于10%直接用瀝青試樣進行吸附柱沖洗，得到的是膠質(zhì)加瀝青質(zhì)的合計質(zhì)量時，膠質(zhì)含量按式（T0618-6）計算。

    (T 0618-6)

式中∶m₅——試樣中膠質(zhì)加瀝青質(zhì)的質(zhì)量（g）。

4.4 當(dāng)膠質(zhì)含量按式（T0618-5）或式（T0618-6）計算時，試驗過程中各組分的實際回收率按式（T 0618-7）計算。

  C=A_s+S+A_τ+R     (T 0618-7)

式中∶C——試驗時各組分的實際回收率（%）。

5 報告

5.1 同一試樣至少平行試驗兩次，兩次試驗結(jié)果符合表T0618-1重復(fù)性試驗允許誤

差的要求時方屬有效，取其平均值作為試驗結(jié)果。

5.2 試驗應(yīng)報告各組分的含量及回收率，根據(jù)需要，報告芳香分及飽和分中的蠟含量。

6 允許誤差

試驗結(jié)果的允許誤差應(yīng)符合表T 0618-1 的要求。

表 T0618-1 四組分測定的允許誤差要求

 條文說明

關(guān)于石油瀝青的組分分析，國際上有多種方法。ASTM D 4124 是一種常用的四組分方法，它將瀝青分為瀝青質(zhì)（Asphaltenes）、飽和分（Saturates）、環(huán)烷芳香分（Naphthene aromatics）及極性芳香分（Poler aromatics）。此法稱為科爾貝特（Corbett）法。另一種有名的組成分析法是化學(xué)沉淀法，稱為羅斯特

勒（Rostler）法，它將瀝青分為瀝青質(zhì)、氨基、第一酸性分、第二酸性分及鏈烷分五大組分。1983 年試驗規(guī)程附錄二中的瀝青四組分分析方法是根據(jù)石油化工研究院提出的方法編寫的?，F(xiàn)在中國石化總公司已委托石油化工研究院修改提出了新方法且列為行業(yè)標(biāo)準，本方法是參照此行業(yè)標(biāo)準及日本道路協(xié)會鋪裝試驗法便覽 3-5-15 編寫的。

關(guān)于氧化鋁凝膠的處理方法，日本道路協(xié)會按照日本石油協(xié)會的方法規(guī)定將Al₂O₃鋪放在平底容器中，厚度2cm，將其置加熱干燥箱中180℃活化3h，然后取出Al₂O₃，與活性硅膠一起放入干燥器中冷卻保存至第二天供使用，且認為由于Al₂O₃活化不充分，將使飽和分含量增加。但石油化工研究院的研究認為，各國Al₂O₃標(biāo)準不同，不能采用統(tǒng)一方法，仍保留采用將Al₂O₃在500℃下活化6h后第二天加入1%蒸餾水的方法。我國方法與日本方法另一個不同之處是，我國方法最后用以沖洗膠質(zhì)的溶劑為甲苯—乙醇、甲苯、乙醇三種，而日本用的是甲醇、甲苯、甲醇三種溶劑，其效果是一樣的。而甲醇在使用過程中揮發(fā)刺激眼睛較厲害，改成乙醇為好。在吸附及沖洗過程中，裝置保溫在50℃±1℃水槽中，日本的規(guī)定為50℃±2℃。根據(jù)日本的報告，如試驗在室溫下進行，瀝青中的蠟分將不能充分溶解出來，對試驗結(jié)果有影響。

飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的代號與日本試驗法統(tǒng)一為 S、A_τR、A_s。