一、石油沥青的元素组成
石油沥青是十分复杂的烃类和非烃类的混合物，是石油中相对分子量最大、组成及结构最为复杂的部分，除碳氢两种元素外，还有少量的硫、氮及氧，通常称为杂原子。其中，沥青中碳含量在83％—87％之间，含氢量在10％左右，H/C原子比约在1.4—1.6之间，杂原子的含量约在5％左右，最多可达14％。此外，沥青中还富集了原油中的大部分微量金属元素，如钒、镍、铁以及钠、钙、铜等。
图1 石油沥青
二、沥青的化学组成
1. 沥青质
沥青质是不溶于正庚烷而溶于苯（或甲苯）的黑色或棕色的无定形固体，除含有碳和氢外还含有一些氮、硫、氧。一般认为沥青质是复杂的芳香物材料，其极性很强，分子量相当大。大部分数据表明沥青质的分子量为1000—100000，颗粒粒径为5—30nm，氢/碳（H/C）原子比约为1.6—1.28。沥青质含量对沥青的流变特性有很大影响。增加沥青质的含量，便生产出较硬、针入度较小和软化点较高的沥青，因此粘度也较大。沥青中沥青质的含量为5％—25％，我国石蜡基原油生产的沥青中沥青质含量一般在1.0％左右，中东原油生产的沥青质含量可达5.0％以上。
图2 含有沥青质的甲苯溶液
2. 胶质
胶质溶于正庚烷。与沥青质一样也是大部分由碳和氢组成的，并含有少量的氧、硫和氮。它是深棕色固体或半固体，其极性很强。这突出的特征使胶质具有很好的粘附力。它是沥青质的扩散剂或胶溶剂，胶质对沥青质的比例在一定程度上决定了沥青的胶体结构的类型。从沥青中分离出来的胶质分子量范围为1000—50000，颗粒直径为1—5nm，H/C原子比为1.3—1.4。
图3 含有胶质的正庚烷溶液
3.芳香族
芳香族是由沥青中最低分子量的环烷芳香化合物组成，是胶溶沥青质的分散介质的主要部分。芳香族占沥青总量的20％—50％，是呈深棕色的粘稠液体。平均分子量在300—2000范围内。芳香族由非极性碳链组成，其中非饱和环体系占优势，对其他高分子烃类具有很强的溶解能力。
图4 芳香分溶液
4. 饱和分
饱和分是由直链和支链脂肪属烃以及烷基环烃和一些烷基芳香烃组成的，它们是非极性稠状油类，呈稻草色或白色。平均分子量范围类似于上述芳香族，其成分包括有蜡质及非蜡质的饱和物。此部分的含量占沥青的5％—20％。饱和分和芳香分在沥青中主要使胶质—沥青质软化（塑化），使沥青胶体体系保持稳定。
图5 饱和分溶液
5. 蜡分
沥青中的蜡分是指沥青在除去沥青质和胶质之后，在油分中含有的、经冷冻能结晶析出的、熔点在25℃以上的混合物，其中主要是高熔点的烃类混合物。与沥青中的其他组分相比，其组成和结构相对简单。
沥青中的蜡可以是石蜡或地蜡。地蜡也成微晶蜡，沥青中主要是地蜡。蜡在高温时融化，使沥青粘度降低，沥青的温度敏感性增大。蜡在低温时易结晶析出，分散在沥青之中，减少沥青分子之间的紧密联系，使沥青的低温延展能力降低。蜡使沥青与石料表面的亲和力变小，影响沥青与石料的粘附性。
图6 白色地蜡
