瀝青分子間的相互作用力
自從人們從石油蒸餾殘渣中提煉生產瀝青以來，就一直試圖弄清楚瀝青真正的化學組成。通常認為，只有弄清楚瀝青的分子組成，才可以準確預測瀝青的建筑材料性能。但是，現在的分析技術也只能提供瀝青組成的平均結果，對于探知瀝青的分子組成是非常有限的，也不能準確關聯其物理性能。
瀝青中所有的分子都是碳氫化合物，含有少量的雜原子(包括硫、氮和氧)以及微量的金屬(如釩、鎳和鐵)。碳氫化合物是以多芳環為核心，含有不同鏈長和不同取代模式的飽和烴側鏈?？赡艽嬖诘耐之悩嬻w的數量幾乎是無限的。這就是為什么瀝青由數百萬種不同的分子組成，但幾乎沒有一種分子的數量足夠大，以至于無法分離和表征它們。我們只能根據平均分析數據，得出平均“瀝青分子”結構。
典型瀝青分子結構
理解瀝青的化學組成和物理性能間的關聯最重要的因素是分子間的相互作用。瀝青分子間的相互作用有多種類型，除了非極性烴分子間的倫敦色散力，還有電負性較強元素間的極性作用和氫鍵作用。對于非極性分子，還存在π-π相互作用，被認為是色散作用的一種特殊情況。瀝青的物理特性和性能是瀝青各分子間相互作用的結果，不同類型的相互作用是共同存在的，如色散力，極性，氫鍵或π-π相互作用。
色散作用
分子間的色散相互作用也稱為倫敦力。倫敦力是由分子周圍電子波動引起的瞬時偶極引起的。這些波動將作為分子之間在各個方向的吸引力，這將影響物理性質，如沸點升高，粘度增大，蒸發熱增加等。雖然分散相互作用被認為是分子間非常弱的相互作用，但它無疑是非極性烴中最重要的相互作用，也是瀝青分子間最重要的相互作用。色散相互作用可以用下面的方程從電子極化率和折射率推導出來：
其中NA為阿伏伽德羅常數，M為分子量，d為密度，n為折射率。該方程主要用于估計純化合物的極化度，但也可用于估算原油或瀝青混合物中的色散相互作用。在計算摩爾折射率時，并沒有考慮分子的不同形狀或π-π相互作用，這可能會影響真正的色散相互作用，因為相互作用的強度是由分子的表面積決定的。
極性和氫鍵
極性和氫鍵的相互作用是由于分子中被共價鍵連接的不同電負性原子間的電子分布的不平衡導致。這種分子也稱為永久偶極子。對于小分子而言，極性和氫鍵作用比色散力更強。對于極性基團較少的大型碳氫化合物，如瀝青中的分子，色散作用占主導地位。瀝青元素分析結果表明，瀝青中負電元素氮(0.3 ~ 0.8%)和氧(0.5 ~ 1.1%)的含量相對較少。通常認為氮元素和氧元素在瀝青分子中分布比較均勻，所以我們可以得出結論瀝青中不存在強極性分子。色散力是瀝青分子間的主要作用力，但同時存在極性相互作用，并且極性作用已被證明與瀝青的彈性模量有關。眾所周知，瀝青的硫含量要高于氮和氧，硫的電負性非常接近碳和氫，因此對極性沒有很大的貢獻。
π—π相互作用
瀝青分子間的另外一種相互作用就是離域π電子間的π-π相互作用。其中一種π-π相互作用是電荷轉移配合物，它要求兩個相互作用的分子中至少有一個在芳香核上具有強給電子或吸引電子的取代基，從而使兩個重疊的電子云產生強烈的差異。對于含有四個或更多聚合芳香環的較大分子，π-π相互作用貢獻顯著，且隨著環數的增加而增加。如果芳香環的氫原子被電負性更強的元素(氮或氧)取代，π-π相互作用就會增強。
