張宜寒

(中海油(青島)重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東 青島 266500)

近幾年來,隨著交通、運輸事業(yè)的迅猛發(fā)展,對瀝青材料提出了較高的要求，即高溫不流淌,低溫不脆裂。因此,人們將關(guān)注道路瀝青材料性質(zhì)的熱點由瀝青的蠟含量指標(biāo)轉(zhuǎn)向瀝青的感溫性指標(biāo)。所謂瀝青感溫性是瀝青隨溫度變化而發(fā)生性質(zhì)變化的程度,瀝青性質(zhì)隨溫度變化幅度小,則瀝青的感溫性好,反之則感溫性差。

1 瀝青感溫性

目前，表征瀝青感溫性有多種表達(dá)方式,如針入度指數(shù)(PI)、黏度指數(shù)、黏溫指數(shù)等,國內(nèi)較多使用的是由PI表征瀝青的感溫性。

PI的計算有多種方法[1]，國內(nèi)常用的計算方法是采用回歸曲線計算法，方法如下：

將3個或3個以上不同溫度條件下測試的針入度值取對數(shù)，令y=lgP,x=T,按公式(1)的針入度對數(shù)與溫度的直線關(guān)系，進(jìn)行y=a+bx一元一次方程的直線回歸，求取針入度溫度指數(shù)AlgPen。

lgP=K+AlgPen×T

(1)

式中：T為實驗溫度(℃)；lgP為不同溫度條件下測得的針入度值的對數(shù)；K為回歸方程的常數(shù)項a；AlgPen為回歸方程的系數(shù)b。

按公式(1)回歸時必須進(jìn)行相關(guān)性檢驗，直線歸回相關(guān)系數(shù)R不得小于0.997(置信度95%)，否則，試驗無效。

PI = (20-500AlgPen)/(l+50AlgPen)

(2)

按公式(2)確定瀝青的針入度指數(shù)，并記為PI。

按照交通部JTG E20-2011中T0604要求，在測定針入度指數(shù)PI時，按同樣方法在 15 ℃、25 ℃、30 ℃(或 5 ℃)3個或3個以上(必要時增加 10 ℃、20 ℃ 等)溫度條件下分別測定瀝青的針入度，但用于仲裁試驗的溫度條件應(yīng)為5個。

因此本實驗從溫度的選取入手，按上述要求選?、?5，15，25)，Ⅱ(5，10，15，25)，Ⅲ(5，15，20，25)，Ⅳ(5，10，15，20，25)，Ⅴ(15，25，30)，Ⅵ(10，15，25，30)，Ⅶ(15，20，25，30)，Ⅷ(10，15，20，25，30)8個溫度組合進(jìn)行PI計算，將所得數(shù)據(jù)比較，并對結(jié)果進(jìn)行討論。

2 試樣與儀器

1)試樣：70#瀝青 110#瀝青。

2)儀器

恒溫水?。航鹦莾x器有限公司生產(chǎn)的DHW-2A型低溫恒溫水浴。

針入度儀：大連遠(yuǎn)東興針入度自動測定儀。

標(biāo)準(zhǔn)針: 標(biāo)準(zhǔn)針應(yīng)由硬化回火的不銹鋼制造，鋼號為440-C或等同的材料

針入度皿：直徑 55 mm，深度 35 mm。

溫度計：刻度范圍在0～50 ℃，分度值為 0.1 ℃ 的溫度計。

3 結(jié)果與討論

將70#瀝青、110#瀝青分別倒入6個直徑為 55 mm，深度為 35 mm 的針入度皿。在空氣中放置 1.5 h 后，分別放入 5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃ 的水浴中冷卻 1.5 h，然后進(jìn)行針入度測定。選取Ⅰ(5，15，25)，Ⅱ(5，10，15，25)，Ⅲ(5，15，20，25)，Ⅳ(5，10，15，20，25)，Ⅴ(15，25，30)，Ⅵ(10，15，25，30)，Ⅶ(15，20，25，30)，Ⅷ(10，15，20，25，30)8個溫度點進(jìn)行PI計算。

3.1 70#瀝青針入度分析結(jié)果與PI計算

統(tǒng)計70#瀝青的針入度結(jié)果，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 70#瀝青針入度結(jié)果

對每組70#瀝青分別選取不同溫度組合進(jìn)行PI計算，計算結(jié)果見表2。

表2 70#瀝青不同溫度組合PI結(jié)果

將7組70#瀝青在不同溫度組合下的PI值制成折線圖，見圖1。

3.2 110#瀝青針入度分析結(jié)果與PI計算

統(tǒng)計110#瀝青的針入度結(jié)果，統(tǒng)計結(jié)果見表3。

圖1 70#瀝青在不同溫度組合下的PI折線圖

表3 110#瀝青針入度結(jié)果

對每組110#瀝青分別進(jìn)行選取不同溫度組合的PI計算，計算結(jié)果見表4。

表4 110#瀝青不同溫度組合的PI 結(jié)果

將七組110#瀝青在不同溫度組合下的PI值制成折線圖，見圖2。

圖2 110#瀝青在不同溫度組合下的PI折線圖

3.3 討論

從圖1可看出，對于70#瀝青而言，選取的溫度組合中含有 30 ℃ 時，其PI值基本在-1.7～-1.9之間，較為穩(wěn)定。而選取的溫度組合中含有 5 ℃ 時，其中有四組PI值在-1.2～-1.5之間，兩組PI值在-1.7～-1.9之間，PI值變化較大，整體呈偏高趨勢。

從圖2可看出，對于110#瀝青而言，選取的溫度組合中含有 30 ℃ 時，其PI值基本在-1.8～-2.1之間，較為穩(wěn)定。而選取的溫度組合中含有 5 ℃ 時，其中有兩組PI值在-1.1～-1.3之間，兩組PI值在-1.8～-1.9之間，三組PI值在-2.1～-2.3之間， PI值變化較大，較不穩(wěn)定。

通過兩種瀝青的試驗發(fā)現(xiàn)，帶有 30 ℃ 的溫度組合PI值較為穩(wěn)定，帶有 5 ℃ 的溫度組合PI值很不穩(wěn)定。

對其不穩(wěn)定的原因進(jìn)行分析如下：

從公式的角度來看，5 ℃ 為針入度溫度關(guān)系諾模圖[2]的第一個點，第一點較大程度的影響回歸直線的整體走向，也就是影響了回歸直線的系數(shù)AlgPen，而系數(shù)的大小也正決定了PI值的大小。

在PI計算過程中，5 ℃ 的針入度值極大程度的影響著回歸曲線的感溫系數(shù)以及針入度指數(shù)，即使是一個單位的誤差也會對針入度指數(shù)造成較大影響。比如，在進(jìn)行110#瀝青針入度指數(shù)計算時，5 ℃ 的針入度為9.4，取值為9，在(5，10，15，20，25)的PI為-1.81，倘若直接以9.4帶入計算PI值為-1.72，達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，數(shù)值的取舍導(dǎo)致了如此大的誤差，以至影響了樣品的合格與否。所以建議在PI計算過程中 5 ℃ 針入度保留小數(shù)點后一位進(jìn)行計算。另外，5 ℃ 與實驗室溫度差最大，控溫難度較大，誤差相對其他溫度點較大。

4 結(jié)語

1)帶有 5 ℃ 的溫度組合的PI結(jié)果穩(wěn)定性不好。

2)在PI計算過程中第一個溫度點的的針入度值較大程度地影響著回歸曲線的感溫系數(shù)以及針入度指數(shù)。除非在具有良好的控溫條件下，建議在PI計算過程中 5 ℃ 針入度保留小數(shù)點后一位進(jìn)行計算，或者直接不采用 5 ℃ 溫度點。

3)與常規(guī)試驗相比，PI試驗過程所需時間長，實驗量較大，需要嚴(yán)格的溫度控制，計算較復(fù)雜。