改性沥青针入度与PG高温等级关系的研究

李佰昌，邓文广，王 涵，张 斌，郭 娜

(中海沥青股份有限公司，山东 滨州 256600)

改性沥青针入度与PG高温等级关系的研究

李佰昌，邓文广，王 涵，张 斌，郭 娜

(中海沥青股份有限公司，山东 滨州 256600)

选取利用中海油36-1沥青制备的4种常用的中海油SBS改性沥青，分别进行针入度分级实验和多个温度下的动态剪切试验，测试沥青的25 ℃针入度、延度、软化点及其PG高温指标。在综合分析试验结果的基础上，提出了中海油改性沥青的针入度等级和PG高温等级之间的关系。二者相关系数达0.99以上，PG等级达到76 ℃时，25 ℃针入度应不大于66.5；PG等级达到82 ℃时，25 ℃针入度应不大于63.0。利用针入度能够较好地预估PG高温等级，为生产提供指导。

改性沥青 针入度 PG分级 中海油

长久以来，许多国家和研究机构都在探索能够反映改性沥青实际路面使用性能的技术指标和试验方法。其中，美国的战略公路研究计划(Strategic Highway Research Program，SHRP)[1]提出的一套全新的沥青性能技术指标——PG分级标准，从沥青材料的化学和物理性质入手，利用流变学和力学等理论，建立起沥青材料的化学、物理性质和实际路面使用性能之间的联系。PG分级标准引起了世界各国的广泛关注。

我国采用以针入度、软化点和延度等指标来表征道路沥青的性能[2]，主要依赖经验性分析的针入度和延度的大小来评价沥青性能，作为沥青分级的标准。PG分级体系引入我国后，应用范围不断扩大，影响力也越来越大。然而，由于技术规范体系的原理和测试方法的不同，对于沥青的评价采用不同的评价体系得到的结果有所不同[3]。这就要求对两种评价体系之间的关系有一定的研究。

本研究以“中海油36-1”沥青为原料，通过调节加入SBS、相溶剂的比例，制备具有代表性的中海油改性沥青，测定其PG分级及针入度分级的性能，考察二者之间的关系，以期指导生产应用。

1 实 验

1.1 原 料

实验中所用沥青选择中海沥青股份有限公司蒸馏法制得的“中海36-1”AH-70基质沥青，其质量评价结果如表1所示。

表1 “中海36-1”AH-70基质沥青的性质

所用相溶剂为中海沥青股份有限公司自产的糠醛抽出油，60 ℃运动黏度428 mm2/s，闪点238 ℃。所用SBS为LG公司生产的LG501。

1.2 样品制备方法

取一定量的基质沥青，加入相溶剂加热至170 ℃，再加入SBS，搅拌0.5 h；继续升温至190 ℃，在5 000 r/min的转速下高速剪切0.5 h，确保温度不高于200 ℃；保持195 ℃，继续搅拌发育4 h，然后加入稳定剂，搅拌0.5 h；取样分析，测试各项指标。

1.3样品测试方法

针入度分级测试方法按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[2]进行。PG高温动态剪切试验(DSR)按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[2]中T0628—2011沥青流变性质试验的方法进行测试。

2 结果与讨论

根据以往经验，制备了4种常用的中海油SBS改性沥青P1，P2，P3，P4。分析测试4种改性沥青的常规指标，结果如表2所示。车辙因子(G*/sinδ)是评价PG分级高温性能的重要指标依据，4种改性沥青的车辙因子见表3。

表2 4种改性沥青的常规指标

表3 4种改性沥青的车辙因子

从表2可以看出：P1，P2，P3符合改性沥青I-C的三项指标要求，低温延度较好；P4符合改性沥青I-D的三项指标要求，低温延度也较好。由表3可知，P3、P4在82 ℃下的车辙因子均大于1 kPa，薄膜烘箱后车辙因子也大于2.2 kPa，具有较好的高温性能。

以4种改性沥青的针入度为横坐标，76 ℃和82 ℃下的车辙因子为纵坐标作图，结果如图1所示。

图1 4种改性沥青针入度与76 ℃、82 ℃下的车辙因子的关系■—76 ℃； ▲—82 ℃。图2同

由图1及相关文献[4]可知，针入度和车辙因子之间有明显的乘幂关系。车辙因子与针入度的关系式为：

Y=AeBX

(1)

式中：Y为车辙因子，kPa，X为针入度，0.1 mm，A、B为常数。

按照关系式(1)，通过拟合得到针入度与车辙因子之间的关系，如图2所示，拟合结果如表4所示。

图2 4种改性沥青针入度与76 ℃、82 ℃车辙因子的拟合曲线

表4 4种改性沥青针入度与车辙因子的拟合结果

由图2及表4可以看出，4种改性沥青的25 ℃针入度与车辙因子之间有很好的乘幂关系，相关性很好，相关系数达0.99以上。此外，根据针入度与车辙因子之间的乘幂函数，计算出PG等级达到76 ℃时，25 ℃针入度应不大于66.5；PG等级达到82 ℃时，25 ℃针入度应不大于63.0。

3 结 论

由中海油36-1沥青制得的4种不同的SBS改性沥青的针入度与车辙因子之间有很好的乘幂对应关系，相关性很好，相关系数达0.99以上，PG等级达到76 ℃时，25 ℃针入度应不大于66.5；PG等级达到82 ℃时，25 ℃针入度应不大于63.0。利用针入度能够较好地预估PG高温等级，为生产提供指导。

[1] Anderson D A，Kennedy T W.Developmet of SHRP binder specification [J].Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists，1993，62(1)：481-507

[2] 交通运输部.沥青与沥青混合料试验规程:JTG E20-2011[S].北京：人民交通出版社，2011

[3] 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001：60-66

[4] 陈佩茹，孙立军.常规沥青的针入度等级和 PG 高温等级间的关系[J].中国公路学报，2003，16(3)：15-18

RELATIONSHIPBETWEENPENETRATIONGRADEANDHIGHTEMPERATUREPGGRADEOFMODIFIEDASPHALT

Li Baichang， Deng Wenguang， Wang Han， Zhang Bin， Guo Na

(ChinaoffshoreBitumenCo.Ltd，Binzhou，Shandong256600)

Four kinds of commonly used CNOOC SBS modified asphalt were prepared from CNOOC 36-1 asphalt.The penetration at 25 ℃，ductility，softing point and PG high temperature parameters of the 4 samples were investigated by conventional penetration tests and DSR tests under multi-temperature conditions.Based on the test results，a relationship between penetration grade and performance high temperature grade PG was established.The correlation coefficient of the relational expression is >0.99.When PG level reaches 76 ℃，the 25 ℃ penetration result should not exceed 66.5；When PG level reaches 82 ℃，the 25 ℃ penetration should not exceed 63.0.The PG high temperature levels can well be estimated according to the penetration grade.

modified-asphalt； penetration； PG grade； CNOOC

2017-03-09；修改稿收到日期：2017-04-10。

李佰昌，硕士，2014年毕业于中北大学材料学专业，助理工程师，现从事沥青材料的研发工作，已发表论文6篇。

李佰昌，E-mail：libaichang09@163.com。