影响沥青针入度试验结果的因素分析

张 永

(广东交科检测有限公司，广州 510550)

0 引言

近年来，随着公路建设行业迅猛发展，高速公路里程规模不断增长，沥青路面也越来越普遍。沥青作为路面工程的重要原材料，其质量直接关系到整个工程的成败。根据我国公路行业相关规范，进场沥青每批次均需要进行质量检验，其中沥青针入度试验是检验沥青针入度指标的常规试验方法。笔者通过比对试验，发现要将沥青针入度试验做到准确无误并不是一件容易的事情，试验过程中往往由于试验设备、试验环境、人员业务水平等因素影响，导致试验结果产生一定偏差。

1 针入度概述

目前在世界范围内具有代表性的道路沥青的评价体系主要有三种，即针入度分级体系、粘度分级体系和PG分级体系。

道路沥青的针入度分级体系是根据沥青针入度的大小确定沥青所适应的气候条件和载荷条件。针入度分级体系的主体是人们所熟悉的拉(延度)、扎(针入度)、落(软化点)，辅以沥青的安全性指标闪点、沥青的纯度指标溶解度、沥青的抗老化性能指标薄膜烘箱试验和对生产沥青所用原油的约束性指标蜡含量等，构成了沥青的针入度分级体系。

在针入度分级体系中，沥青针入度试验是测定沥青稠度的标准方法。25℃的针入度给出了接近年平均使用温度下沥青的稠度，研究结果表明，沥青在25℃的针入度下降至20以下时，会出现严重的路面开裂，当沥青的针入度大于30时，将具有高抗开裂性能。针入度越大，表示沥青越软，软化点低，高温性能随针入度增加而降低，低温性能反之。

目前我国公路行业沥青针入度指标采用的标准试验方法是《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T 0604-2011。

2 比对试验

比对试验能够有效检验试验室设备、环境、人员之间的差异，找到试验过程存在的问题，采取措施进行纠正，从而提高试验检测水平和数据的准确性。为了比较不同设备、不同试验场所环境、不同人员对针入度试验结果造成的影响，取同一品牌、同一规格、同一批次的沥青若干，分别按下列方案进行比对试验。

2.1 试验室之间、不同试验人员间比对

试验室编号分别为A、B、C，试验人员编号分别为1、2、3，试验人员1、2、3对应在试验室A、B、C内完成沥青针入度试验。

表1 试验室之间、不同试验人员比对结果

2.2 试验室之间、同一试验人员比对

试验室编号分别为A、B、C，试验人员编号为1，试验人员1分别在试验室A、B、C内完成沥青针入度试验。

表2 试验室之间、同一试验人员比对结果

2.3 同一试验室、不同试验人员间比对

试验室编号为A，试验人员编号分别为1、2、3，试验人员1、2、3均在试验室A内完成沥青针入度试验。

表3 同一试验室、不同试验人员间比对结果

3 比对结果分析

采用稳健(Roust)统计方法对上述三种比对方案的针入度试验进行数据统计，以Z比分数对试验结果作出评价可以看出，按不同比对方案进行试验得出的试验结果存在不同程度的偏差。比对偏差情况具体如下：

(1)同一品牌、同一规格、同一批次样品，试验室之间不同试验人员进行针入度试验，同时受人员、环境、仪器因素的影响，得出的试验结果相差较大。

(2)同一品牌、同一规格、同一批次样品，试验室之间同一试验人员进行针入度试验，受环境、仪器因素影响，得出的试验结果相差较小。

(3)同一品牌、同一规格、同一批次样品，同一试验室不同试验人员进行针入度试验，受人员因素影响，得出的试验结果相差最小。

根据以上情况进行分析，试验结果偏差主要是由设备精度、试验环境温度控制、人员业务水平差异三个方面的因素造成的。但由于参加比对试验的试验人员均具备理论和实操的培训，均按试验规程进行操作，人员操作水平造成的偏差相对较小，而不同试验室试验设备和试验环境温度控制的差异所造成的影响相对较大。

4 影响试验结果因素分析

4.1 设备因素

试验设备的精度对针入度试验结果的准确性起着关键的作用。

4.1.1 控温装置

沥青针入度试验对温度的控制要求较高。沥青针入度试验标准试验条件温度为25℃±0.1℃，水温的控制装置是恒温水槽，如果水温控制不准确，得出的试验结果将会产生较大的偏离。

4.1.2 贯入荷重

试针、连杆以及砝码标准荷重100g±0.05g，如果荷重偏大或偏小，试验结果对应会偏大或偏小。

4.1.3 试针光洁度

标准针采用硬化回火的不锈钢制成，洛氏硬度HRC54～60，表面粗糙度0.2～0.3μm。如果试针光洁度不够，针尖出现损坏，摩擦系数增加了，将会导致检测结果偏小。

4.1.4 贯入时间

针入度试验标准贯入时间为5s，如果贯入时间不准确，时间偏长或偏短会导致试验结果对应偏大或偏小。

4.1.5 减少试验设备造成偏差的措施

(1)选择质量良好的厂家生产的试验设备。

(2)选择具备资质且信誉良好的计量单位进行仪器标定。

(3)加强仪器设备的日常维护保养。

4.2 环境因素

4.2.1 试验室环境

针入度试验是在标准水温下进行的，试验室的环境温度对水温的温度有一定的影响。

4.2.2 养护环境

灌模后的针入度试样应根据盛样皿的大小在15℃～30℃室温中按冷却试件静置冷却规定的时间后，移入保持标准试验温度±0.1℃的恒温水槽养护规定的时间。冷却或养护时间不足，可能会使试样内部温度未完全达到试验标准温度，导致试验结果产生较大偏差。

4.2.3 减少试验环境造成偏差的措施

(1)试验操作室安装空调，对气温进行调节，使室内温度尽量接近试验温度。

(2)采用经检定合格的温度计，检验恒温水槽中的水温，当出现偏差时对温度进行修正。

(3)按试验规程要求的时间，对灌模试样进行冷却和养护。

4.3 人员因素

4.3.1 理论

试验规程是指试验的规则和流程，是对试验过程的要求和规定，只有掌握了正确的试验操作程序，才能使试验的实际操作更加规范，试验结果更加准确。理论知识不牢固，违反试验规程操作，会导致试验失败。

4.3.2 实操

试验过程的实际操作非常重要，即使掌握了书面上的理论知识，但没有规范的操作方法也可能会导致得到错误的试验结果。比如：灌模的时候不连贯致使气泡混入，沥青在烘箱中加热温度过高、加热时间过长、反复加热造成沥青老化，均会导致试验结果不准确。

4.3.3 减少人员方面造成偏差的措施

(1)加强日常试验规程等理论知识的学习。

(2)加强日常试验操作的联系，从实践中积累经验。

5 结语

通过沥青针入度试验的三种比对方案结果，分析发现试验设备、试验环境和人员等因素对针入度结果造成了不同程度的影响。针对各种因素提出相应的解决措施，从而提高试验检测结果的准确性，并以此进一步加深对针入度试验的认识。

本文涉及影响针入度试验结果的几个主要因素，在其他许多材料试验中也同样存在，期望能为同行提供经验借鉴，共同提高材料试验水平。