沥青针入度试验精度控制分析

王 丽

（江苏省南京交院土木工程检测所，江苏 南京 210000 ）

0 前言

沥青路面给行驶车辆带来的舒适度是水泥混凝土路面很难达到的，不仅是平稳，而且噪音低。随着公路在承载运输中的作用提升，以及运输成本的增加，致使运输车辆不断加载，而且我国正在酝酿公路的再一次提速，在动荷载、静荷载都在增加的情况下，高速公路建设者们提出了增加沥青面层总体设计厚度的构想，这样一来沥青材料的用量势必要激增。而目前路面沥青最好的来源是石油粘稠沥青。其粘结力、稳定性能较好，拌和性能、施工性能都较平衡，使用年限也较长，目前较好的公路沥青路面使用年限会超过20年。这么长的使用时间内沥青经风吹日晒、老化，雨、雪侵害，高速荷载的反复揉搓，高温、低温等各类复杂的情况下，保证设计的使用性能，其对材料本身的稳定性提出了极高的要求。面层材料中胶结材料至关重要，沥青是重中之重。我们知道沥青物理性能的测试指标主要是针入度、延度、软化点，通常称为沥青的三大指标试验，是评价沥青性能的关键性指标。

1 针入度试验过程中影响精度的因素

沥青针入度指标是沥青性能的关键性指标，也是针入度指数的基础数据来源。它既能表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力，反映在一定条件下沥青的相对黏度的指标，还能通过针入度指数评价沥青的高温稳定性和低温的抗裂性能。其重要性可见一般。我们就从规范的角度阐述一下沥青针入度试验精度控制的关键性因素有哪些。

1.1 检测设备-针入度仪

目前沥青针入度试验标准仪器就是针入度仪。其中试验主要构件是标准针、针连杆和砝码，合计质量为100g±0.05g。其中标准针的质量为2.5g±0.05g。作为仪具来说，标准针是影响试验精度中最关键的一个部分。当然质量符合规范要求后，其针的硬度、表面粗糙度、针尖规格就极其重要了。试验过程中标准针是直接接触沥青试样的，其贯入深度是评定的指标，以0.01mm 计。表面粗糙度与针尖规格夹角和尖部微观面尺寸都是决定性因素。由于标准针价格昂贵，每根标准针价格在300 元，一组价格近一千元。所以检测单位标准针都是要重复使用的，每次检测完后，要对标准针上的沥青进行清洗。经常使用的标准针可能会因外力而弯曲变形，尖端变钝，如使用不合格的清洗剂，还极易造成标准针表面氧化等情形出现，所以试针每年需标定一次，取得合格报告后方可使用。然而即使是标定合格时间内，也未必能保证标准针没有问题。所以正常检测时，除常规需要的三个标准针正常试验用以外，还应备用一套，不定期对试验样品进行比对试验，以确保试验精度，这一方法个人觉得极为重要。当然多备的这一组试针，一定是要标定结果非常好的。习惯上每周都会对现有的试验进行比对，方法当然是对同样的样品，多浇几个试样，用备用标准针进行检测比对。这样能发现当前常规用试针的精度，也可以判断样品的测量结果，保证试验报告的科学性和准确性，是一举两得的好方法。本人在多年的沥青检测过程中，一直保持着这一习惯。

在保证标准针质量、规格符合规程要求的情况下，称量针连杆、针和法码的总质量，如合格的情况下，影响试验精度的另一仪具因素，自由下落，就是重要的评价指标了。很显然的道理，贯入质量100g±0.05g，在有较大摩擦阻力的情况下，其贯入深度一定是偏小的，也就是说试验结果偏小。所以试验过程中一定要保证针连杆在无明显摩擦的情况下垂直运动，贯入沥青样品中。当然这里有另一个因素垂直，只有在垂直的情况下，才能保证向下运动时的摩擦阻力最小。针入度仪的调平也是一个关系因素，是保证针连杆垂直的重要动作。

1.2 样品-试样制作

就粘稠沥青来说，试样由沥青加热脱水后浇入盛样皿完成的。在这一过程中影响因素太多。首先，样品加热脱水过程，在温度要掌握好，高了沥青易造成老化，低了脱水不彻底。其次，浇注样品要仔细，不能过快，不可将气泡带入沥青试样中。再次，样品浇注后，表面要平整，其作用下一段解释。道路石油70#沥青加热过程易控制，SBS 改性沥青控制难度较大，其主要是因为SBS 改性沥青粘度大，流动性差，不易浇注，对试验人员水平要求非常高。经验丰富的试验人员，对浇样前沥青的状态有着自己的评价体系，通过对沥青的搅动，拨丝，观察沥青状态，判断是否达到最佳状态。通达大量试验数据，能够得出不同沥青浇注样品的的温度控制范围，保证样品表面平滑，无气泡。

沥青加热温度往往是定义在软化点上80℃，烘箱加热法加热。这种方法在道路石油沥青上比较好用，但是在SBS 改性沥青面前就有一定的难度了。往往因为加热不到位，沥青流动性差，浇样时带入气泡。如果浇样后，样品表面存在小气泡的话呢，个人觉得是可以用火机快速烧一下的，不过一定要快，不然易导致沥青样品表面老化。这一操作要熟练，新手不建议使用这一方法。

1.3 养护-样品恒温过程

沥青试验针入度指标样品制作完成后，应加玻璃板室温恒温冷却不少于1.5h（小盛样皿），而后移入试验温度±0.1℃的恒温水槽中，并保持不少于1.5h（小盛样皿）。恒温完成后可进行试验，试验仪水槽内的温度也就保证是在试验温度±0.1℃内。上述几个环节中，空气内养护要求室温15～30℃，要求试验室内安装空调，并能保证试验环境温度要求。室内就配备标定合格的温湿度计，实时关注环境温度。养护的目的是为了让试样内外温度一致，并控制在试验温度±0.1℃的范围内。在条件好的试验室，只要试验人员有足够的责任心，正确养护是很容易做到的。但实际上目前各试验室管理水平存在极大差异，尤其是工地临时试验室，彩板房那种，室内环境温度控制难度大。试验检测仪器受采购成本的限制，往往采购低价的设备。由于低价设备中温度传感器及温控继电器的灵敏度不足，导致恒温养护水温不够精确。

试验温度变化超出0.5℃时，试验结果变化是非常大的。对于同一样品来说，就是完全不同的两个方向了。如道路石油沥青70 号，25℃时的针入度指标合格范围是60～80（0.1mm），如果试验是温度高出0.5℃，检测结果很可能会增加10（0.1mm），如果试验时水槽温度低了0.5℃，针入度检测结果很可能比真实值低8（0.1mm）以上，也就是养护温度和试验温度变化较大是，试验结果都会发生很大偏差，很可能是合格与不合格的区别，是破坏沥青结果的影响性因素。所在在购买沥青针入度试验仪时，最好是选用带恒温水槽的，可以最大程度保障试验精度，较好的消除仪器设备的系统误差。

1.4 试验操作-对准

仪器设备自动化程度越来越高的今天，很多材料试验检测过程中的人为因素都被自动化的设备给消除了。如本文的针入度试验仪，在二十年前，试验仪盛样水槽是没有温度循环系统的，试验时为了保证水温，只能不断用水银温度计测量温度，当温度发生变化时，通过更换温水或冰水来调温，过程复杂、精度低。现在有恒温水循环系统了，就不存在上述问题了。但是对于这个试验，影响结果精度的一个重要操作目前仍没有好的自动化的方法去解决，那就是标准试针与沥青样品的对准，大家知道试针针尖，肉眼是基本上看不清的，试验操作规程要求，试针接触试样时，开如试验。这个是最难的地方，针尖时否接触，看不清啊，是否已经锥入了，不清楚啊，是接触还是未到呢，看不清，试验精度是0.1mm，这一量级是人的肉眼无法看到的。目前测量试验直读的精度一般是1mm。由此可见，该试验对准的难度之大。这就要求试验人员有丰富的操作经验，良好的视力，脑手协同，才能操作完成。并且要经过大量的比对，才能确定试验的准确性。挑选一名沥青针入度试验检测人员是相当难的。在三大指标试验中，这个试验完成也是最难的。

目前已有很多沥青检测设备生产厂家在研究，正在预研试针自己对准的设备，研发方向有超声雷达和红外测量等，希望产品能早些面世，解决试验过程中人员操作的误差。因为即便是试验自身存在误差，也是可以通过校准、比对等方法发现的，而人员操作误差不确定性较多，误差分布规律性差，难以通过数据统计分析的方法消除。

2 现实意义

沥青路面工程中，沥青面层结构类型多样。就江苏地区来讲，处于温带、温带季风和亚热带季风的地区，夏季炎热多雨，冬季严寒。对沥青路面来讲，既要防高温、防雨水，还要防低温冻害。这对结构和材料本身要求极高。经过江苏交通人多年不懈的努力，江苏地区沥青路面的平均使用寿命已接近、达到，甚至超过了20年，这远远领先于国内其他省份的平均水平。为了这一目标，江苏交通人一直在努力，作为一名江苏省交通工程建设参与者，我也非常自豪。达成这一目标的道路是崎岖而漫长的。除了在结构设计上采用国际先进的sup 设计方法外。在材料选用上更是做到了优中选优。就本文所写的沥青材料，江苏地区在沥青下面层上多选用道路石油70#沥青，高速公路建设基本选用进口品牌，其沥青生厂要原油必须是中东石油，才能满足江苏交通对材料的苛刻要求。有人要问，为什么不用国内石油生产的沥青呢，这个经过大量的试验，国内沥青中有一个指标始终无法达到规范要求，哪就是蜡含量指标。该指标极易导致沥青路面在高温状态下软化，低温状态下开裂。而蜡含量试验极其复杂，使用的化学试剂如石油醚、乙醚等都有毒，是管制用试剂，购置难度大，保存风险高，使用过程中也极易造成人员伤害。为了保护试验检测人员安全，减少危害排放，保护环境，蜡含量指标需要减少频率，往往五个抽检批次才做一组蜡含量指标。为了防止不合格品流入交通建设市场，江苏人巧妙的从沥青针入度指数中找寻规律，扩大频率，每批必检，以沥青针入度指数指标的合格情况来判断沥青的路面性能，已收到了显著成效。当然道路石油沥青往往都是成千吨一次性运输到港，可提前检测蜡含量。具体施工企业在质量过程控制环节，是主要的手段还是沥青针入度试验，因为操作简便，环境污染小，人员伤害小。该指标是沥青材料质量控制的重点，SBS 改性沥青质量控制也是同样的道理，虽不需要做蜡含量指标，但沥青针入度指标还是强制性指标，是必须要做的。也是最有效的管控办法。

3 结束语

沥青物理性能的分析试验是沥青路用性能控制的关键点，是公程人员控制的重点，也是难点。尤其在当下，沥青质量日趋下滑。原因是原油的质量不稳定，提炼技术的更新等。很多国外的大型炼油厂已不在为公路工程建设提供沥青产品了。沥青产品的价格对于石油炼制厂家来说，是非常低的，他们会不断研发新的技术，提出石油中的各类烃，作为其他工业用原材料，这样的新产品价格更高，利润更大。他们将石油中的有效成份过多的提炼后，留下的沥青指标已经非常差了，根本不能满足公路工程路用性能要求。研发取代产品已摆在工程管理科研人员的桌面上了。就目前建设管理要求高，建设速度要求快，规模大，对路用沥青的需求不断增加，而面对市场形势，工程人员不得不感叹，为防止劣质沥青流入公路工程建设用材料市场，工程检测技术人员要严阵以待，规范试验，为工程建设找寻优秀路用沥青，保证工程建设质量。