山东省内道路石油沥青质量统计与总览

2021-03-03林江涛李永振

合成材料老化与应用 2021年1期

魏慧，樊亮，林江涛，李永振

（山东省交通科学研究院山东省道路结构与材料交通行业重点实验室，山东济南250031）

随着我国城市道路建设的飞速发展，道路沥青用量大幅上涨。常用的道路沥青主要有道路石油沥青、SBS改性沥青、MAC 改性沥青及乳化沥青。其中道路石油沥青用量最多，超过50%；SBS 改性沥青次之。相较于10年前，原油酸值及硫含量升高，原油性质重质化、劣质化更为严重；原油性质及经济效益的双重作用促使沥青生产工艺不断变化；中国公路重载交通状况更为严峻，对沥青胶结料的要求逐步提高。进入山东市场的道路石油沥青品牌、性能与10 年前相比，已经发生了明显变化，有必要对沥青数据进行统计分析。因此, 本文通过对我单位2005～2016 年共计12 年的沥青检测数据库进行统计汇总，分析研究沥青指标随时间演变情况，对进入山东市场的道路石油沥青进行全方面的掌控，使其更加有效地指导公路工程建设。

1 样本统计

选取气候分区（1-3）高等级公路所常用70# 道路石油沥青为统计样本，覆盖了沥青生产厂家或经销单位、工地项目委托检测或工程现场抽检的沥青，样本数量共计1175 组。为了更合理有效地统计分析数据，本文以3 年作为一个统计单元，即将2005～2016 年共计12 个检测自然年划分为四个单元，分别为2005～2007、2008～2010、2011～2013、2014～2016 四个单元。统计描述选取的参数为样本数、平均值、标准差、最大值、最小值、中值以及第一、三四分位数等一系列参数。

2 统计结果分析

道路石油沥青（70#）主要以外委检测沥青为主，包括进口沥青与国产沥青。主要检测指标包括针入度、软化点、延度、60℃动力粘度、蜡含量及老化试验等指标[1]。下面对2005～2016 年间检测的国内外道路石油沥青（70#）品牌进行统计，见表1。

表1 2005～2016 年度道路石油沥青（70#）主要检测品牌Table 1 Main testing brands of road petroleum asphalt (70 #)from 2005 to 2016

2005～2007 年度在历年检测过程中品牌种类最多，其中国外品牌7 种，国内品牌2 种。2008 年度后，一些国外品牌陆续退出山东市场，近年来在检测过程中未见到或极少；少数品牌例如A5、B1 沥青近10 年来在山东所占市场份额稳步提高，成为山东市场主流产品。通过对比各品牌沥青性能，国内外基质沥青的指标均值个别有所差别，但总体差别不大，国内沥青产品质量已经接近国外品牌沥青。将2005～2016 年所检测的油沥青（70#）各项指标进行统计汇总，见表2。

表2 2005～2016 年道路石油沥青（70#）统计Table 2 Statistics of road petroleum asphalt (70 #) from 2005 to 2016

总体上，2005～2016 年基质沥青全部单项指标的合格率在95% 以上，但有部分样品质量欠佳。其中蜡含量不合A 级要求的沥青约占考察样品量的1.8%；延度不合A 级要求（1-3 气候分区）的占3.4%；动力粘度不合格率约为2.7%。同时，不同检测阶段的沥青质量具有一定差别，其中2008～2013 检测年度内沥青质量整体最差。统计数据显示，2008～2013 年检测阶段软化点不合格率近9%，延度不合格率为8.7%，明显高于近12 年总体检测不合格率。

2.1 三大基本指标

在2005～2016 年统计检测年限内，道路石油沥青（70#A 级）针入度、软化点、延度这三大基本指标分阶段统计汇总，如图1～图4 所示。

图1 沥青针入度箱式图Fig.1 Box diagram of penetration

图2 沥青针入度指数箱式图Fig.2 Box diagram of penetration index

图3 沥青软化点箱式图Fig.3 Box diagram of softening point

图4 沥青延度箱式图Fig.4 Box diagram of ductility

从图1 可以看出：总体上，针入度合格率在98%以上，但不同阶段略有不同。2005～2007 年针入度数值普遍略低，约有3/4 的样品数值小于68，并且箱式图较窄，即数据分布较为集中，离散性小。2008～2016 年间，三个检测阶段针入度数值略有升高，整体上升了约3（0.1mm）左右；其中2008-2013 年分布较为广泛，2014～2016 年分布较为集中，呈正态分布。

从图2 可以看出：2005～2016 年间针入度指数数值大部分为负值，整体合格率基本维持在98%，2011～2013阶段合格率最低，不合格率达到4.9%。2005～2007 年度PI 值普遍较小，约有50% 的数据在-1.5～-1.0 范围内，并且其箱式图最窄，表明沥青的感温范围最小；2007 年后PI 值有所升高，箱式图变宽，沥青整体感温性能下降。

从图3 可以看出：近12 年间软化点基本保持较为稳定的水平，合格率都在95% 以上。2005～2007 年度软化点相对较高，2007 年以后有所下降但变化幅度不大。2014～2016 年箱式图变窄，表明样品软化点分布更为集中，离散性更小。

由图4 可知：2005～2007 年延度指标数据较为离散，2007 年以后分布较为集中。以2008～2013 年度检测合格率相对最低。指标数值总体呈下降趋势，降幅约7cm～9cm，其中，近六年内基本保持稳定。

2.2 老化试验

沥青的老化试验指标由质量变化、残留物针入度比、残留延度比三个指标组成，各个阶段统计数据如图 5～图7 所示。

图5 老化试验质量损失箱式图Fig.5 Box diagram of quality loss in aging test

图6 老化残留针入度比箱式图Fig.6 Box diagram of injection ratio of aging residues

图7 老化试验残留延度箱式图Fig.7 Box diagram of residual ductility in aging test

对约1000 组沥青老化试样数据进行统计分析，结果表明沥青老化试验合格率维持了较高的水平，合格率基本维持在98%，其中2011～2013 年度老化指标的合格率相对较低。

检测结果显示，对比各阶段老化试验质量变化数值变化结果，2005 年以后数值日趋离散，但绝大部分处于±0.2% 范围内，远小于规范要求的±0.8% 的范围，并符合正态分布；2005～2007 年沥青的质量变化以正值为主，2011～2013 年质量变化以负值为主，其中2011～2013 年阶段样品中值/ 第一四分位数/ 第三四分位数数值普遍较大，近5 年间略有回升。各阶段残留针入度比2005～2013 年逐渐减小且更为离散，近5 年数值相对集中但数值仍然较小。各阶段残留延度2005～2013 年逐年下降且数据更为集中，近六年内基本保持稳定。综合以上三个指标可知，2005～2013 年阶段样品抗老化性逐渐变差，近5 年基本保持稳定。

2.3 蜡含量

图8 结果显示整体样本蜡含量指标合格率为98.2%，其中2008～2013 年度合格率相对较低。2005～2007 年度蜡含量较低，其中值/ 第一四分位数/ 第三四分位数分别为1.6/1.4/1.8， 2008～2010、2011～2013及2014～2016 年度中值/ 第一四分位数/ 第三四分位数分别为1.8/1.7/2.0、1.8/1.6/1.9、1.8/1.7/1.9，这表明自2007 年后蜡含量有所上升，增加了约0.2%～0.3%，近年来中值基本维持在1.7%左右。

图8 沥青蜡含量箱式图Fig.8 Box diagram of wax content

2.4 闪点

图9 结果显示整体样本闪点指标合格率为99.1%，但是，近12 年间，沥青闪点平均值逐渐降低，2005～2013 年间数值离散性逐年增大，近五年离散性减小。闪点数值的降低很大程度上降低了施工过程特别是热拌沥青施工过程的安全系数。沥青烟点的温度远小于其闪点，当沥青闪点较低时，在热拌沥青过程中，大量烟雾挥发，污染环境，同时，随着沥青中轻组分的大量挥发，沥青性能变差。

图9 沥青闪点箱式图Fig.9 Box diagram of flash point

综合以上沥青各指标的统计结果分析可知：相较于10 年前，沥青软化点升高，延度降低，针入度指数变大，温度敏感性降低；沥青热老化之后质量损失增大，残留延度减小，残留针入度比减小，抗老化性能降低；蜡含量提高，沥青路面易出现高温车辙、低温开裂；闪点降低，施工安全系数降低。主要是由于近年来原油酸值及硫含量升高，原油性质重质化、劣质化更为严重；原材料性能下降与炼厂利润最大化的双重作用下，炼油工艺逐渐发生变化；再者为了追求更高的利润，调和沥青、原材料以次充好，一些杂牌沥青冒充品牌沥青，甚至由各种非沥青基化工原料勾兑而成的产品冒充道路石油沥青的现象时有发生。这严重影响了沥青胶结料的路用性能，大大降低了道路工程质量。

目前道路石油沥青质量检测指标主要包括三大指标、60℃动力粘度、老化指标、蜡含量、闪点、溶解度、密度等基本指标，仅就三大指标而言，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[2]要求，针入度检测用时约3 小时，延度检测用时约3.5 小时，但往往实际施工过程中需要在较短时间内得到沥青产品性能，目前的检测方法不能完全满足施工需要；目前市场除了供应大品牌沥青还有一些小的地方炼厂生产的产品，品种繁多，产品质量良莠不齐；随着造假技术的日臻精进，一些调和沥青、化工原料勾兑的假沥青等假冒伪劣产品的各项基本指标均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的有关要求，但其混合料性能较差或者施工过程中出现诸多问题。针对以上情况，现有的检测方法已不能满足实际施工需要，需要引进新的检测方法，评价沥青性能，科学地指导工程实践。