不同温度组合对沥青针入度指数的影响

张宜寒

(中海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东 青岛 266500)

近几年来,随着交通、运输事业的迅猛发展,对沥青材料提出了较高的要求，即高温不流淌,低温不脆裂。因此,人们将关注道路沥青材料性质的热点由沥青的蜡含量指标转向沥青的感温性指标。所谓沥青感温性是沥青随温度变化而发生性质变化的程度,沥青性质随温度变化幅度小,则沥青的感温性好,反之则感温性差。

1 沥青感温性

目前，表征沥青感温性有多种表达方式,如针入度指数(PI)、黏度指数、黏温指数等,国内较多使用的是由PI表征沥青的感温性。

PI的计算有多种方法[1]，国内常用的计算方法是采用回归曲线计算法，方法如下：

将3个或3个以上不同温度条件下测试的针入度值取对数，令y=lgP,x=T,按公式(1)的针入度对数与温度的直线关系，进行y=a+bx一元一次方程的直线回归，求取针入度温度指数AlgPen。

lgP=K+AlgPen×T

(1)

式中：T为实验温度(℃)；lgP为不同温度条件下测得的针入度值的对数；K为回归方程的常数项a；AlgPen为回归方程的系数b。

按公式(1)回归时必须进行相关性检验，直线归回相关系数R不得小于0.997(置信度95%)，否则，试验无效。

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

(2)

按公式(2)确定沥青的针入度指数，并记为PI。

按照交通部JTG E20-2011中T0604要求，在测定针入度指数PI时，按同样方法在 15 ℃、25 ℃、30 ℃(或 5 ℃)3个或3个以上(必要时增加 10 ℃、20 ℃ 等)温度条件下分别测定沥青的针入度，但用于仲裁试验的温度条件应为5个。

因此本实验从温度的选取入手，按上述要求选取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个温度组合进行PI计算，将所得数据比较，并对结果进行讨论。

2 试样与仪器

1)试样：70#沥青 110#沥青。

2)仪器

恒温水浴：金星仪器有限公司生产的DHW-2A型低温恒温水浴。

针入度仪：大连远东兴针入度自动测定仪。

标准针: 标准针应由硬化回火的不锈钢制造，钢号为440-C或等同的材料

针入度皿：直径 55 mm，深度 35 mm。

温度计：刻度范围在0～50 ℃，分度值为 0.1 ℃ 的温度计。

3 结果与讨论

将70#沥青、110#沥青分别倒入6个直径为 55 mm，深度为 35 mm 的针入度皿。在空气中放置 1.5 h 后，分别放入 5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃ 的水浴中冷却 1.5 h，然后进行针入度测定。选取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个温度点进行PI计算。

3.1 70#沥青针入度分析结果与PI计算

统计70#沥青的针入度结果，统计结果见表1。

表1 70#沥青针入度结果

对每组70#沥青分别选取不同温度组合进行PI计算，计算结果见表2。

表2 70#沥青不同温度组合PI结果

将7组70#沥青在不同温度组合下的PI值制成折线图，见图1。

3.2 110#沥青针入度分析结果与PI计算

统计110#沥青的针入度结果，统计结果见表3。

图1 70#沥青在不同温度组合下的PI折线图

表3 110#沥青针入度结果

对每组110#沥青分别进行选取不同温度组合的PI计算，计算结果见表4。

表4 110#沥青不同温度组合的PI 结果

将七组110#沥青在不同温度组合下的PI值制成折线图，见图2。

图2 110#沥青在不同温度组合下的PI折线图

3.3 讨论

从图1可看出，对于70#沥青而言，选取的温度组合中含有 30 ℃ 时，其PI值基本在-1.7～-1.9之间，较为稳定。而选取的温度组合中含有 5 ℃ 时，其中有四组PI值在-1.2～-1.5之间，两组PI值在-1.7～-1.9之间，PI值变化较大，整体呈偏高趋势。

从图2可看出，对于110#沥青而言，选取的温度组合中含有 30 ℃ 时，其PI值基本在-1.8～-2.1之间，较为稳定。而选取的温度组合中含有 5 ℃ 时，其中有两组PI值在-1.1～-1.3之间，两组PI值在-1.8～-1.9之间，三组PI值在-2.1～-2.3之间， PI值变化较大，较不稳定。

通过两种沥青的试验发现，带有 30 ℃ 的温度组合PI值较为稳定，带有 5 ℃ 的温度组合PI值很不稳定。

对其不稳定的原因进行分析如下：

从公式的角度来看，5 ℃ 为针入度温度关系诺模图[2]的第一个点，第一点较大程度的影响回归直线的整体走向，也就是影响了回归直线的系数AlgPen，而系数的大小也正决定了PI值的大小。

在PI计算过程中，5 ℃ 的针入度值极大程度的影响着回归曲线的感温系数以及针入度指数，即使是一个单位的误差也会对针入度指数造成较大影响。比如，在进行110#沥青针入度指数计算时，5 ℃ 的针入度为9.4，取值为9，在(5，10，15，20，25)的PI为-1.81，倘若直接以9.4带入计算PI值为-1.72，达到了合格标准。由此可见，数值的取舍导致了如此大的误差，以至影响了样品的合格与否。所以建议在PI计算过程中 5 ℃ 针入度保留小数点后一位进行计算。另外，5 ℃ 与实验室温度差最大，控温难度较大，误差相对其他温度点较大。

4 结语

1)带有 5 ℃ 的温度组合的PI结果稳定性不好。

2)在PI计算过程中第一个温度点的的针入度值较大程度地影响着回归曲线的感温系数以及针入度指数。除非在具有良好的控温条件下，建议在PI计算过程中 5 ℃ 针入度保留小数点后一位进行计算，或者直接不采用 5 ℃ 温度点。

3)与常规试验相比，PI试验过程所需时间长，实验量较大，需要严格的温度控制，计算较复杂。