第一篇：用瀝青三大指標(biāo)判定蠟含量對(duì)道路瀝青的影響

用瀝青三大指標(biāo)判定蠟含量對(duì)道路瀝青的影響

文章來源： 發(fā)布人：匿名投稿瀏覽：96發(fā)布時(shí)間：2011-08-04

孫永忠

山東鄆城中海瀝青有限公司（山東:255425）

【摘 要】：本文從道路瀝青中蠟含量的存在與道路瀝青結(jié)構(gòu)組成的關(guān)系說明了瀝青中蠟含量對(duì)路用性能的影響，從而尋找一種簡(jiǎn)便方法判定瀝青質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】：道路瀝青、蠟含量、路用性能。

一、前言：國(guó)家拉動(dòng)內(nèi)需加大對(duì)農(nóng)村公路的投資建設(shè)，瀝青混凝土路面也越來越被得到了縣鄉(xiāng)公路的廣泛應(yīng)用，經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)有許多地方道路建設(shè)管理部門卻是以交通地方道路管理處組建臨時(shí)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)縣鄉(xiāng)道路建設(shè)的統(tǒng)籌安排，在道路瀝青材料采購(gòu)上主要委托一些道路瀝青經(jīng)銷商采購(gòu)，由于缺少必要的化驗(yàn)設(shè)備，只是按照經(jīng)驗(yàn)習(xí)慣對(duì)瀝青的三大指標(biāo)化驗(yàn)分析，經(jīng)化驗(yàn)三大指標(biāo)合格的瀝青應(yīng)用于瀝青混凝土路面施工現(xiàn)場(chǎng)就出現(xiàn)了車轍、擁抱、露骨、松散、隆起現(xiàn)象更無法談起其抗車轍及老化性能了，因此我們尋找一條簡(jiǎn)便的化驗(yàn)方法，盡量保證道路瀝青的質(zhì)量，減少對(duì)道路瀝青的化驗(yàn)設(shè)備投資，確保道路瀝青的路用性能是非常有必要的。雖然它不能完全十分準(zhǔn)確的判定道路瀝青的全部路用性能，但對(duì)道路瀝青的內(nèi)在質(zhì)量許能夠提供較準(zhǔn)確的依據(jù)。為瀝青混凝土路面施工質(zhì)量得到有效保證。

二、道路瀝青的選擇：

1：隨著社會(huì)的發(fā)展，瀝青生產(chǎn)企業(yè)的原料已進(jìn)入一個(gè)多資源、多渠道性，由于道路瀝青本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，單憑過去的對(duì)瀝青經(jīng)驗(yàn)性化驗(yàn)三大指標(biāo)已不能夠完全直接體現(xiàn)瀝青本身在路上應(yīng)用的全部性質(zhì)、針入度25℃時(shí)有同樣性能的瀝青，在高溫或低溫下可能有很大差別，不能反映瀝青在使用溫度之間內(nèi)的性能。由于道路的瀝青的針入度合格范圍較寬，70#、90#道路瀝青低值與高值接近，再加上化驗(yàn)誤差，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，非牛頓流體瀝青的粘度與剪切速率有關(guān)，瀝青針入度不同，在測(cè)定過程中剪切速率也不同，通過這些規(guī)格指標(biāo)不能得到與石料拌和時(shí)的溫度和路面壓實(shí)溫度。瀝青用量雖然約占瀝青混合料的5%但瀝青的作用顯著，對(duì)于瀝青混凝土路面抗疲勞斷裂瀝青的貢獻(xiàn)約占60%，對(duì)抗車轍變形約占40%對(duì)抗低溫干裂約占85%，因此，瀝青的用量對(duì)提高路面抗疲勞壽命十分重要，但是過多的瀝青用量會(huì)導(dǎo)致熱穩(wěn)定性不足，因此，提高瀝青混凝土中有限的瀝青用量，瀝青質(zhì)量是延長(zhǎng)路面壽命的一個(gè)關(guān)鍵。2：如何評(píng)定道路瀝青的質(zhì)量。

評(píng)定道路瀝青的質(zhì)量如何，關(guān)鍵在于道路瀝青的膠體體系性質(zhì)，而膠體的穩(wěn)定性又與瀝青的化學(xué)組成密切相關(guān)，按照膠體結(jié)構(gòu)理論，認(rèn)為瀝青質(zhì)是液態(tài)組分的增稠劑，膠質(zhì)對(duì)改善瀝青質(zhì)的延伸度有顯助效果，芳香分對(duì)瀝青質(zhì)有較好的膠溶作用形成穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，而飽和分則是軟化劑歸拿起來，各組分對(duì)瀝青性質(zhì)影響大致比例： 飽和分13%-31%，芳香分32%-60%，膠質(zhì)19%-39%，瀝青質(zhì)是6%-15%。一般認(rèn)為AH-70#道路瀝青四組分較理想搭配大致是，飽和分10%-12%，芳香分48%-55%，膠質(zhì)25%-30%，而瀝青質(zhì)在6%-10%。瀝青中芳香分含量提高對(duì)瀝青的適度有很大幫助，尤其對(duì)保證薄膜烘箱后有足夠的延伸度起的作用很大。

雖然瀝青的四組分沒有蠟含量的存在和要求，從國(guó)內(nèi)外的研究可以看出，蠟對(duì)瀝青性能的影響，不僅僅是蠟的含量，更主要的是蠟在瀝青中的結(jié)晶形態(tài)和蠟的類型。由于蠟對(duì)道路瀝青使用性能的影響看法不一，只有歐洲部分國(guó)家，如德國(guó)、意大利、法國(guó)、歐盟最新道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)中，蠟含量為必側(cè)項(xiàng)目之一。其限值最低要求小于2%。我國(guó)只是對(duì)重交通道路瀝青質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)增設(shè)蠟含量指標(biāo)。之所以一些縣鄉(xiāng)道路建設(shè)工程中選擇道路瀝青時(shí)，對(duì)瀝青其三大指標(biāo)（軟化點(diǎn)、針入度、延伸度）都是依據(jù)70#或9#質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)做普通道路瀝青應(yīng)用路面工程而忽略蠟含量其主要原因是全面分析道路瀝青的質(zhì)量指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)儀器復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)條件控嚴(yán)格等原因。3：蠟對(duì)瀝青性能影響

瀝青工作者長(zhǎng)期以來對(duì)瀝青蠟問題做了一系列深入的研究,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)瀝青中的蠟含量較低（小于2%-3%）時(shí)，蠟一般不含形成結(jié)晶而是溶解在油分中，由于蠟本身的粘度較小，因而能降低分散相的粘度有利于使瀝青呈現(xiàn)溶膠型，這種處于溶解狀態(tài)的蠟對(duì)瀝青的性能沒有顯著影響。當(dāng)瀝青中蠟含量較高時(shí)，蠟結(jié)晶形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使瀝青向凝膠型發(fā)展，這種膠體體系很不穩(wěn)定，具有明顯觸變性。由于蠟形成了結(jié)晶骨架，會(huì)使瀝青具有屈服應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在一定的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)可能提高瀝青的強(qiáng)度，隨著溫度降低，蠟結(jié)晶形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙膠質(zhì)的玻璃化，增加瀝青的剛性，使瀝青彈性模量和粘度增大。如果繼續(xù)降溫蠟的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)會(huì)增加瀝青的脆性。蠟的存在會(huì)增加瀝青的溫度敏感性。當(dāng)瀝青與集料拌合時(shí)蠟存在會(huì)降低瀝青對(duì)集料的粘附性，冷卻后蠟易擴(kuò)散到瀝青表面出現(xiàn)泛油現(xiàn)象。4：蠟對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響。

含蠟瀝青受蠟含量和熔點(diǎn)的影響對(duì)瀝青軟化點(diǎn)有較大影響，含有高熔點(diǎn)蠟的瀝青軟化點(diǎn)會(huì)有所上升。蠟對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響相當(dāng)復(fù)雜，其影響程度不僅取決于制備瀝青的油源和生產(chǎn)工藝，同時(shí)也取決于蠟的種類及蠟在瀝青中的形態(tài)。瀝青中蠟從結(jié)構(gòu)上可分為飽和蠟和芳香蠟，不同形成的蠟對(duì)瀝青的性能和影響是不一樣的。

石油大學(xué)重質(zhì)油研究所對(duì)4種不同基屬原油生產(chǎn)的道路瀝青中蠟影響研究發(fā)現(xiàn)，無論是飽和蠟或芳香蠟，隨著蠟含量增加，瀝青的針入度增加，15℃延伸度減小。飽和蠟的影響大于芳香蠟。撫順石油化工研究院對(duì)大慶和遼河兩家瀝青中蠟的影響研究發(fā)現(xiàn)，飽和蠟對(duì)兩種瀝青針入度影響呈相同規(guī)律性，但芳香蠟影響相反，兩種蠟對(duì)10℃時(shí)的延伸度影響規(guī)律雖然相同，但是影響程度則不同。對(duì)高溫性能影響規(guī)律也呈現(xiàn)相反趨勢(shì)?？梢姴煌突虿煌に嚪椒ㄉa(chǎn)的瀝青其中蠟對(duì)其性能影響與蠟的化學(xué)結(jié)構(gòu)、含量等密切相關(guān)，決不能一概而論。

瀝青中蠟大部分是以微晶蠟和無定形蠟，按照蠟的點(diǎn)滴分類，瀝青中的蠟可分為低點(diǎn)滴蠟，即滴點(diǎn)小于45℃軟蠟，和高點(diǎn)滴蠟，即滴點(diǎn)為45℃-60℃硬蠟。當(dāng)近60℃硬蠟存在于瀝青中時(shí)，瀝青的軟化點(diǎn)和針入度質(zhì)量指標(biāo)在測(cè)定時(shí)，從數(shù)值上無多大影響。5：蠟在瀝青混合料中對(duì)路用性能影響。

瀝青路面要經(jīng)受一年四季的考驗(yàn)和車載不同、車速行駛，我國(guó)南北方溫差較大，瀝青混凝土路面隨著溫度的高低而發(fā)生性質(zhì)變化。高溫穩(wěn)定性始終是瀝青路面最基本的路用性能，車轍變形仍然是瀝青路面最主要的損壞形式。瀝青做為黏彈性材料，在高溫條件下瀝青由于彈性體向塑性體轉(zhuǎn)化，抗變性能急劇下降，尤其對(duì)許多密實(shí)型的密級(jí)配瀝青混凝土來說，粗集料是呈懸浮性結(jié)構(gòu)狀態(tài)，相互嵌擠作用相當(dāng)有限，瀝青結(jié)合材料的高溫勁度就起到更為重要作用，由于蠟含量存在高溫季節(jié)路面60℃以上的溫度下，瀝青的軟化點(diǎn)和粘度壽命會(huì)下降，就會(huì)出現(xiàn)車轍、擁抱等永久變形。

蠟在低溫下結(jié)晶析出，增加了瀝青的不均勻性導(dǎo)致瀝青的極限拉伸密度和延度減小，容易造成低溫發(fā)脆開裂。

蠟的結(jié)晶及熔化過程會(huì)使一些測(cè)定指標(biāo)出現(xiàn)假象，使瀝青性質(zhì)發(fā)生突變。

三：利用簡(jiǎn)便方法判定蠟含量及瀝青質(zhì)量。高溫法測(cè)定軟化判定法：

1：由于蠟在受溫度影響而變化。瀝青軟化點(diǎn)是反映瀝青的高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，瀝青的軟化點(diǎn)和60℃的粘度及針入度密切相關(guān)，軟化點(diǎn)越高60℃運(yùn)動(dòng)粘度就越大，針入度就隨著下降，因此在選擇瀝青時(shí)在質(zhì)量指標(biāo)范圍內(nèi)選擇高化點(diǎn)、高粘度、低針入度的瀝青。

2：當(dāng)量軟化點(diǎn)判定法：

由于我國(guó)原油生產(chǎn)的瀝青中蠟含量偏高，影響了軟化點(diǎn)測(cè)定，主要是軟化點(diǎn)的測(cè)定值與試樣的預(yù)處理方法，時(shí)間、水溶的攪拌、加熱速率、測(cè)溫方法及升溫速度密切相關(guān)，而蠟含量偏高在溶解過程中會(huì)吸收一部分熱量，從而測(cè)定的軟化點(diǎn)不夠準(zhǔn)確，一般是偏高，因此，針對(duì)這一問題，對(duì)軟化點(diǎn)進(jìn)行了修正，并提出了用修正的軟化點(diǎn)T800代替軟化點(diǎn)，而將修正的軟化點(diǎn)稱為當(dāng)量軟化點(diǎn)，所謂當(dāng)量軟化點(diǎn)是指針入度800（0.1mm）時(shí)溫度，用T800表示。當(dāng)量軟化點(diǎn)是“八五”攻關(guān)成果中提出的一項(xiàng)評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料高溫性能的指標(biāo)。采用當(dāng)量軟化點(diǎn)的目的主要是為了消除瀝青結(jié)合料中的蠟對(duì)其軟化點(diǎn)測(cè)定所帶來的偏差。

2.9031-K 1g800-K

在計(jì)算當(dāng)量軟化點(diǎn)時(shí)，分別測(cè)定瀝青式樣在15℃、25℃和30℃時(shí)的針入度，把3個(gè)針入度數(shù)值按1gP=At+k進(jìn)行線性回歸（式中P為溫度t時(shí)的針入度，A為溫度敏感系數(shù)，K為常數(shù)），求出A和K：代入式：

A A

T800= =

即可求出當(dāng)量軟化點(diǎn)T800，回歸系數(shù)r要求不小于0.997，如果r小于0.997，重新分析瀝青針入度直至回歸系數(shù)r不小于0.997。

因此，當(dāng)量軟化點(diǎn)T800可以根據(jù)幾個(gè)溫度下的針入度求得，而針入度實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，可較為精確測(cè)定。實(shí)際當(dāng)量軟化點(diǎn)發(fā)揮了軟化點(diǎn)功能，具有軟化點(diǎn)表示瀝青高溫性能的全部?jī)?yōu)點(diǎn)又克服了蠟含量高對(duì)于瀝青的影響，因?yàn)闇y(cè)定30℃及30℃以下溫度的針入度時(shí)，瀝青中絕大部分的蠟尚處于結(jié)晶狀態(tài)，不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用T800代替軟化點(diǎn)表示瀝青高溫時(shí)路用性能是比較好的。3：利用當(dāng)量軟化點(diǎn)與PI值計(jì)算式判定。

明確采用T800作為道路瀝青高溫性能指標(biāo)后，我國(guó)根據(jù)各地氣候?qū)ψ钚I的要求提出了最低T800值的要求，而最低T800值由所使用的瀝青針入性和所在地區(qū)的最小PI值的按下式計(jì)算。50×（2.9031-1gP25）×(PI-10)20-PI

T800=

+25

當(dāng)量軟化點(diǎn)是為了減小蠟對(duì)評(píng)價(jià)道路瀝青的指標(biāo)的影響提出來的，雖然它能很好的評(píng)價(jià)道路瀝青的高溫性能，但也應(yīng)該注意當(dāng)量軟化點(diǎn)并不完全代替軟化點(diǎn)，它的本質(zhì)仍然是針入度指數(shù)。例如：當(dāng)量軟化點(diǎn)的高低能夠充分地反映其高溫抗車轍性能，但是如果兩種瀝青的針入度不同，僅僅比較當(dāng)量軟化點(diǎn)就得出結(jié)論，就說那種瀝青的高溫性能好是不合適的。實(shí)際上軟化點(diǎn)附近瀝青的流動(dòng)行為很復(fù)雜，雖然沒有明顯的熔融相變溫度點(diǎn)，但是在軟化點(diǎn)以下瀝青表現(xiàn)出的膠體結(jié)構(gòu)特征即在軟化點(diǎn)附近。膠體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定易受外力破壞，而放置后有恢復(fù)，稱為觸變性。在軟化點(diǎn)以上，瀝青表現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)。據(jù)研究表明，瀝青軟化點(diǎn)與其四組分存在如下關(guān)系：

Tsp=1.19At-0.671R-0.682Ar-0.00838s+83.6 式中At、R、Ar和S分別是瀝青中的瀝青質(zhì)，膠質(zhì)、芳香分和飽和分的百分?jǐn)?shù)，由式中可以看出，瀝青質(zhì)是提高瀝青軟化點(diǎn)的主要組分，而其它三個(gè)組分卻是負(fù)影響，其中飽和分最小，但是含蠟瀝青受蠟含量和熔點(diǎn)影響，含有高熔點(diǎn)蠟的瀝青的軟化點(diǎn)會(huì)有所升高。4：高、中、低溫延伸判定法。

瀝青延伸度檢驗(yàn)是一項(xiàng)常用的檢驗(yàn)瀝青質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)方法，延伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果反映了瀝青各組成部分的內(nèi)在聯(lián)系，因此，是決定瀝青性能的重要因素，人們認(rèn)為低溫延度和針入度是裂縫和剝落的直接因素，當(dāng)延度下降時(shí)，路面裂縫就增加，同時(shí)針入度相同的材料延度大的明顯使用效果好。延度實(shí)驗(yàn)基本上是反映在一定溫度條件下，瀝青受一定應(yīng)力作用所產(chǎn)生的塑性變形是瀝青內(nèi)聚力的衡量，而實(shí)用上又常把延度作為瀝青與其他材料（集料）粘附力相關(guān)的指標(biāo)，普遍認(rèn)為，延度反映了瀝青感溫性，PI大的瀝青高溫延度不一定大，但低溫延度可能較大，相反PI小的瀝青高溫延度大，隨溫度降低延度喪失的越快，瀝青延度與瀝青的感溫性剪切敏感性，膠體結(jié)構(gòu)、粘彈性籌有密切聯(lián)系。簡(jiǎn)單化驗(yàn)方法判定如下：

制取多個(gè)瀝青延度化驗(yàn)試樣，分別在25℃、15℃、10℃、5℃、0℃5種不同溫度下拉伸實(shí)驗(yàn)延度，當(dāng)25℃或15℃時(shí)一般多數(shù)瀝青的延伸度變化不大，都能大于100cm或150cm是合格的，當(dāng)降到10℃時(shí)瀝青延度下降很快，有的試樣會(huì)降到20cm以下甚至不到10cm，瀝青試樣在不同的溫度下拉伸斷裂時(shí)通常如下圖所示4種形狀 圖中A型為常溫下瀝青試件拉伸斷裂時(shí)常見的形狀在拉伸過程中、試件中央部位呈現(xiàn)均勻的細(xì)絲狀，最終拉伸部在中央附近斷裂延度大于10cm，此種類型B型拉伸時(shí)中央部位變細(xì)成為尖端狀并在尖部斷裂，延度小于5cm呈此種類型。C和D試件拉伸很短即在中部或端部斷裂斷面與拉伸方向幾乎垂直其不同點(diǎn)是：C型斷裂用延度實(shí)驗(yàn)儀幾乎測(cè)不出來，伸長(zhǎng)量通常小于2mm，D型伸長(zhǎng)量較C型長(zhǎng)，可達(dá)10mm。

A型和B型屬于粘性破壞，這是瀝青在較高溫度區(qū)域?yàn)r青分子間可以自由流動(dòng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度大于10℃拉伸速度速率為5cm/min時(shí)除極個(gè)別蠟含量高的瀝青外；幾乎所有瀝青都會(huì)呈現(xiàn)A型或B型破壞，而在5℃實(shí)驗(yàn)時(shí)，只有少數(shù)瀝青呈現(xiàn)A型破壞，大部分瀝青呈現(xiàn)B型破壞。C型是在“硬玻璃態(tài)”溫度范圍內(nèi)的破壞，此時(shí)分子鏈被凍結(jié)，拉伸時(shí)應(yīng)力迅速增加到最大值，立即發(fā)生斷裂，而D型是“軟玻璃態(tài)”溫度范圍內(nèi)（接近于玻璃態(tài)脆化點(diǎn)）內(nèi)的應(yīng)力破壞。此時(shí)，瀝青分子鏈斷裂前可以發(fā)生微小的流動(dòng)，破壞仍以脆性為主。當(dāng)拉伸溫度降低到0℃時(shí)，只有少數(shù)瀝青呈現(xiàn)D型破壞。大部分瀝青表現(xiàn)為C型破壞。

通過大量實(shí)驗(yàn)證明在10℃時(shí)，延伸度大于20cm時(shí)瀝青蠟含量基本都在3%以下，在5℃時(shí)延伸度越長(zhǎng)的瀝青薄膜烘箱試驗(yàn)后抗老化實(shí)驗(yàn)卻比較好。

五、結(jié)束語(yǔ)：

瀝青中的組分很多，其結(jié)構(gòu)也不同性質(zhì)各異，不同的組分隨著溫度的變化在瀝青中的變化是不同的，通過以上的實(shí)驗(yàn)和分析利用經(jīng)驗(yàn)性的化驗(yàn)瀝青三大指標(biāo)，只是在缺少必要的化驗(yàn)儀器或回避其它化驗(yàn)復(fù)雜的情況下，淺嘗輒止的探索了一條路子，在實(shí)際工作中我們以優(yōu)質(zhì)瀝青試樣做參照，以高溫軟化和超低溫延伸來限制瀝青中蠟含量對(duì)判定瀝青性能或許為某些瀝青化驗(yàn)人員工作中提供部分借鑒。