浅析温度对沥青针入度指标影响

浅析温度对沥青针入度指标影响

李桂花

佛山高富中石油燃烧沥青有限责任公司 广东省佛山市 528500

摘要：随着沥青温拌技术在我国大面积使用并取得良好的应用效果，其优异的路用性能得到普遍认可。温拌混合料较热 拌沥青混合料的优势之一是拥有更宽泛的拌合、摊铺、碾压温 度范围，但对掺加温拌剂的沥青感温性评价报道很少。研究温拌剂掺量对沥青感温性的影响。结果表明：随温拌剂掺量的增加，针入度指数（PI）变化没有规律性不能评价温 拌剂掺量对沥青感温性的影响；针入度黏度指数（PVN）的绝对值随温拌剂掺量增加而增大，但温拌剂掺量在 2%以上时其值超过评价范围，不能作为评价指标；沥青黏温指数（VTS）可以区分不同温度区间范围内沥青的感温性，在不合理的温度区间内得到的沥青粘流活化能无实际意义。

关键词：沥青；针入度指标；温度

沥青是一种典型的温度敏感性材料，其稠度、劲度以及粘度性质随温度变化的而变化。关于沥青感温性能评价方法的研究，世界各国科研工作者已经作了大量的工作，并提出了许多表示沥青感温性能的评价指标，例如针入度指数指标、沥青针入度-粘度指数指标、粘温指数指标和等级指数指标，但是这些方法主要以针入度、软化点等经验性指标为基础。在热、氧、光辐射、雨水等的作用下，沥青的性质会发生质量衰减，把这种沥青的质量发生的不可逆的变化叫做沥青的老化。在老化过程中，沥青的轻组分在逐渐减少，重组分在增加，导致沥青稠度增加，针入度下降，其胶体结构也在变差。

一、沥青老化的原因

引起沥青老化的原因很多，根据 Vallerga 和 Finn 等人的长期研究，沥青在沥青混合料拌和、摊铺、压实及使用过程中的老化被认为主要与以下原因有关：

1、氧化。氧化是沥青与空气中的氧发生反应，反应速度取决于沥青的化学组成特性与受热温度，温度越高，发生氧化反应的可能性和程度越大，反应结果使沥青中的轻组分向重组分转化；

2、挥发。挥发是沥青中的轻质组分在高温情况下从沥青中蒸发出来，沥青的组分构成和胶体结构发生变化，结果使沥青中轻组分减少，重组分虽然数量并没有减少，但比例却在升高，挥发现象多出现在施工阶段；

3、聚合。聚合为同类分子组合形成较大分子，引起不断老化，结果使轻组分减少，重组分增加；

4、触变性。触变性是由于在一定时间后沥青胶结料内形成结构而发上的硬化，一般发生在路面使用过程中；沥青组分离析，由于某些多孔性集料会选择性地吸收沥青中的某些成分，使沥青的油分、树脂或沥青质的组分迁移。影响沥青老化的因素有：大气、日照、温度、雨雪、环境以及交通等因素。沥青路面施工过程中的沥青老化主要是热老化。热能加速沥青分子的运动，除了引起沥青的蒸发外，并能促进沥青化学反应的加速，最终导致沥青技术性能降低。尤其在施工加热时，由于有空气中的氧参与共同作用，可使沥青性质产生严重恶化。

二、试 验

1、试验原材料。沥青：90# 基质沥青，符合 JTG F40《公路沥 青路面施工技术规范要求，其基本技术性能指标；温拌剂：市售 SAR 温拌沥青改性剂，是一种合成饱和碳氢化合物，外观为白色粉末，熔点为 110 ℃，120 ℃时可以完全融化在沥青中。见表。

2、温拌沥青的制备工艺。将温拌剂掺加到 140 ℃的基质沥青中，掺量分别为沥青质量的 0、1%、2%、3%、4%、5%，其中未掺温拌剂的为基质沥青（空白样）。采用高速搅拌机进行搅拌，速度在1500-2000 r/ min 并且保持温度在 135-145 ℃，搅拌 45 min 后，于 140 ℃保 温静止 30 min，即制得温拌沥青。

3、试验结果与分析

（1）针入度指数（PI）。目前，最常用的描述沥青感温性的指标是采用 15、25、30 ℃的针入度，根据 JTG E20《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的公式计算得到的针入度指数 PI。

PI———针入度指数。

由表可见：各拟合公式的相关系数R 均在 0.997 以上，表明相关性良好。随温拌剂掺量的增加，不同温度下的针入度均下降，并且温拌剂掺量越高，下降越大，但沥青的 PI 值没有呈规律性变化。[1]的研究结论相似。而施工过程中对于沥青温度敏感性的要求根据不同的工序而产生差异：拌合时要求沥青对温度的敏感性大；碾压时则要求沥青具有较小的温度敏感性；而在使用过程中要求沥青对于温度变化要非常不敏感。其原因为是不同温度区间内沥青的胶 体结构形态会发生变化，因此温度敏感性发生变化。评价沥青感温性的指标 PI 则是通过狭窄温度范围内的沥青粘稠度变化拟合而来，并将其简化为线性关系，对过高或过低温度区域外的推断都会产生偏差。由此可见，对沥青温度敏感性的要求在不同阶段是不相同的，也是相互矛盾的。因此表明采用 PI 指标评价温拌沥青在摊铺碾压时的感温性可能产生较大误差。

（2）针入度黏度指数（PVN）。针入度指数（PI）是由单纯的沥青针入度指标转化而来的，在采用针入度黏度指数（PVN）来评价沥青感温性。与 PI 不同，PVN 是采用 25 ℃针入度与沥青黏度指标建立起来的（本文采用沥青 135 ℃黏度，并记为 PVN25-135），并认为针入度黏度指数 PVN 的绝对值越大，沥青温度敏感性越大。

由表可知，沥青 PVN25的绝对值随温拌剂的掺量增加而增大，即随温拌剂掺量提高，其温拌沥青对温度越敏感，这与之前得到的针入度指数（PI）结论没有相关性，且在温拌剂掺量在 2%以上时，得到的 PVN25值超过高感温性沥青的 评价范围，表明采用沥青针入度黏度指数（PVN25-135）不能评价温拌沥青的感温性能。

（3）黏温指数（VTS）。除针入度指数外，道路工程中常用黏温指数（VTS）评价沥青的温度敏感性，其绝对值越大，沥青温度敏感性也越强，反之亦然。与针入度指数不同，黏温指数只采用沥青黏度指标，且可以得到不同温度范围的黏温指数见式。可以表征不同使用温度下沥青的感温性能。

可知，沥青黏度在试验温度范围内随温度的提高而下降。在不同温度条件下，温拌剂掺量对于沥青黏度有不同的影响。在 100 ℃以下时，沥青黏度随温拌剂掺量提高而增大；在 100 ℃以上时，沥青黏度随温拌剂掺量提高而减小。根据不同温度沥青黏度指标，通过公式可以得到不同 温度区间内的黏温指数，根据表可以看出，在不同温度区间内，沥青黏温指数 （VTS）绝对值均随温拌剂掺量提高而增大。其中在 100-110 ℃温度区间内，除基质沥青（温拌剂掺量为 0）外，掺加不同剂 量温拌剂的沥青黏温指数（VTS）的绝对值均为最大值，表明 在此温度区间内温拌剂颗粒处于固态-液态相变过程中。但 由于温拌剂颗粒为非晶态物质，因此相变温度不是固定温度 而是温度区间。在 120-160 ℃温度区间内，沥青黏温指数 （VTS）绝对值明显下降，表明在此温度区间温拌剂颗粒基本 完全融化，并在 135-160 ℃温度区间内，掺加温拌剂的沥青黏温指数总体低于基质沥青，表明温拌剂颗粒与沥青完全融合后其感温性才会下降。对于实际施工过程中确定拌合对于施工过程中确定拌合、摊铺、碾压温度有实际意义。

结 论

（1）随温拌剂掺量的提高，针入度指数（PI）指标变化没有规律性，不能评价温拌剂掺量对于沥青感温性的影响；针入度指数（PVN）指标随温拌剂掺量提高而增大，但温拌剂掺量在 2%以上时其值超过评价范围，表明采用该指标不能评价温拌 沥青的感温性能。

（2）根据沥青在不同温度下旋转黏度得到的沥青黏温指 数（VTS）指标可以区分不同温度区间范围内沥青的感温性， 并可以初步判断出颗粒温拌剂相变温度范围。对于施工过程 中确定拌合、摊铺、碾压温度有实际意义。

参考文献：

[1] 王岚，胡江三，陈刚.聚合物改性沥青细观结构及高温性能试验 研究[J].公路工程，2019（5）：39-43.

[2] 陈佩茹，刘炤宇.关于沥青感温性指标的讨论[J].交通运输工程学 报，2019（2）：23-26，66.

[3] 陈华鑫，李宁利，张争奇.沥青材料的感温性分析[J].长安大学 学报（自然科学版），2019，26（1）：8-11.