改性瀝青針入度與PG高溫等級關(guān)系的研究

李佰昌，鄧文廣，王 涵，張 斌，郭 娜

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

改性瀝青針入度與PG高溫等級關(guān)系的研究

李佰昌，鄧文廣，王 涵，張 斌，郭 娜

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

選取利用中海油36-1瀝青制備的4種常用的中海油SBS改性瀝青，分別進行針入度分級實驗和多個溫度下的動態(tài)剪切試驗，測試瀝青的25 ℃針入度、延度、軟化點及其PG高溫指標。在綜合分析試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了中海油改性瀝青的針入度等級和PG高溫等級之間的關(guān)系。二者相關(guān)系數(shù)達0.99以上，PG等級達到76 ℃時，25 ℃針入度應(yīng)不大于66.5；PG等級達到82 ℃時，25 ℃針入度應(yīng)不大于63.0。利用針入度能夠較好地預(yù)估PG高溫等級，為生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

改性瀝青 針入度 PG分級 中海油

長久以來，許多國家和研究機構(gòu)都在探索能夠反映改性瀝青實際路面使用性能的技術(shù)指標和試驗方法。其中，美國的戰(zhàn)略公路研究計劃(Strategic Highway Research Program，SHRP)[1]提出的一套全新的瀝青性能技術(shù)指標——PG分級標準，從瀝青材料的化學(xué)和物理性質(zhì)入手，利用流變學(xué)和力學(xué)等理論，建立起瀝青材料的化學(xué)、物理性質(zhì)和實際路面使用性能之間的聯(lián)系。PG分級標準引起了世界各國的廣泛關(guān)注。

我國采用以針入度、軟化點和延度等指標來表征道路瀝青的性能[2]，主要依賴經(jīng)驗性分析的針入度和延度的大小來評價瀝青性能，作為瀝青分級的標準。PG分級體系引入我國后，應(yīng)用范圍不斷擴大，影響力也越來越大。然而，由于技術(shù)規(guī)范體系的原理和測試方法的不同，對于瀝青的評價采用不同的評價體系得到的結(jié)果有所不同[3]。這就要求對兩種評價體系之間的關(guān)系有一定的研究。

本研究以“中海油36-1”瀝青為原料，通過調(diào)節(jié)加入SBS、相溶劑的比例，制備具有代表性的中海油改性瀝青，測定其PG分級及針入度分級的性能，考察二者之間的關(guān)系，以期指導(dǎo)生產(chǎn)應(yīng)用。

1 實 驗

1.1 原 料

實驗中所用瀝青選擇中海瀝青股份有限公司蒸餾法制得的“中海36-1”AH-70基質(zhì)瀝青，其質(zhì)量評價結(jié)果如表1所示。

表1 “中海36-1”AH-70基質(zhì)瀝青的性質(zhì)

所用相溶劑為中海瀝青股份有限公司自產(chǎn)的糠醛抽出油，60 ℃運動黏度428 mm2/s，閃點238 ℃。所用SBS為LG公司生產(chǎn)的LG501。

1.2 樣品制備方法

取一定量的基質(zhì)瀝青，加入相溶劑加熱至170 ℃，再加入SBS，攪拌0.5 h；繼續(xù)升溫至190 ℃，在5 000 r/min的轉(zhuǎn)速下高速剪切0.5 h，確保溫度不高于200 ℃；保持195 ℃，繼續(xù)攪拌發(fā)育4 h，然后加入穩(wěn)定劑，攪拌0.5 h；取樣分析，測試各項指標。

1.3樣品測試方法

針入度分級測試方法按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[2]進行。PG高溫動態(tài)剪切試驗(DSR)按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[2]中T0628—2011瀝青流變性質(zhì)試驗的方法進行測試。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)以往經(jīng)驗，制備了4種常用的中海油SBS改性瀝青P1，P2，P3，P4。分析測試4種改性瀝青的常規(guī)指標，結(jié)果如表2所示。車轍因子(G*/sinδ)是評價PG分級高溫性能的重要指標依據(jù)，4種改性瀝青的車轍因子見表3。

表2 4種改性瀝青的常規(guī)指標

表3 4種改性瀝青的車轍因子

從表2可以看出：P1，P2，P3符合改性瀝青I-C的三項指標要求，低溫延度較好；P4符合改性瀝青I-D的三項指標要求，低溫延度也較好。由表3可知，P3、P4在82 ℃下的車轍因子均大于1 kPa，薄膜烘箱后車轍因子也大于2.2 kPa，具有較好的高溫性能。

以4種改性瀝青的針入度為橫坐標，76 ℃和82 ℃下的車轍因子為縱坐標作圖，結(jié)果如圖1所示。

圖1 4種改性瀝青針入度與76 ℃、82 ℃下的車轍因子的關(guān)系■—76 ℃； ▲—82 ℃。圖2同

由圖1及相關(guān)文獻[4]可知，針入度和車轍因子之間有明顯的乘冪關(guān)系。車轍因子與針入度的關(guān)系式為：

Y=AeBX

(1)

式中：Y為車轍因子，kPa，X為針入度，0.1 mm，A、B為常數(shù)。

按照關(guān)系式(1)，通過擬合得到針入度與車轍因子之間的關(guān)系，如圖2所示，擬合結(jié)果如表4所示。

圖2 4種改性瀝青針入度與76 ℃、82 ℃車轍因子的擬合曲線

表4 4種改性瀝青針入度與車轍因子的擬合結(jié)果

由圖2及表4可以看出，4種改性瀝青的25 ℃針入度與車轍因子之間有很好的乘冪關(guān)系，相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)達0.99以上。此外，根據(jù)針入度與車轍因子之間的乘冪函數(shù)，計算出PG等級達到76 ℃時，25 ℃針入度應(yīng)不大于66.5；PG等級達到82 ℃時，25 ℃針入度應(yīng)不大于63.0。

3 結(jié) 論

由中海油36-1瀝青制得的4種不同的SBS改性瀝青的針入度與車轍因子之間有很好的乘冪對應(yīng)關(guān)系，相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)達0.99以上，PG等級達到76 ℃時，25 ℃針入度應(yīng)不大于66.5；PG等級達到82 ℃時，25 ℃針入度應(yīng)不大于63.0。利用針入度能夠較好地預(yù)估PG高溫等級，為生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

[1] Anderson D A，Kennedy T W.Developmet of SHRP binder specification [J].Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists，1993，62(1)：481-507

[2] 交通運輸部.瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程:JTG E20-2011[S].北京：人民交通出版社，2011

[3] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001：60-66

[4] 陳佩茹，孫立軍.常規(guī)瀝青的針入度等級和 PG 高溫等級間的關(guān)系[J].中國公路學(xué)報，2003，16(3)：15-18

RELATIONSHIPBETWEENPENETRATIONGRADEANDHIGHTEMPERATUREPGGRADEOFMODIFIEDASPHALT

Li Baichang， Deng Wenguang， Wang Han， Zhang Bin， Guo Na

(ChinaoffshoreBitumenCo.Ltd，Binzhou，Shandong256600)

Four kinds of commonly used CNOOC SBS modified asphalt were prepared from CNOOC 36-1 asphalt.The penetration at 25 ℃，ductility，softing point and PG high temperature parameters of the 4 samples were investigated by conventional penetration tests and DSR tests under multi-temperature conditions.Based on the test results，a relationship between penetration grade and performance high temperature grade PG was established.The correlation coefficient of the relational expression is >0.99.When PG level reaches 76 ℃，the 25 ℃ penetration result should not exceed 66.5；When PG level reaches 82 ℃，the 25 ℃ penetration should not exceed 63.0.The PG high temperature levels can well be estimated according to the penetration grade.

modified-asphalt； penetration； PG grade； CNOOC

2017-03-09；修改稿收到日期：2017-04-10。

李佰昌，碩士，2014年畢業(yè)于中北大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事瀝青材料的研發(fā)工作，已發(fā)表論文6篇。

李佰昌，E-mail：libaichang09@163.com。