影響瀝青針入度試驗結(jié)果的因素分析

張 永

(廣東交科檢測有限公司，廣州 510550)

0 引言

近年來，隨著公路建設行業(yè)迅猛發(fā)展，高速公路里程規(guī)模不斷增長，瀝青路面也越來越普遍。瀝青作為路面工程的重要原材料，其質(zhì)量直接關系到整個工程的成敗。根據(jù)我國公路行業(yè)相關規(guī)范，進場瀝青每批次均需要進行質(zhì)量檢驗，其中瀝青針入度試驗是檢驗瀝青針入度指標的常規(guī)試驗方法。筆者通過比對試驗，發(fā)現(xiàn)要將瀝青針入度試驗做到準確無誤并不是一件容易的事情，試驗過程中往往由于試驗設備、試驗環(huán)境、人員業(yè)務水平等因素影響，導致試驗結(jié)果產(chǎn)生一定偏差。

1 針入度概述

目前在世界范圍內(nèi)具有代表性的道路瀝青的評價體系主要有三種，即針入度分級體系、粘度分級體系和PG分級體系。

道路瀝青的針入度分級體系是根據(jù)瀝青針入度的大小確定瀝青所適應的氣候條件和載荷條件。針入度分級體系的主體是人們所熟悉的拉(延度)、扎(針入度)、落(軟化點)，輔以瀝青的安全性指標閃點、瀝青的純度指標溶解度、瀝青的抗老化性能指標薄膜烘箱試驗和對生產(chǎn)瀝青所用原油的約束性指標蠟含量等，構(gòu)成了瀝青的針入度分級體系。

在針入度分級體系中，瀝青針入度試驗是測定瀝青稠度的標準方法。25℃的針入度給出了接近年平均使用溫度下瀝青的稠度，研究結(jié)果表明，瀝青在25℃的針入度下降至20以下時，會出現(xiàn)嚴重的路面開裂，當瀝青的針入度大于30時，將具有高抗開裂性能。針入度越大，表示瀝青越軟，軟化點低，高溫性能隨針入度增加而降低，低溫性能反之。

目前我國公路行業(yè)瀝青針入度指標采用的標準試驗方法是《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)中的T 0604-2011。

2 比對試驗

比對試驗能夠有效檢驗試驗室設備、環(huán)境、人員之間的差異，找到試驗過程存在的問題，采取措施進行糾正，從而提高試驗檢測水平和數(shù)據(jù)的準確性。為了比較不同設備、不同試驗場所環(huán)境、不同人員對針入度試驗結(jié)果造成的影響，取同一品牌、同一規(guī)格、同一批次的瀝青若干，分別按下列方案進行比對試驗。

2.1 試驗室之間、不同試驗人員間比對

試驗室編號分別為A、B、C，試驗人員編號分別為1、2、3，試驗人員1、2、3對應在試驗室A、B、C內(nèi)完成瀝青針入度試驗。

表1 試驗室之間、不同試驗人員比對結(jié)果

2.2 試驗室之間、同一試驗人員比對

試驗室編號分別為A、B、C，試驗人員編號為1，試驗人員1分別在試驗室A、B、C內(nèi)完成瀝青針入度試驗。

表2 試驗室之間、同一試驗人員比對結(jié)果

2.3 同一試驗室、不同試驗人員間比對

試驗室編號為A，試驗人員編號分別為1、2、3，試驗人員1、2、3均在試驗室A內(nèi)完成瀝青針入度試驗。

表3 同一試驗室、不同試驗人員間比對結(jié)果

3 比對結(jié)果分析

采用穩(wěn)健(Roust)統(tǒng)計方法對上述三種比對方案的針入度試驗進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，以Z比分數(shù)對試驗結(jié)果作出評價可以看出，按不同比對方案進行試驗得出的試驗結(jié)果存在不同程度的偏差。比對偏差情況具體如下：

(1)同一品牌、同一規(guī)格、同一批次樣品，試驗室之間不同試驗人員進行針入度試驗，同時受人員、環(huán)境、儀器因素的影響，得出的試驗結(jié)果相差較大。

(2)同一品牌、同一規(guī)格、同一批次樣品，試驗室之間同一試驗人員進行針入度試驗，受環(huán)境、儀器因素影響，得出的試驗結(jié)果相差較小。

(3)同一品牌、同一規(guī)格、同一批次樣品，同一試驗室不同試驗人員進行針入度試驗，受人員因素影響，得出的試驗結(jié)果相差最小。

根據(jù)以上情況進行分析，試驗結(jié)果偏差主要是由設備精度、試驗環(huán)境溫度控制、人員業(yè)務水平差異三個方面的因素造成的。但由于參加比對試驗的試驗人員均具備理論和實操的培訓，均按試驗規(guī)程進行操作，人員操作水平造成的偏差相對較小，而不同試驗室試驗設備和試驗環(huán)境溫度控制的差異所造成的影響相對較大。

4 影響試驗結(jié)果因素分析

4.1 設備因素

試驗設備的精度對針入度試驗結(jié)果的準確性起著關鍵的作用。

4.1.1 控溫裝置

瀝青針入度試驗對溫度的控制要求較高。瀝青針入度試驗標準試驗條件溫度為25℃±0.1℃，水溫的控制裝置是恒溫水槽，如果水溫控制不準確，得出的試驗結(jié)果將會產(chǎn)生較大的偏離。

4.1.2 貫入荷重

試針、連桿以及砝碼標準荷重100g±0.05g，如果荷重偏大或偏小，試驗結(jié)果對應會偏大或偏小。

4.1.3 試針光潔度

標準針采用硬化回火的不銹鋼制成，洛氏硬度HRC54～60，表面粗糙度0.2～0.3μm。如果試針光潔度不夠，針尖出現(xiàn)損壞，摩擦系數(shù)增加了，將會導致檢測結(jié)果偏小。

4.1.4 貫入時間

針入度試驗標準貫入時間為5s，如果貫入時間不準確，時間偏長或偏短會導致試驗結(jié)果對應偏大或偏小。

4.1.5 減少試驗設備造成偏差的措施

(1)選擇質(zhì)量良好的廠家生產(chǎn)的試驗設備。

(2)選擇具備資質(zhì)且信譽良好的計量單位進行儀器標定。

(3)加強儀器設備的日常維護保養(yǎng)。

4.2 環(huán)境因素

4.2.1 試驗室環(huán)境

針入度試驗是在標準水溫下進行的，試驗室的環(huán)境溫度對水溫的溫度有一定的影響。

4.2.2 養(yǎng)護環(huán)境

灌模后的針入度試樣應根據(jù)盛樣皿的大小在15℃～30℃室溫中按冷卻試件靜置冷卻規(guī)定的時間后，移入保持標準試驗溫度±0.1℃的恒溫水槽養(yǎng)護規(guī)定的時間。冷卻或養(yǎng)護時間不足，可能會使試樣內(nèi)部溫度未完全達到試驗標準溫度，導致試驗結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。

4.2.3 減少試驗環(huán)境造成偏差的措施

(1)試驗操作室安裝空調(diào)，對氣溫進行調(diào)節(jié)，使室內(nèi)溫度盡量接近試驗溫度。

(2)采用經(jīng)檢定合格的溫度計，檢驗恒溫水槽中的水溫，當出現(xiàn)偏差時對溫度進行修正。

(3)按試驗規(guī)程要求的時間，對灌模試樣進行冷卻和養(yǎng)護。

4.3 人員因素

4.3.1 理論

試驗規(guī)程是指試驗的規(guī)則和流程，是對試驗過程的要求和規(guī)定，只有掌握了正確的試驗操作程序，才能使試驗的實際操作更加規(guī)范，試驗結(jié)果更加準確。理論知識不牢固，違反試驗規(guī)程操作，會導致試驗失敗。

4.3.2 實操

試驗過程的實際操作非常重要，即使掌握了書面上的理論知識，但沒有規(guī)范的操作方法也可能會導致得到錯誤的試驗結(jié)果。比如：灌模的時候不連貫致使氣泡混入，瀝青在烘箱中加熱溫度過高、加熱時間過長、反復加熱造成瀝青老化，均會導致試驗結(jié)果不準確。

4.3.3 減少人員方面造成偏差的措施

(1)加強日常試驗規(guī)程等理論知識的學習。

(2)加強日常試驗操作的聯(lián)系，從實踐中積累經(jīng)驗。

5 結(jié)語

通過瀝青針入度試驗的三種比對方案結(jié)果，分析發(fā)現(xiàn)試驗設備、試驗環(huán)境和人員等因素對針入度結(jié)果造成了不同程度的影響。針對各種因素提出相應的解決措施，從而提高試驗檢測結(jié)果的準確性，并以此進一步加深對針入度試驗的認識。

本文涉及影響針入度試驗結(jié)果的幾個主要因素，在其他許多材料試驗中也同樣存在，期望能為同行提供經(jīng)驗借鑒，共同提高材料試驗水平。