山東省內(nèi)道路石油瀝青質(zhì)量統(tǒng)計與總覽

魏 慧，樊 亮，林江濤，李永振

（山東省交通科學研究院 山東省道路結構與材料交通行業(yè)重點實驗室，山東濟南250031）

隨著我國城市道路建設的飛速發(fā)展，道路瀝青用量大幅上漲。常用的道路瀝青主要有道路石油瀝青、SBS改性瀝青、MAC 改性瀝青及乳化瀝青。其中道路石油瀝青用量最多，超過50%；SBS 改性瀝青次之。相較于10年前，原油酸值及硫含量升高，原油性質(zhì)重質(zhì)化、劣質(zhì)化更為嚴重；原油性質(zhì)及經(jīng)濟效益的雙重作用促使瀝青生產(chǎn)工藝不斷變化；中國公路重載交通狀況更為嚴峻，對瀝青膠結料的要求逐步提高。進入山東市場的道路石油瀝青品牌、性能與10 年前相比，已經(jīng)發(fā)生了明顯變化，有必要對瀝青數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。因此, 本文通過對我單位2005～2016 年共計12 年的瀝青檢測數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計匯總，分析研究瀝青指標隨時間演變情況，對進入山東市場的道路石油瀝青進行全方面的掌控，使其更加有效地指導公路工程建設。

1 樣本統(tǒng)計

選取氣候分區(qū)（1-3）高等級公路所常用70# 道路石油瀝青為統(tǒng)計樣本，覆蓋了瀝青生產(chǎn)廠家或經(jīng)銷單位、工地項目委托檢測或工程現(xiàn)場抽檢的瀝青，樣本數(shù)量共計1175 組。為了更合理有效地統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，本文以3 年作為一個統(tǒng)計單元，即將2005～2016 年共計12 個檢測自然年劃分為四個單元，分別為2005～2007、2008～2010、2011～2013、2014～2016 四個單元。統(tǒng)計描述選取的參數(shù)為樣本數(shù)、平均值、標準差、最大值、最小值、中值以及第一、三四分位數(shù)等一系列參數(shù)。

2 統(tǒng)計結果分析

道路石油瀝青（70#）主要以外委檢測瀝青為主，包括進口瀝青與國產(chǎn)瀝青。主要檢測指標包括針入度、軟化點、延度、60℃動力粘度、蠟含量及老化試驗等指標[1]。下面對2005～2016 年間檢測的國內(nèi)外道路石油瀝青（70#）品牌進行統(tǒng)計，見表1。

表1 2005～2016 年度道路石油瀝青（70#）主要檢測品牌Table 1 Main testing brands of road petroleum asphalt (70 #)from 2005 to 2016

2005～2007 年度在歷年檢測過程中品牌種類最多，其中國外品牌7 種，國內(nèi)品牌2 種。2008 年度后，一些國外品牌陸續(xù)退出山東市場，近年來在檢測過程中未見到或極少；少數(shù)品牌例如A5、B1 瀝青近10 年來在山東所占市場份額穩(wěn)步提高，成為山東市場主流產(chǎn)品。通過對比各品牌瀝青性能，國內(nèi)外基質(zhì)瀝青的指標均值個別有所差別，但總體差別不大，國內(nèi)瀝青產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)接近國外品牌瀝青。將2005～2016 年所檢測的油瀝青（70#）各項指標進行統(tǒng)計匯總，見表2。

表2 2005～2016 年道路石油瀝青（70#）統(tǒng)計Table 2 Statistics of road petroleum asphalt (70 #) from 2005 to 2016

總體上，2005～2016 年基質(zhì)瀝青全部單項指標的合格率在95% 以上，但有部分樣品質(zhì)量欠佳。其中蠟含量不合A 級要求的瀝青約占考察樣品量的1.8%；延度不合A 級要求（1-3 氣候分區(qū)）的占3.4%；動力粘度不合格率約為2.7%。同時，不同檢測階段的瀝青質(zhì)量具有一定差別，其中2008～2013 檢測年度內(nèi)瀝青質(zhì)量整體最差。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2008～2013 年檢測階段軟化點不合格率近9%，延度不合格率為8.7%，明顯高于近12 年總體檢測不合格率。

2.1 三大基本指標

在2005～2016 年統(tǒng)計檢測年限內(nèi)，道路石油瀝青（70#A 級）針入度、軟化點、延度這三大基本指標分階段統(tǒng)計匯總，如圖1～圖4 所示。

圖1 瀝青針入度箱式圖Fig.1 Box diagram of penetration

圖2 瀝青針入度指數(shù)箱式圖Fig.2 Box diagram of penetration index

圖3 瀝青軟化點箱式圖Fig.3 Box diagram of softening point

圖4 瀝青延度箱式圖Fig.4 Box diagram of ductility

從圖1 可以看出：總體上，針入度合格率在98%以上，但不同階段略有不同。2005～2007 年針入度數(shù)值普遍略低，約有3/4 的樣品數(shù)值小于68，并且箱式圖較窄，即數(shù)據(jù)分布較為集中，離散性小。2008～2016 年間，三個檢測階段針入度數(shù)值略有升高，整體上升了約3（0.1mm）左右；其中2008-2013 年分布較為廣泛，2014～2016 年分布較為集中，呈正態(tài)分布。

從圖2 可以看出：2005～2016 年間針入度指數(shù)數(shù)值大部分為負值，整體合格率基本維持在98%，2011～2013階段合格率最低，不合格率達到4.9%。2005～2007 年度PI 值普遍較小，約有50% 的數(shù)據(jù)在-1.5～-1.0 范圍內(nèi)，并且其箱式圖最窄，表明瀝青的感溫范圍最?。?007 年后PI 值有所升高，箱式圖變寬，瀝青整體感溫性能下降。

從圖3 可以看出：近12 年間軟化點基本保持較為穩(wěn)定的水平，合格率都在95% 以上。2005～2007 年度軟化點相對較高，2007 年以后有所下降但變化幅度不大。2014～2016 年箱式圖變窄，表明樣品軟化點分布更為集中，離散性更小。

由圖4 可知：2005～2007 年延度指標數(shù)據(jù)較為離散，2007 年以后分布較為集中。以2008～2013 年度檢測合格率相對最低。指標數(shù)值總體呈下降趨勢，降幅約7cm～9cm，其中，近六年內(nèi)基本保持穩(wěn)定。

2.2 老化試驗

瀝青的老化試驗指標由質(zhì)量變化、殘留物針入度比、殘留延度比三個指標組成，各個階段統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖 5～圖7 所示。

圖5 老化試驗質(zhì)量損失箱式圖Fig.5 Box diagram of quality loss in aging test

圖6 老化殘留針入度比箱式圖Fig.6 Box diagram of injection ratio of aging residues

圖7 老化試驗殘留延度箱式圖Fig.7 Box diagram of residual ductility in aging test

對約1000 組瀝青老化試樣數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，結果表明瀝青老化試驗合格率維持了較高的水平，合格率基本維持在98%，其中2011～2013 年度老化指標的合格率相對較低。

檢測結果顯示，對比各階段老化試驗質(zhì)量變化數(shù)值變化結果，2005 年以后數(shù)值日趨離散，但絕大部分處于±0.2% 范圍內(nèi)，遠小于規(guī)范要求的±0.8% 的范圍，并符合正態(tài)分布；2005～2007 年瀝青的質(zhì)量變化以正值為主，2011～2013 年質(zhì)量變化以負值為主，其中2011～2013 年階段樣品中值/ 第一四分位數(shù)/ 第三四分位數(shù)數(shù)值普遍較大，近5 年間略有回升。各階段殘留針入度比2005～2013 年逐漸減小且更為離散，近5 年數(shù)值相對集中但數(shù)值仍然較小。各階段殘留延度2005～2013 年逐年下降且數(shù)據(jù)更為集中，近六年內(nèi)基本保持穩(wěn)定。綜合以上三個指標可知，2005～2013 年階段樣品抗老化性逐漸變差，近5 年基本保持穩(wěn)定。

2.3 蠟含量

圖8 結果顯示整體樣本蠟含量指標合格率為98.2%， 其 中2008～2013 年 度 合 格 率 相 對 較 低。2005～2007 年度蠟含量較低，其中值/ 第一四分位數(shù)/ 第三四分位數(shù)分別為1.6/1.4/1.8， 2008～2010、2011～2013及2014～2016 年度中值/ 第一四分位數(shù)/ 第三四分位數(shù)分別為1.8/1.7/2.0、1.8/1.6/1.9、1.8/1.7/1.9，這表明自2007 年后蠟含量有所上升，增加了約0.2%～0.3%，近年來中值基本維持在1.7%左右。

圖8 瀝青蠟含量箱式圖Fig.8 Box diagram of wax content

2.4 閃點

圖9 結果顯示整體樣本閃點指標合格率為99.1%，但是， 近12 年間， 瀝青閃點平均值 逐漸降低，2005～2013 年間數(shù)值離散性逐年增大，近五年離散性減小。閃點數(shù)值的降低很大程度上降低了施工過程特別是熱拌瀝青施工過程的安全系數(shù)。瀝青煙點的溫度遠小于其閃點，當瀝青閃點較低時，在熱拌瀝青過程中，大量煙霧揮發(fā)，污染環(huán)境，同時，隨著瀝青中輕組分的大量揮發(fā)，瀝青性能變差。

圖9 瀝青閃點箱式圖Fig.9 Box diagram of flash point

綜合以上瀝青各指標的統(tǒng)計結果分析可知：相較于10 年前，瀝青軟化點升高，延度降低，針入度指數(shù)變大，溫度敏感性降低；瀝青熱老化之后質(zhì)量損失增大，殘留延度減小，殘留針入度比減小，抗老化性能降低；蠟含量提高，瀝青路面易出現(xiàn)高溫車轍、低溫開裂；閃點降低，施工安全系數(shù)降低。主要是由于近年來原油酸值及硫含量升高，原油性質(zhì)重質(zhì)化、劣質(zhì)化更為嚴重；原材料性能下降與煉廠利潤最大化的雙重作用下，煉油工藝逐漸發(fā)生變化；再者為了追求更高的利潤，調(diào)和瀝青、原材料以次充好，一些雜牌瀝青冒充品牌瀝青，甚至由各種非瀝青基化工原料勾兌而成的產(chǎn)品冒充道路石油瀝青的現(xiàn)象時有發(fā)生。這嚴重影響了瀝青膠結料的路用性能，大大降低了道路工程質(zhì)量。

目前道路石油瀝青質(zhì)量檢測指標主要包括三大指標、60℃動力粘度、老化指標、蠟含量、閃點、溶解度、密度等基本指標，僅就三大指標而言，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）[2]要求，針入度檢測用時約3 小時，延度檢測用時約3.5 小時，但往往實際施工過程中需要在較短時間內(nèi)得到瀝青產(chǎn)品性能，目前的檢測方法不能完全滿足施工需要；目前市場除了供應大品牌瀝青還有一些小的地方煉廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，品種繁多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊；隨著造假技術的日臻精進，一些調(diào)和瀝青、化工原料勾兌的假瀝青等假冒偽劣產(chǎn)品的各項基本指標均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的有關要求，但其混合料性能較差或者施工過程中出現(xiàn)諸多問題。針對以上情況，現(xiàn)有的檢測方法已不能滿足實際施工需要，需要引進新的檢測方法，評價瀝青性能，科學地指導工程實踐。

3 結論

（1）2008 年度后，一些國內(nèi)外品牌陸續(xù)退出山東市場，近年來在檢測過程中未見到或極少；少數(shù)品牌近10 年來在山東所占市場份額穩(wěn)步提高，成為山東市場主流產(chǎn)品。

（2）相較于12 年前，瀝青低溫延展性變差，溫度敏感性降低；瀝青熱老化之后質(zhì)量損失增大，殘留延度減小，殘留針入度比減小，抗老化性能降低；蠟含量提高，瀝青路面易出現(xiàn)高溫車轍、低溫開裂。

（3）目前市場上瀝青調(diào)和、混兌、品牌冒充等現(xiàn)象時有發(fā)生，這就對瀝青性能檢測提出更高的要求，現(xiàn)有的檢測方法已不能滿足實際施工需要，需要引進新的快速高效的檢測評價方法。