瀝青薄膜加熱和旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)對(duì)比研究

王德藝 韓基一 于 元 王海峰

(秦皇島中石油燃料瀝青有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066000)

1 概述

因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱的試驗(yàn)規(guī)程，所以本文只在交通部公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTG E 20—2011的框架下討論，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)程”。

引起瀝青老化的直接因素有：

1)熱的影響，熱能加速瀝青內(nèi)部組分的揮發(fā)變化，促進(jìn)瀝青化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致瀝青性能的劣化；

2)氧的影響，空氣中的氧被瀝青吸收后產(chǎn)生氧化反應(yīng)，改變?yōu)r青的組成比例引起老化；

3)光的影響，日光特別是紫外光照射瀝青后，使瀝青產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，促使瀝青的氧化過(guò)程加速；

4)水的影響，水在與光、熱和氧共同作用時(shí)，起到加速老化的催化作用。規(guī)程中的兩種加熱試驗(yàn)都只是模擬熱和氧的影響而發(fā)生的短期老化。

規(guī)程中認(rèn)為，薄膜烘箱試驗(yàn)(TFOT)與旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)都是現(xiàn)在通行的評(píng)價(jià)瀝青在拌和過(guò)程中熱老化程度的試驗(yàn)方法。但是在實(shí)際對(duì)比中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)相差較大。例如一個(gè)70號(hào)A級(jí)的重交瀝青老化后延度應(yīng)該是不小于6 cm。出廠封罐檢測(cè)數(shù)據(jù)為7.8 cm,質(zhì)量合格，但是到工地拌合樓檢測(cè)老化后延度為5.3 cm，判定為質(zhì)量不合格，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，工地為了節(jié)省時(shí)間使用旋轉(zhuǎn)烘箱進(jìn)行老化試驗(yàn)。技術(shù)人員到工地后與工地檢驗(yàn)員同時(shí)取三個(gè)樣品，在不同實(shí)驗(yàn)室做老化后延度試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)分別是，工地實(shí)驗(yàn)室5.5 cm，當(dāng)?shù)匾粋€(gè)有資質(zhì)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)7.6 cm，我公司實(shí)驗(yàn)室薄膜烘箱數(shù)據(jù)7.5 cm，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱數(shù)據(jù)5.8 cm?？梢钥闯鰞煞N試驗(yàn)方法存在較大差異。

2 試驗(yàn)對(duì)比

因?yàn)橐淮卧囼?yàn)或者單一樣品不具有代表性，所以選取三個(gè)種類(lèi)樣品多次試驗(yàn)，找出其中規(guī)律。三種樣品分別是我公司70號(hào)A級(jí)瀝青，記作1組樣品；某公司90號(hào)A級(jí)瀝青，記作2組樣品；我公司改性瀝青SBS I-C瀝青，記作3組樣品。為了數(shù)據(jù)具有代表性，我公司生產(chǎn)的1組樣品和3組樣品，每次出廠產(chǎn)品質(zhì)檢同時(shí)做對(duì)比試驗(yàn)，采集大量對(duì)比數(shù)據(jù)，本文任選10組數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)規(guī)律一致，2組樣品數(shù)量有限，只有10個(gè)樣品，采集10組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)果如表1～表3所示。

表1 1組瀝青樣品(70號(hào)A級(jí))對(duì)比數(shù)據(jù)

表2 2組瀝青樣品(90號(hào)A級(jí))對(duì)比數(shù)據(jù)

表3 3組瀝青樣品(SBS I-C)對(duì)比數(shù)據(jù)

通過(guò)以上三種樣品數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，通過(guò)考察瀝青老化后的三個(gè)主要指標(biāo)，質(zhì)量變化、針入度比、老化后延度，總體趨勢(shì)是旋轉(zhuǎn)烘箱瀝青的老化程度明顯高于薄膜烘箱老化程度，針入度比偏低，質(zhì)量變化偏大，老化后延度偏低。

如果指標(biāo)富余量較大，兩種試驗(yàn)方法都合格沒(méi)有太大問(wèn)題，如質(zhì)量變化和3組樣品的針入度比指標(biāo)；有些指標(biāo)富余量小，使用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)方法就關(guān)系到產(chǎn)品是否合格的問(wèn)題，如1組、2組瀝青的針入度比和3組瀝青的老化后延度。

兩種試驗(yàn)方法質(zhì)量變化相差40%左右，針入度比相差5.6%左右，老化后延度相差大約2 cm～3 cm。

3 與交通部試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

前文提到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)烘箱試驗(yàn)，使用旋轉(zhuǎn)烘箱老化試驗(yàn)就等同于認(rèn)同交通部的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。為了消除大家的疑慮，整理出我公司近年送交通部檢測(cè)的70號(hào)A級(jí)瀝青用薄膜烘箱檢測(cè)的產(chǎn)品結(jié)果對(duì)比。數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 70號(hào)瀝青樣品自測(cè)與交通部檢測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，我公司的薄膜烘箱老化試驗(yàn)結(jié)果與交通部檢測(cè)結(jié)果差別不大，甚至延度等指標(biāo)交通部結(jié)果還好于自測(cè)。而且交通部出具的報(bào)告中均采用薄膜烘箱試驗(yàn)。

4 兩種試驗(yàn)方法差異分析

雖然旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱的試驗(yàn)時(shí)間遠(yuǎn)少于薄膜烘箱，但是由于旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)的瀝青膜更薄，還有強(qiáng)制送風(fēng)裝置，所以受熱和氧化的影響更劇烈。

其中薄膜烘箱及圓盤(pán)架形狀和尺寸如圖1所示，盛樣皿形狀和尺寸如圖2所示。

如圖所示薄膜烘箱試驗(yàn)過(guò)程中瀝青盛樣皿雖然整體在烘箱中旋轉(zhuǎn)，但是盛樣皿與瀝青樣品之間是相對(duì)靜止的，瀝青樣品的厚度是3.5 mm，只有表面一部分瀝青與空氣接觸。

旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱的形狀和尺寸如圖3所示，盛樣瓶形狀和尺寸如圖4所示。

如圖所示，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)過(guò)程中盛樣瓶與瀝青樣品之間是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，瀝青膜的厚度是5 μm～10 μm，所有瀝青樣品都充分與空氣接觸。

5 結(jié)語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)對(duì)瀝青的老化程度明顯高于薄膜烘箱試驗(yàn)老化程度，針入度比偏低，質(zhì)量變化偏大，老化后延度偏低。旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)較薄膜烘箱試驗(yàn)，質(zhì)量變化相差40%左右，針入度比相差5.6%左右，老化后延度相差大約2 cm～3 cm。

規(guī)程中關(guān)于兩種試驗(yàn)方法可以互相代替的論述值得商榷。仲裁試驗(yàn)的時(shí)候必須使用薄膜烘箱試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)老化指標(biāo)。