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沥青分级体系详解
[2019/8/10]


提起沥青不得不说的是沥青的牌号,也就是常说的70#、90#或者I-C、I-D,还有近年来常见的 PG76-28,关注美国市场的朋友可能还见过AC-10沥青(AC可不是密级配哦!)。那么这里的“牌号”到底是什么意思?沥青的牌号是怎么划分的?各牌号沥青有什么指标要求?具体是怎么测出来的?不要着急,这些问题的答案都在本文中,慢慢往下看吧。

 

可能很多人对“牌号”这个词很陌生,不过我们可以举一个简单的例子,比如车用汽油根据抗爆性不同分为92#、95#、98#几种,我们称之为3个不同的牌号,牌号可以理解为一种编号或者类型,很多情况下以“#”作为后缀。

 

沥青跟汽油类似,我们根据具体用途不同,将沥青的某项指标人为的划分为若干个连续的范围,对于指标落在该范围内的产品,即为该牌号沥青。如针入度分级体系中,我们将90#沥青的针入度范围设置为80-100,70#沥青的针入度范围为60-80,如果某种沥青的针入度为95,则该沥青为90#沥青,如果另一种沥青的针入度是74,则该沥青的牌号即为70#。

 

 

针入度分级体系中的分级是什么意思?

 

分级体系是划分不同牌号(不同级别)沥青的方法,在不同的分级体系中,对于牌号的划分有不同的规则。目前,世界范围内主要有3种不同的沥青分级体系:针入度分级黏度分级PG分级70#沥青、AC-20沥青、PG76-28沥青就是由这三种不同的分级体系得到的。

 

前传

 沥青早在公元前6000年就开始得到应用,而针入度仪在1888年才被H.C. Bowen发明,在22年后的1910年后才得以普及。在此之前并无有效的指标分析方法,人们确定沥青软硬程度的方法非常原始:用嘴咀嚼,即使后来普及针入度仪之后,很多沥青技术人员仍然以用嘴咀嚼的结果与仪器试验结果相近而感到骄傲。

 

针入度分级

美国自1901年起,公共道路局、试验和材料学会就致力于将针入度试验作为控制沥青软硬程度的标准之一。1918年,公共道路局制订了不同的气候条件下适用的针入度范围,称之为沥青针入度等级系统。AASHTO1931年出版了沥青的针入度等级标准技术规范,自此针入度分析体系正式形成。

所谓的针入度分级,是指以针入度(通常为25℃下)作为分级(划分不同牌号)的依据。针入度分级体系目前在国内得到的了非常广泛的应用,国内几乎全部沥青产品标准均采用针入度分级系统,如下图的重交道路石油沥青技术标准(GB/T 15180-2010、张玉贞等起草)中,就将重交沥青划分为了30#50#70#90#110#130#几个牌号,每个牌号沥青都有不同的针入度范围要求。

 

被广大沥青试验人员所熟知的“三大指标”:软化点、延度、针入度即来源于针入度分级体系。

 

 

黏度分级

20世纪60年代起,很多人认为沥青采用针入度分级存在一些缺陷,主要有:针入度为经验性试验不够理性;难以反映路面在高温状态下服役状态等,以FHWA为代表的人们提出,相比25℃针入度,60℃黏度更能反映出在高温情况下沥青的真实使用状态,因此他们提出采用60℃黏度来代替针入度进行分级,后人称之为黏度分级,简称AC

同期,美国加州公路局等认为经过RTFO(旋转薄膜烘箱)老化沥青的60℃黏度才能更为真实的反应沥青的实际水平,提出了老化渣油黏度等级(简称AR),他们把RTFO后的沥青参照AC的方法进行分级,这样可以模拟拌合之后的效果。

 

 

其实,以黏度为标准进行分级是润滑油基础油等油品常用的牌号划分方式,另外这种划分方式也在沥青再生剂中得到了应用。

 

 

PG分级

美国自1987年开始了一个耗资1.5亿美元的名为SHRP(战略公路研究计划)的研究工作,其中三分之一的经费用来开发基于性能的沥青规范,包括路面性能试验方法,并为沥青及沥青混合料制定相应的技术标准。

 

 

SHRP研究的最终结果是得到了Superpave沥青混合料设计和分析体系,提出了沥青的PGperformance grading)分级。PG分级体系是一种全新的分析和评价方法,它吸纳了针入度分级、黏度分级的优点,将沥青在储运、拌合并碾压后、长期使用后三个阶段的性能进行了详细的评价。

PG分级评价完成后,可以得到如PG XX-YY格式的等级(如PG76-28),它主要包含XXYY两个指标,其中XX是路面最低设计温度,YY7d平均最高温度,PG分级的最终目的即通过试验确定XXYY的值。

PG分级的主要设备及试验项目:

动态剪切流变仪(DSR):测试车辙因子,在制定温度下分别要求新鲜及RTFO样品大于1.0KPa2.2KPa。另外还测试PAV后的疲劳因子,要求小于5000KPa

弯曲梁流变仪(BBR):测试蠕变劲度S和参数m,在制定温度下要求分别小于300,大于0.3

旋转粘度计(RV):评估高温黏度,要求135℃黏度小于3Pa·S

旋转薄膜老化烘箱(RTFO):进行163℃85min的短期老化试验,模拟拌合后沥青状态。

压力老化箱(PAV):进行2.1MPa空气,100℃20h的长期老化试验,模拟长期使用后沥青状态。

 

 

PG分级的缺点似乎只有一个,那就是设备价格过于昂贵,目前一整套PG分级设备价格在百万元人民币以上。我国自1995年由苏交科引入Superpave技术后,沥青的PG分级也得到了广泛的应用,特别是在南方地区应用较为普遍,截止目前,Superpave技术在我国应用里程已经超过1万公里。但受硬件设备的限制,国内沥青仍以针入度分级为主。

 

(文章源自网络)

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