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关于沥青针入度指数

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・综述・关于沥青针入度指数陈惠敏中国石化集团公司(北京　100029

)

摘要　介绍了沥青针入度指数(PI)

的由来和计算、使用意义、局限性和分析。

关键词　石油沥青　PI　针入度　软化点　脆点　温度敏感性　改性沥青

1　PI的由来和计算PI是由荷兰研究沥青的著名学者J1Ph1Pfeiffer和VanDoormaal于1936年在石油技术专家协会杂志(JournaloftheInstituteof

PetroleumTechnologists)上发表的题为“沥青的

流变性质”(TheRheologicalPropertiesofAs2

phalticBitumen)一文中提出的概念

[1,2]。

在沥青针入度测定试验中,当贯入时间一定时,若将不同温度(T)

下测定的沥青针入度

(P)的对数值用方格坐标作图,则logP和T呈线

性关系(斜截式方程):

logP=AT+K

式中:logP—针入度(10

-1

mm)的对数值

T—测定温度,℃A—常数,称沥青针入度对数值的温度敏感性,或称沥青针入度温度指数K—常数,称沥青柔软度A是直线的斜率,表征沥青针入度的对数值随温度的变化,可由测定两个温度(T1,T

2

)下

的针入度(P1,P

2

)的对数值来计算

:

A=logP1-logP2T1-T2(1)K是直线的截距,可由下式计算:

K=T2logP1-T1logP2T1-T2(2)设定A值,使由A得出的数值从-215到10

变化,所得的数值称为PI,计算式如下:

PI=20(1-25A)1+50A=301+50A-10(3)由于A值有几种计算方法,因此由式(3)求解PI值有下列4种方法:

方法1:针入度-针入度两点连线法。由测定

两个温度下的针入度依式(1)计算出的A值代入式(3)求解PI值。这是最常用的计算PI值的方法;或制成针入度-针入度列线图,由温差和两个针入度测定值从图中查出PI值,但查图不如计算精确。此法只需测定两个温度下的针入度,测定工作量小,A值的精确度取决于两个针入度测定值的精密度。

收稿日期:2003204221。作者简介:陈惠敏,女,教授级高级工程师,1958年毕业于北京石油学院炼制系,1992年起享受国务院颁发的政府特殊津贴。长期负责石油炼制和沥青的科研、技术信息调研和供宏观决策参考的软课题研究等方面工作。一直致力于推动石油沥青品种开发、生产技术和应用技术的发展,编写大量文章和资料。2001年编著和出版《石油沥青产品手册》。

方法2:针入度-针入度多点回归法。由测定n个温度(Ti)下的针入度(Pi

),计算或回归出

的A值代入式(3)求解PI值。此法由多个测定温度下的针入度对数值和温度计算或回归出A

值,适用温度范围较宽,可提高直线定位的精确度。但测定工作量大,A值的精确度仍然取决于针入度测定值的精密度。由n个测定值计算(回归)A和K的公式如下:

A=6Ti6logPi-n6TilogPi

(6Ti)2-n6T2i

(4)

K=6Ti6TilogPi-6T2i6logPi(6Ti)2-n6T2i(5)方法3:针入度-软化点法。假定大多数沥青在软化点(T

R&B

)下的针入度为8001󰃗

10mm

,

并

将25℃的针入度测定值依式(6)计算出的A值代入式(3)求解PI值。式(6)如下:

A=log800-logP

TR&B-25

(6)

2003年12月　石油沥青　PETROLEUMASPHALT　第17卷第4期或制成软化点-针入度列线图从图中查出PI值。此法只需按常规测定沥青的软化点和25℃针入度,即可求解PI值。但在软化点下的针入度为8001󰃗10mm的假定并不适用于所有沥青,实际上由不同油源或不同生产方法制取的沥青,在软化点下的针入度并不是等值,波动范围很宽。方法4:针入度-脆点法。假定大多数沥青在脆点(TF)下的针入度为11251󰃗10mm,并将25℃的针入度测定值依式(7)计算出A值后,代入式(3)求解PI值。但由于沥青的差异和温差跨度大,实际上不同沥青在脆点下的针入度不一定都等于11251󰃗10mm。式(7)如下:A=log1125-logPTF-25(7)2　PI的意义石油沥青最重要的材料性能包括流变特性、界面特性和耐老化性等,在使用中受温度、时间、荷载、各种介质的作用,其性能特性取决于化学组成和物理性质,同时还和沥青的胶体结构类型密切相关。PI值就是用来描述沥青的温度敏感性和胶体结构类型的一个经验性参数。211　温度敏感性沥青性质因温度变化而产生变化的特性称温度敏感性,简称感温性或温敏性。以道路石油沥青的稠度随温度的变化为例,对其温度敏感性的要求是:施工过程中,在热拌和(150～180℃)时,希望沥青对温度的变化要有足够的敏感性;在对混合料进行碾压(110～130℃)时,希望沥青对碾压温度的变化要比较迟钝;路面铺装完成后进入使用期,希望沥青对温度变化要极不敏感。由此可见,对沥青温度敏感性的要求在不同阶段是不相同的,也是相互矛盾的。由不同油源或不同生产方法制取的石油沥青,其A值各不相同,对于大多数石油沥青,A值在01015～01060范围内变化,表示温度敏感性可能有较大差异。A值越小,表明该沥青针入度对数值随温度变化越迟钝;A值越大,越敏感。因此,A值就可能作为衡量沥青温度敏感性的一种尺度。由式(3)可知,PI是A的函数,如图1所示。PI和A的图形呈曲线关系,PI值随A值变小而增大,而且对A值的微小变化也更加敏感。因此PI值也可表明该沥青稠度对温度变化的敏感性。PI值小于-2的沥青,表示其对温度变化极为敏感,如煤焦油沥青;而PI值大于+2的沥青,表示其对温度变化的敏感性小,如氧化沥青;

大多数道路石油沥青的PI值约为-2～+2。

图1　PI2A关系图212　沥青的胶体结构类型判别由不同油源或不同生产方法制取的沥青对温度变化的敏感性不同,是因为不同沥青具有不同的化学组成和胶体结构类型,因此PI也可用于表征沥青的胶体结构类型,判别值如下:

PI<-2　溶胶型,这种沥青为纯粘稠流体(牛顿流体),如煤焦油沥青;

+2≥PI≥-2　溶2凝胶型,这种沥青有一定弹性效应,显示触变性,如道路石油沥青;

PI>+2　凝胶型,这种沥青弹性效应更大,显示出典型触变性,如氧化沥青。而同一沥青的胶体结构类型会随着温度的变化发生转型,通常在软化点以上的高温区域呈溶胶型,具有牛顿流体特性;在较低温区域呈凝胶型,具有非牛顿(复合)流动特性。这意味着对同一种沥青表征其胶体结构类型的PI值会随温度的变化而变化。3　PI的局限性311　试验方法的精密度精密度是指对同一试验材料(试样)的相同性质所得的两个或多个试验结果(测定值)之间的相符程度。试验偶然误差越小,方法的精密度越高。精密度是以试验方法的重复性和再现性来规定的。重复性指在相同试验条件下,在短时间间隔,按同一试验方法对同一试样进行正确和正常操作所得独立试验结果之间的接近程度;再现性指在不同试验条件下,按同一试验方法对同一试样进行正确和正常操作所得单独试验结果之间

2石油沥青2003年第17卷的接近程度[3]。31111　针入度试验的重复性和再现性在针入度试验方法标准中要求对一个试样取三次测定值的平均值,作为试验结果,并对重复性和再现性做出规定。目前一些国家在针入度试验方法标准中对精密度的规定如表1所示。鉴于方法的条件性,对于低针入度试样,允许偏差小,对于高针入度试样,允许偏差大,对再现性的允许偏差也大。根据针入度试验方法允许的精密度范围,按针入度—软化点法由式(6)计算A值后求解PI

值,举例计算结果如表2所示。计算结果表明PI

偏差值随着沥青的针入度升高而加大,PI偏差绝对值约为011～015。如果测定值的再现性差,应进行实验室间结果的一致性和界外值的检验,否则PI值偏差加大。

表1　针入度试验方法标准的精密度

方法标准25℃针入度范围󰃗10-1mm

重复性再现性精密度

<50>50<50>500～4950～149150～249250～350(250～500)中国GB󰃗T4509-199824%48%24610

美国ASTMD5-19971114%411%246(20

)

英国BS2000-49∶199313%48%

日本JISK2207-1996(613

)

0102Pm

3+20104Pm3+42468

新加坡2412(20

)

3Pm指试验结果的平均值。

表2　在针入度测定值精密度范围下举例计算PI值的偏差项 目25℃针入度测定值󰃗10-1mm

40～4270～74100～104200～206250～260350～370设定沥青软化点󰃗℃504845403530

PI-1167～-1157-0191～-0175-0179～-0167-0102～0112-1149～-1128-3146～-3190PI的偏差绝对值011001160112011401210144

31112　软化点试验的重复性和再现性软化点试验方法标准中要求对一个试样取两次测定值的平均值作为试验结果;目前一些国家对测定值的重复性和再现性的规定如表3所示。

表3　软化点试验方法标准的重复性和再现性

方法标准软化点范围󰃗℃重复性再现性<80>8080～100100～120120～140<80>80中国GB󰃗T450-19991123112515

日本JISK2207-1996(614)110210

321032103210410

美国ASTMD36-1995(2000)112210

321032103210310

英国BS2000-49∶1993110115210215310215515

备注直馏沥青氧化沥青氧化沥青氧化沥青氧化沥青直馏沥青氧化沥青 3软化点大于80℃均为210。

根据软化点试验方法规定的重复性和再现性,按针入度-软化点法由式(6)计算A值后求解PI值,举例计算结果如表4所示。计算结果表明软化点试验的重复性对PI的偏差绝对值约在012以上;再现性对PI的偏差绝对值随着沥青软化点升高而加大,可达016以上,即对于高软化

3第4期陈惠敏・关于沥青针入度指数

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国标-沥青针入度仪校准规范

国标-沥青针入度仪校准规范

了了P 中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1208--2008沥青针入度仪校准规范Calibration Specification forApparatus for Determining Penetration ofBituminous Materials2008—05—23发布2008—08—23实施国家质量监督检验检疫总局发布沥青针入度仪校准规范～"一¨一一一一一一Calibration Specification forJ F 12吣一伽8Apparatus for Determining P enetration～n c{ H一～“ “ 、；．9∥of Bituminous Materials 一一本规范经国家质量监督检验检疫总局于2008年5月23日批准，并自2008年8月23日起施行。

归口单位：全国几何量长度计量技术委员会起草单位：重庆市计量质量检测研究院本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：蒋聪(重庆市计量质量检测研究院) 陶磊(重庆市计量质量检测研究院)参加起草人：刘亚雄(重庆市计量质量检测研究院)J J F 1208--2008目录1范围．．2引用文献一3概述一4计量特性一4．1仪器底座水准器的安装正确性一4．2标准针(包括针体、针连杆和砝码)的总质量一4．3针体的几何参数．．4．4针体圆锥及圆柱的表面粗糙度Ra一4．5温度示值误差．．4．6测长装置示值误差一5校准条件．．5．1环境条件一5．2校准项目和标准器一6校准项目和校准方法-·6．1仪器水准器安装正确性一6．2标准针(包括针体、针连杆和砝码)的总质量一6．3针体的几何参数一6．4针体的圆锥及圆柱表面粗糙度一6．5温度示值误差一6．6测长装置示值误差一7校准结果表达“8复校时间间隔～附录A计量特性的各项技术指标要求一J J F 1208—2008沥青针入度仪校准规范l范围本规范适用于沥青针入度仪的校准。

沥青技术指标

沥青技术指标

80-100
针入度指数PI
-1.5-1.0
延度15℃，5cm/min（cm）
≥100
延度10℃，5cm/min（cm）
≥30
软化点（环球法）（℃）
≥44
闪点（coc）（℃）
≥245
含腊量（蒸馏法）（%）
≥2.2
溶解度（三氯乙烯）（%）
≥99.5
薄膜加热试验 163℃ 5h
质量损失（%）
±0.8
针入度比25℃（%）
≥30
软化点TR&B（℃）
≥55
运动粘度 135℃（Pa*s）
≤3
闪点（℃）
≥230
溶解度（%）
≥99
离析软化点差（℃）
2.5
弹性恢复25℃（%）
≥65
TFOT后
残留物
质量损失（%）
±1
针入度比25℃（%）
≥60
延度5℃（cm）
≥20
基质沥青主要技术指标
试验项目
规范要求
备注
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）
沥青技术指标
A：沥青：
上下面层均采用SBS类改性沥青（I-C），下封层采用AH-90级道路石油沥青，透层采用PC-2型乳化沥青，粘层采用改性乳化沥青（PCR型），其技术要求见下表：
SBS改性沥青主要技术指标
试验项目
规范标准I-C
备注
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）
60-80
延度5℃，5cm/min（cm）
≥50
≥50
溶解度（%）
≥97.5
≥97.5
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）
50-300
40-120
沥青针入度试验

沥青针入度试验

沥青针入度试验1.目的与适用范围本方法适用于测定道路石油沥青、改性沥青针入以及液体石油沥青蒸馏或乳化沥青蒸发后残留物的针入度。

以0.1mm 计。

其标准试验条件为温度25℃，荷重100g，贯入时间5s。

针入度指数PI用以描述沥青的温度敏感性，宜在15℃、25℃、30℃3个或3个以上温度条件下测定，若30℃时的针入度值过大，可采用5℃代替。

当量软化点T800是相当于沥青针入度为800时的温度，用以评价沥青的高温稳定性。

当量脆点T1.2是相当于沥青针入度1.2时的温度，用以评价沥青的低温抗压裂性能。

2.仪具与材料技术要求（1）针入度仪：凡能保证针和针连杆在无明显摩擦下垂直运动，并能指示针贯入深度准确至0.1mm的仪器均可使用。

针和针连杆组合件总质量为50g±0.05g，另附50g±0.05g 砝码一只，试验时总质量为100g±0.05g。

当采用其它试验条件时，应在试验结果中注明。

仪器设有放置平底玻璃保温皿的平台，并有调节水平的装置，针连杆应与平台相垂直。

仪器设有针连杆制动按钮，使针连杆可自由下落。

针连杆易于装拆，以便检查其质量。

仪器还设有可自由转动借以，其端部有一面小镜或聚光灯炮，与调节距离的悬臂．观察针尖与试样表面接触情况。

且应对自动装置的准确性经常校验。

当采用其他试验条件时，应在试验结果中注明。

（2）标准针：由硬化回火的不锈钢制成，洛氏硬度HRC54～60，表面粗糙度Ra0.2μm～0.2μm，针及针杆总质量2.5g ±0.05g，针杆上应打印有号码标志，针应设有固定用装置盒（筒），以免碰撞针尖，每根针必须附有计量部门的检验单，并定期进行检验。

小盛样皿的内径。

，圆柱形平底3）盛样皿：金属制（大盛样皿内200）；深35mm（适用于针入度小于，55mm对针入）；～适用于针入度200350径70mm，深45mm（其深度不小于，度大于350的试样需使用特殊盛样皿。

试样体积不少于125ml60mm，℃。

橡胶沥青产品建议技术标准

橡胶沥青产品建议技术标准

附件1：橡胶沥青产品建议技术标准参考我国现行改性沥青产品技术标准和美国亚利桑那州橡胶沥青技术标准，并结合工程应用经验，建议橡胶沥青技术标准如下。

表1 橡胶沥青技术指标如果有必要，可以加入基质沥青和胶粉的技术指标：（1）基质沥青橡胶沥青所用的基质沥青采用AH-70＃石油沥青，其技术要求见下表：表2 重交通道路石油沥青技术要求基质沥青检测由施工单位和监理组试验室进行，试验室不能完成的试验项目应及时委托具有相应资质的试验室进行。

抽检频率应满足规范要求。

（2）橡胶粉橡胶粉颗粒规格应符合表3要求。

橡胶粉筛分应采用水筛法进行试验。

橡胶粉密度应为1.15 ±0.05 g/cm3，应无铁丝或其它杂质，纤维比例应不超过0.5%，一般含有橡胶粉重量4%的碳酸钙，以防止胶粉颗粒相互粘结。

橡胶粉应提供质量保证书，质保书应说明橡胶粉规格、加工方式、加工的废旧轮胎类型，还应说明橡胶粉的储存方式。

表3 橡胶粉筛分规格附件2：橡胶沥青应力吸收层施工技术指南应力吸收层(SAMI)是指铺筑于半刚性基层与沥青路面之间或者水泥混凝土路面与沥青路面之间的，具有高变形能力的改性沥青层，它能够吸收裂缝部位的应力集中，防止沥青路面形成反射裂缝。

总结相关研究成果及应用经验，对橡胶沥青应力吸收层（AR-SAMI）施工提出如下施工建议。

一、原材料1、基质沥青橡胶沥青所用的基质沥青采用70＃道路石油沥青，其技术要求见表1，其抽检项目、抽检频率应满足省高指相关要求。

表1 70＃道路石油沥青技术要求2、橡胶粉橡胶粉颗粒规格应符合表2要求。

橡胶粉筛分应采用水筛法进行试验。

橡胶粉密度应为1.15 ± 0.05 g/cm3，应无铁丝或其它杂质，纤维比例应不超过0.5%，要求含有橡胶粉重量4%的碳酸钙，以防止胶粉颗粒相互粘结。

供应商应提供橡胶粉质量保证书，说明橡胶粉规格、加工方式、加工的废旧轮胎类型、橡胶粉的储存方式等。

表2 橡胶粉筛分规格3、橡胶沥青橡胶沥青应满足以下技术要求，其抽检项目、抽检频率符合表7的要求。