瀝青針入度試驗精度控制分析

王 麗

（江蘇省南京交院土木工程檢測所，江蘇 南京 210000 ）

0 前言

瀝青路面給行駛車輛帶來的舒適度是水泥混凝土路面很難達到的，不僅是平穩，而且噪音低。隨著公路在承載運輸中的作用提升，以及運輸成本的增加，致使運輸車輛不斷加載，而且我國正在醞釀公路的再一次提速，在動荷載、靜荷載都在增加的情況下，高速公路建設者們提出了增加瀝青面層總體設計厚度的構想，這樣一來瀝青材料的用量勢必要激增。而目前路面瀝青最好的來源是石油粘稠瀝青。其粘結力、穩定性能較好，拌和性能、施工性能都較平衡，使用年限也較長，目前較好的公路瀝青路面使用年限會超過20年。這么長的使用時間內瀝青經風吹日曬、老化，雨、雪侵害，高速荷載的反復揉搓，高溫、低溫等各類復雜的情況下，保證設計的使用性能，其對材料本身的穩定性提出了極高的要求。面層材料中膠結材料至關重要，瀝青是重中之重。我們知道瀝青物理性能的測試指標主要是針入度、延度、軟化點，通常稱為瀝青的三大指標試驗，是評價瀝青性能的關鍵性指標。

1 針入度試驗過程中影響精度的因素

瀝青針入度指標是瀝青性能的關鍵性指標，也是針入度指數的基礎數據來源。它既能表示瀝青軟硬程度和稠度、抵抗剪切破壞的能力，反映在一定條件下瀝青的相對黏度的指標，還能通過針入度指數評價瀝青的高溫穩定性和低溫的抗裂性能。其重要性可見一般。我們就從規范的角度闡述一下瀝青針入度試驗精度控制的關鍵性因素有哪些。

1.1 檢測設備-針入度儀

目前瀝青針入度試驗標準儀器就是針入度儀。其中試驗主要構件是標準針、針連桿和砝碼，合計質量為100g±0.05g。其中標準針的質量為2.5g±0.05g。作為儀具來說，標準針是影響試驗精度中最關鍵的一個部分。當然質量符合規范要求后，其針的硬度、表面粗糙度、針尖規格就極其重要了。試驗過程中標準針是直接接觸瀝青試樣的，其貫入深度是評定的指標，以0.01mm 計。表面粗糙度與針尖規格夾角和尖部微觀面尺寸都是決定性因素。由于標準針價格昂貴，每根標準針價格在300 元，一組價格近一千元。所以檢測單位標準針都是要重復使用的，每次檢測完后，要對標準針上的瀝青進行清洗。經常使用的標準針可能會因外力而彎曲變形，尖端變鈍，如使用不合格的清洗劑，還極易造成標準針表面氧化等情形出現，所以試針每年需標定一次，取得合格報告后方可使用。然而即使是標定合格時間內，也未必能保證標準針沒有問題。所以正常檢測時，除常規需要的三個標準針正常試驗用以外，還應備用一套，不定期對試驗樣品進行比對試驗，以確保試驗精度，這一方法個人覺得極為重要。當然多備的這一組試針，一定是要標定結果非常好的。習慣上每周都會對現有的試驗進行比對，方法當然是對同樣的樣品，多澆幾個試樣，用備用標準針進行檢測比對。這樣能發現當前常規用試針的精度，也可以判斷樣品的測量結果，保證試驗報告的科學性和準確性，是一舉兩得的好方法。本人在多年的瀝青檢測過程中，一直保持著這一習慣。

在保證標準針質量、規格符合規程要求的情況下，稱量針連桿、針和法碼的總質量，如合格的情況下，影響試驗精度的另一儀具因素，自由下落，就是重要的評價指標了。很顯然的道理，貫入質量100g±0.05g，在有較大摩擦阻力的情況下，其貫入深度一定是偏小的，也就是說試驗結果偏小。所以試驗過程中一定要保證針連桿在無明顯摩擦的情況下垂直運動，貫入瀝青樣品中。當然這里有另一個因素垂直，只有在垂直的情況下，才能保證向下運動時的摩擦阻力最小。針入度儀的調平也是一個關系因素，是保證針連桿垂直的重要動作。

1.2 樣品-試樣制作

就粘稠瀝青來說，試樣由瀝青加熱脫水后澆入盛樣皿完成的。在這一過程中影響因素太多。首先，樣品加熱脫水過程，在溫度要掌握好，高了瀝青易造成老化，低了脫水不徹底。其次，澆注樣品要仔細，不能過快，不可將氣泡帶入瀝青試樣中。再次，樣品澆注后，表面要平整，其作用下一段解釋。道路石油70#瀝青加熱過程易控制，SBS 改性瀝青控制難度較大，其主要是因為SBS 改性瀝青粘度大，流動性差，不易澆注，對試驗人員水平要求非常高。經驗豐富的試驗人員，對澆樣前瀝青的狀態有著自己的評價體系，通過對瀝青的攪動，撥絲，觀察瀝青狀態，判斷是否達到最佳狀態。通達大量試驗數據，能夠得出不同瀝青澆注樣品的的溫度控制范圍，保證樣品表面平滑，無氣泡。

瀝青加熱溫度往往是定義在軟化點上80℃，烘箱加熱法加熱。這種方法在道路石油瀝青上比較好用，但是在SBS 改性瀝青面前就有一定的難度了。往往因為加熱不到位，瀝青流動性差，澆樣時帶入氣泡。如果澆樣后，樣品表面存在小氣泡的話呢，個人覺得是可以用火機快速燒一下的，不過一定要快，不然易導致瀝青樣品表面老化。這一操作要熟練，新手不建議使用這一方法。

1.3 養護-樣品恒溫過程

瀝青試驗針入度指標樣品制作完成后，應加玻璃板室溫恒溫冷卻不少于1.5h（小盛樣皿），而后移入試驗溫度±0.1℃的恒溫水槽中，并保持不少于1.5h（小盛樣皿）。恒溫完成后可進行試驗，試驗儀水槽內的溫度也就保證是在試驗溫度±0.1℃內。上述幾個環節中，空氣內養護要求室溫15～30℃，要求試驗室內安裝空調，并能保證試驗環境溫度要求。室內就配備標定合格的溫濕度計，實時關注環境溫度。養護的目的是為了讓試樣內外溫度一致，并控制在試驗溫度±0.1℃的范圍內。在條件好的試驗室，只要試驗人員有足夠的責任心，正確養護是很容易做到的。但實際上目前各試驗室管理水平存在極大差異，尤其是工地臨時試驗室，彩板房那種，室內環境溫度控制難度大。試驗檢測儀器受采購成本的限制，往往采購低價的設備。由于低價設備中溫度傳感器及溫控繼電器的靈敏度不足，導致恒溫養護水溫不夠精確。

試驗溫度變化超出0.5℃時，試驗結果變化是非常大的。對于同一樣品來說，就是完全不同的兩個方向了。如道路石油瀝青70 號，25℃時的針入度指標合格范圍是60～80（0.1mm），如果試驗是溫度高出0.5℃，檢測結果很可能會增加10（0.1mm），如果試驗時水槽溫度低了0.5℃，針入度檢測結果很可能比真實值低8（0.1mm）以上，也就是養護溫度和試驗溫度變化較大是，試驗結果都會發生很大偏差，很可能是合格與不合格的區別，是破壞瀝青結果的影響性因素。所在在購買瀝青針入度試驗儀時，最好是選用帶恒溫水槽的，可以最大程度保障試驗精度，較好的消除儀器設備的系統誤差。

1.4 試驗操作-對準

儀器設備自動化程度越來越高的今天，很多材料試驗檢測過程中的人為因素都被自動化的設備給消除了。如本文的針入度試驗儀，在二十年前，試驗儀盛樣水槽是沒有溫度循環系統的，試驗時為了保證水溫，只能不斷用水銀溫度計測量溫度，當溫度發生變化時，通過更換溫水或冰水來調溫，過程復雜、精度低。現在有恒溫水循環系統了，就不存在上述問題了。但是對于這個試驗，影響結果精度的一個重要操作目前仍沒有好的自動化的方法去解決，那就是標準試針與瀝青樣品的對準，大家知道試針針尖，肉眼是基本上看不清的，試驗操作規程要求，試針接觸試樣時，開如試驗。這個是最難的地方，針尖時否接觸，看不清啊，是否已經錐入了，不清楚啊，是接觸還是未到呢，看不清，試驗精度是0.1mm，這一量級是人的肉眼無法看到的。目前測量試驗直讀的精度一般是1mm。由此可見，該試驗對準的難度之大。這就要求試驗人員有豐富的操作經驗，良好的視力，腦手協同，才能操作完成。并且要經過大量的比對，才能確定試驗的準確性。挑選一名瀝青針入度試驗檢測人員是相當難的。在三大指標試驗中，這個試驗完成也是最難的。

目前已有很多瀝青檢測設備生產廠家在研究，正在預研試針自己對準的設備，研發方向有超聲雷達和紅外測量等，希望產品能早些面世，解決試驗過程中人員操作的誤差。因為即便是試驗自身存在誤差，也是可以通過校準、比對等方法發現的，而人員操作誤差不確定性較多，誤差分布規律性差，難以通過數據統計分析的方法消除。

2 現實意義

瀝青路面工程中，瀝青面層結構類型多樣。就江蘇地區來講，處于溫帶、溫帶季風和亞熱帶季風的地區，夏季炎熱多雨，冬季嚴寒。對瀝青路面來講，既要防高溫、防雨水，還要防低溫凍害。這對結構和材料本身要求極高。經過江蘇交通人多年不懈的努力，江蘇地區瀝青路面的平均使用壽命已接近、達到，甚至超過了20年，這遠遠領先于國內其他省份的平均水平。為了這一目標，江蘇交通人一直在努力，作為一名江蘇省交通工程建設參與者，我也非常自豪。達成這一目標的道路是崎嶇而漫長的。除了在結構設計上采用國際先進的sup 設計方法外。在材料選用上更是做到了優中選優。就本文所寫的瀝青材料，江蘇地區在瀝青下面層上多選用道路石油70#瀝青，高速公路建設基本選用進口品牌，其瀝青生廠要原油必須是中東石油，才能滿足江蘇交通對材料的苛刻要求。有人要問，為什么不用國內石油生產的瀝青呢，這個經過大量的試驗，國內瀝青中有一個指標始終無法達到規范要求，哪就是蠟含量指標。該指標極易導致瀝青路面在高溫狀態下軟化，低溫狀態下開裂。而蠟含量試驗極其復雜，使用的化學試劑如石油醚、乙醚等都有毒，是管制用試劑，購置難度大，保存風險高，使用過程中也極易造成人員傷害。為了保護試驗檢測人員安全，減少危害排放，保護環境，蠟含量指標需要減少頻率，往往五個抽檢批次才做一組蠟含量指標。為了防止不合格品流入交通建設市場，江蘇人巧妙的從瀝青針入度指數中找尋規律，擴大頻率，每批必檢，以瀝青針入度指數指標的合格情況來判斷瀝青的路面性能，已收到了顯著成效。當然道路石油瀝青往往都是成千噸一次性運輸到港，可提前檢測蠟含量。具體施工企業在質量過程控制環節，是主要的手段還是瀝青針入度試驗，因為操作簡便，環境污染小，人員傷害小。該指標是瀝青材料質量控制的重點，SBS 改性瀝青質量控制也是同樣的道理，雖不需要做蠟含量指標，但瀝青針入度指標還是強制性指標，是必須要做的。也是最有效的管控辦法。

3 結束語

瀝青物理性能的分析試驗是瀝青路用性能控制的關鍵點，是公程人員控制的重點，也是難點。尤其在當下，瀝青質量日趨下滑。原因是原油的質量不穩定，提煉技術的更新等。很多國外的大型煉油廠已不在為公路工程建設提供瀝青產品了。瀝青產品的價格對于石油煉制廠家來說，是非常低的，他們會不斷研發新的技術，提出石油中的各類烴，作為其他工業用原材料，這樣的新產品價格更高，利潤更大。他們將石油中的有效成份過多的提煉后，留下的瀝青指標已經非常差了，根本不能滿足公路工程路用性能要求。研發取代產品已擺在工程管理科研人員的桌面上了。就目前建設管理要求高，建設速度要求快，規模大，對路用瀝青的需求不斷增加，而面對市場形勢，工程人員不得不感嘆，為防止劣質瀝青流入公路工程建設用材料市場，工程檢測技術人員要嚴陣以待，規范試驗，為工程建設找尋優秀路用瀝青，保證工程建設質量。