基于快速與常規試驗方法的瀝青技術指標回歸關系

張海濤,王 瑩

(東北林業大學 土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

我國現行瀝青試驗規程中的瀝青針入度和延度試驗存在耗時長的問題。目前國內外對瀝青3大指標測試的研究大部分只停留在方法和技術上，尚沒有專門針對提高試驗效率方法的研究。為了快速測量現行瀝青試驗規程中的瀝青針入度和延度，本文測試不同瀝青(70#瀝青、90#瀝青、SBS改性90#瀝青、110#瀝青)在不同水浴時間(15、30、45、60、90 min)下的25 ℃針入度，以及在不同溫度(5 ℃、10 ℃、15 ℃)、不同拉伸速度(1、5 cm/min)及不同水浴時間(0.5，1，1.5 h)下的延度，通過對試驗所得的不同瀝青針入度和延度進行分析，建立不同瀝青針入度、延度與水浴時間的回歸關系方程。根據得到的回歸方程，使得在進行不同條件下的瀝青試驗中不必達到規范要求的水浴時間便可快速完成試驗，進而通過方程回歸,得到標準水浴時間1.5 h的瀝青針入度和延度值。研究結果對大量快速評定瀝青基本技術指標具有一定的參考價值。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

試驗所采用的瀝青為遼寧盤錦90#基質瀝青、SBS改性90#瀝青、山東金石70#和110#基質瀝青，其技術指標如表1所示。

表1 不同瀝青的技術指標Table1 Technicalindexesofdifferentasphalt瀝青名稱25℃針入度/0.1mm針入度指數PI軟化點/℃延度(10℃)/cm粘度(60℃)/(Pa·s)70#基質瀝青74-1.3046.593.818390#基質瀝青92-0.7744.590.7198110#基質瀝青120-1.26642.5>100.0160SBS改性90#瀝青690.372.848.61.832

1.2 試驗方法

測試不同水浴時間(15、30、45、60、90 min)的4種瀝青試樣(原始溫度為室溫20 ℃)的各項技術指標。根據我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)中的要求對瀝青進行25 ℃針入度試驗(T0604—2011)，5 ℃、10 ℃、15 ℃延度試驗(T0605—2011)，軟化點試驗(環與球法)(T0606—2011)，135 ℃旋轉粘度(布氏粘度)試驗(T0625—2011)。其中軟化點與旋轉粘度試驗主要是對瀝青進行技術指標的檢驗，針入度和延度試驗為本文主要研究內容。

2 不同水浴時間的瀝青技術指標回歸關系

2.1 試驗結果

2.1.14種瀝青不同水浴時間的針入度

試驗結果如表2所示。

表2 4種瀝青不同水浴時間下針入度值Table2 Penetrationof4kindsofasphaltunderdifferentwaterbathtime水浴時間/min水浴溫度/℃荷重/g貫入時間/s不同瀝青的針入度/0.1mm70#90#110#90#SBS1525100566.887.4112.065.53025100568.688.7114.066.74525100569.789.3115.867.56025100571.490.1118.068.69025100574.192.0120.469.7

2.1.24種瀝青不同水浴時間的延度

試驗結果如表3所示。

表3 不同溫度、不同拉伸速度下4種瀝青在不同水浴時間下的延度值Table3 Ductilityof4kindsofasphaltunderdifferenttemper-atureanddrawingspeedindifferentwaterbathtime瀝青種類水浴時間/h不同溫度、拉伸速度下的延度/cm5℃下1cm/min拉伸速度5℃下5cm/min拉伸速度10℃下5cm/min拉伸速度15℃下5cm/min拉伸速度0.520.59.117.516570#瀝青118.58.215.11591.515.17.513.71520.526.212.948.7>15090#瀝青125.210.241.7>1501.523.38.937.9>1500.513515.1128>150110#瀝青1105.614.489.9>1501.586.413.972.2>1500.553.439.553.8110.990#SBS瀝青151.336.952.0101.91.549.633.848.690.3

2.2 試驗結果分析

2.2.1不同水浴時間的瀝青針入度回歸關系

通過對4種瀝青針入度與不同水浴時間的變化曲線圖分析，得到其回歸關系方程(如圖1所示)。

從圖1可知，4種瀝青的針入度隨水浴時間的變化均呈線性增加趨勢，擬合的瀝青25 ℃針入度隨水浴時間的回歸關系公式為：

(a)70#瀝青

y=Ax+B

(1)

式中：y為瀝青25 ℃針入度，0.1 mm；x為水浴時間，min；A,B為回歸系數。

回歸系數A表征了針入度變化速度的快慢，回歸系數B表征的是曲線在y軸上的截距。回歸公式的R2值均在0.97以上，表明擬合的趨勢線非常接近數據變化規律，得到的回歸方程可靠性較高。同時觀察圖形變化趨勢可以發現，70#瀝青從15 min到1.5 h中間各個階段的變化率基本相同，表明針入度隨水浴時間遞增的相關性非常強；90#瀝青試驗各點數據均沿著趨勢線等距變化，表明針入度隨水浴時間遞增的相關性非常強；110#瀝青前3個數據都按照趨勢線隨時間遞增，但1 h和1.5 h處出現了一個較為明顯的“緩坡”，表明針入度隨時間變化的趨勢有所減緩。SBS改性瀝青的針入度隨水浴時間的變化與基質瀝青并無本質上差異，同樣呈線性遞增的關系，前3個時間點的針入度隨時間的變化較為規律，1 h到1.5 h之間雖有斜率變緩的趨勢但是并不明顯。

因此，4種瀝青針入度與不同水浴時間的回歸關系公式如表4所示。

表4 瀝青在不同水浴時間下的回歸關系公式Table4 Regressionformulaofasphaltindifferentbathtime瀝青種類回歸公式ABR270#瀝青y=Ax+B0.095965.5440.996590#瀝青y=Ax+B0.059886.6320.9929110#瀝青y=Ax+B0.1129110.630.984390#SBS瀝青y=Ax+B0.056164.9210.9796

2.2.2不同水浴時間的瀝青延度回歸關系

通過對4種瀝青延度(5 ℃、10 ℃、15 ℃)與不同水浴時間的變化曲線圖分析，得到其回歸關系方程(如圖2～圖5所示)。

從圖2～圖5可知，4種瀝青的延度隨水浴時間的變化呈減小的趨勢，擬合的瀝青5 ℃、10 ℃延度隨水浴時間的回歸關系公式為：

(a)70#瀝青

(a)70#瀝青

y=AeBx

(2)

式中：y為瀝青延度，cm；x為水浴時間，min；A、B為回歸系數。

回歸系數A表征瀝青在不同拉伸速度、溫度下的柔性，回歸系數B表征水浴時間對延度的影響，B值越大，則延度對時間的敏感性也就越大。

(a)70#瀝青

(a)70#瀝青

90#瀝青與110#瀝青15 ℃延度均超出了延度儀量程(150 cm)，而無法測出精確值，因此，不同水浴時間的90#、110#瀝青15 ℃延度采用回歸公式反算，反算的計算結果如表5所示，其回歸關系方程如圖6所示。

表5 不同水浴時間的瀝青15℃延度反算值Table5 Recursivevalueof15℃ductilityofasphaltindiffer-entwaterbathtime瀝青種類水浴時間/h5℃延度/cm10℃延度/cmAB15℃延度/cm0.512.948.73.4170.266183.990#瀝青110.241.72.4950.282170.51.58.937.92.0900.290161.40.515.11281.7810.4271085.0110#瀝青114.489.92.3070.366561.31.513.972.22.6760.330375.0

(a)90#瀝青

因此，4種瀝青針入度與不同水浴時間的回歸關系公式如表6所示。可以看出，R2值均在0.95以上，表明擬合得到的延度與水浴時間的回歸方程可靠。

表6 瀝青在不同水浴時間下延度變化的回歸關系公式Table6 Regressionrelationformulaofasphaltductilityunderdifferentwaterbathtime瀝青種類溫度/℃拉伸速度/(cm·min-1)回歸公式ABR251y=AeBx24.289-0.3060.965370#瀝青55y=AeBx9.9989-0.1930.998105y=AeBx19.614-0.2450.9862155y=AeBx172.14-0.0820.996951y=AeBx27.966-0.1170.963690#瀝青55y=AeBx15.278-0.3710.9771105y=AeBx54.659-0.2510.9815155y=AeBx195.55?-0.13?0.9916?51y=AeBx167.49-0.4460.9966110#瀝青55y=AeBx15.707-0.0830.9929105y=AeBx166.66-0.5730.9821155y=AeBx1768.5?-1.062?0.981?51y=AeBx55.349-0.0740.997590#SBS瀝青55y=AeBx42.841-0.1560.9947105y=AeBx56.923-0.1020.9649155y=AeBx123.64-0.2050.9898注:“?”標注值為方程推算得到延度的回歸方程系數。

3 結論

a.4類瀝青針入度隨水浴時間的變化規律均呈線性關系，隨水浴時間的增加而增加，建立了25 ℃針入度試驗4種瀝青的通用方程為y=Ax+B，R2均達到了0.95以上，從而建立起25 ℃針入度試驗相對于水浴時間的快速試驗評價系統。

b.4類瀝青延度在不同條件下隨水浴時間的變化規律均呈指數型關系，隨水浴時間的增加而減少。并建立其不同瀝青在不同條件下的回歸關系方程：y=AeBx，R2均達到了0.95以上，從而建立起5 ℃、10 ℃、15 ℃在不同拉伸速度下延度試驗相對于水浴時間的快速試驗評價系統。

c.在按規范進行25 ℃針入度和不同溫度、不同拉伸速度的延度試驗時，不須使水浴時間達到1.5 h，在短時間下得到對應的針入度和延度值后，根據各自所得的方程就可回歸得到按規范要求所需的針入度和延度值，縮短了試驗時間，達到了預期效果。本研究結果對大量快速評定瀝青基本技術指標具有一定的參考價值。