提起瀝青不得不說的是瀝青的牌號,也就是常說的70#、90#或者I-C、I-D,還有近年來常見的 PG76-28,關(guān)注美國市場的朋友可能還見過AC-10瀝青(AC可不是密級配哦!)。那么這里的“牌號”到底是什么意思?瀝青的牌號是怎么劃分的?各牌號瀝青有什么指標(biāo)要求?具體是怎么測出來的?不要著急,這些問題的答案都在本文中,慢慢往下看吧。
可能很多人對“牌號”這個詞很陌生,不過我們可以舉一個簡單的例子,比如車用汽油根據(jù)抗爆性不同分為92#、95#、98#幾種,我們稱之為3個不同的牌號,牌號可以理解為一種編號或者類型,很多情況下以“#”作為后綴。
瀝青跟汽油類似,我們根據(jù)具體用途不同,將瀝青的某項指標(biāo)人為的劃分為若干個連續(xù)的范圍,對于指標(biāo)落在該范圍內(nèi)的產(chǎn)品,即為該牌號瀝青。如針入度分級體系中,我們將90#瀝青的針入度范圍設(shè)置為80-100,70#瀝青的針入度范圍為60-80,如果某種瀝青的針入度為95,則該瀝青為90#瀝青,如果另一種瀝青的針入度是74,則該瀝青的牌號即為70#。
針入度分級體系中的“分級”是什么意思?
分級體系是劃分不同牌號(不同級別)瀝青的方法,在不同的分級體系中,對于牌號的劃分有不同的規(guī)則。目前,世界范圍內(nèi)主要有3種不同的瀝青分級體系:針入度分級、黏度分級、PG分級。70#瀝青、AC-20瀝青、PG76-28瀝青就是由這三種不同的分級體系得到的。
前傳
瀝青早在公元前6000年就開始得到應(yīng)用,而針入度儀在1888年才被H.C. Bowen發(fā)明,在22年后的1910年后才得以普及。在此之前并無有效的指標(biāo)分析方法,人們確定瀝青軟硬程度的方法非常原始:用嘴咀嚼,即使后來普及針入度儀之后,很多瀝青技術(shù)人員仍然以用嘴咀嚼的結(jié)果與儀器試驗結(jié)果相近而感到驕傲。
針入度分級
美國自1901年起,公共道路局、試驗和材料學(xué)會就致力于將針入度試驗作為控制瀝青軟硬程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。1918年,公共道路局制訂了不同的氣候條件下適用的針入度范圍,稱之為瀝青針入度等級系統(tǒng)。AASHTO在1931年出版了瀝青的針入度等級標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范,自此針入度分析體系正式形成。
所謂的針入度分級,是指以針入度(通常為25℃下)作為分級(劃分不同牌號)的依據(jù)。針入度分級體系目前在國內(nèi)得到的了非常廣泛的應(yīng)用,國內(nèi)幾乎全部瀝青產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)均采用針入度分級系統(tǒng),如下圖的重交道路石油瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 15180-2010、張玉貞等起草)中,就將重交瀝青劃分為了30#、50#、70#、90#、110#、130#幾個牌號,每個牌號瀝青都有不同的針入度范圍要求。
被廣大瀝青試驗人員所熟知的“三大指標(biāo)”:軟化點、延度、針入度即來源于針入度分級體系。
黏度分級
自20世紀(jì)60年代起,很多人認(rèn)為瀝青采用針入度分級存在一些缺陷,主要有:針入度為經(jīng)驗性試驗不夠理性;難以反映路面在高溫狀態(tài)下服役狀態(tài)等,以FHWA為代表的人們提出,相比25℃針入度,60℃黏度更能反映出在高溫情況下瀝青的真實使用狀態(tài),因此他們提出采用60℃黏度來代替針入度進(jìn)行分級,后人稱之為黏度分級,簡稱AC。
同期,美國加州公路局等認(rèn)為經(jīng)過RTFO(旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱)老化瀝青的60℃黏度才能更為真實的反應(yīng)瀝青的實際水平,提出了老化渣油黏度等級(簡稱AR),他們把RTFO后的瀝青參照AC的方法進(jìn)行分級,這樣可以模擬拌合之后的效果。
其實,以黏度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級是潤滑油基礎(chǔ)油等油品常用的牌號劃分方式,另外這種劃分方式也在瀝青再生劑中得到了應(yīng)用。
PG分級
美國自1987年開始了一個耗資1.5億美元的名為SHRP(戰(zhàn)略公路研究計劃)的研究工作,其中三分之一的經(jīng)費用來開發(fā)基于性能的瀝青規(guī)范,包括路面性能試驗方法,并為瀝青及瀝青混合料制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
SHRP研究的最終結(jié)果是得到了Superpave瀝青混合料設(shè)計和分析體系,提出了瀝青的PG(performance grading)分級。PG分級體系是一種全新的分析和評價方法,它吸納了針入度分級、黏度分級的優(yōu)點,將瀝青在儲運、拌合并碾壓后、長期使用后三個階段的性能進(jìn)行了詳細(xì)的評價。
PG分級評價完成后,可以得到如PG XX-YY格式的等級(如PG76-28),它主要包含XX、YY兩個指標(biāo),其中XX是路面最低設(shè)計溫度,YY是7d平均最高溫度,PG分級的最終目的即通過試驗確定XX與YY的值。
PG分級的主要設(shè)備及試驗項目:
動態(tài)剪切流變儀(DSR):測試車轍因子,在制定溫度下分別要求新鮮及RTFO樣品大于1.0KPa和2.2KPa。另外還測試PAV后的疲勞因子,要求小于5000KPa。
彎曲梁流變儀(BBR):測試蠕變勁度S和參數(shù)m,在制定溫度下要求分別小于300,大于0.3。
旋轉(zhuǎn)粘度計(RV):評估高溫黏度,要求135℃黏度小于3Pa·S。
旋轉(zhuǎn)薄膜老化烘箱(RTFO):進(jìn)行163℃,85min的短期老化試驗,模擬拌合后瀝青狀態(tài)。
壓力老化箱(PAV):進(jìn)行2.1MPa空氣,100℃,20h的長期老化試驗,模擬長期使用后瀝青狀態(tài)。
PG分級的缺點似乎只有一個,那就是設(shè)備價格過于昂貴,目前一整套PG分級設(shè)備價格在百萬元人民幣以上。我國自1995年由蘇交科引入Superpave技術(shù)后,瀝青的PG分級也得到了廣泛的應(yīng)用,特別是在南方地區(qū)應(yīng)用較為普遍,截止目前,Superpave技術(shù)在我國應(yīng)用里程已經(jīng)超過1萬公里。但受硬件設(shè)備的限制,國內(nèi)瀝青仍以針入度分級為主。
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