沥青压力试验仪

石油沥青简介石油沥青是原油加工过程中的一种产品，在常温下是黑色或黑褐色的粘稠的液体、半固体或固体，主要含有可溶于氯仿的烃类及非烃类衍生物，其性质和组成随原油来源及生产方法的不同而变化。从元素组成上，石油沥青是由多种碳氢化合物及非金属（氧、硫、氮）衍生物组成的混合物，其元素组成主要是碳（80~87%）、氢（10~15%）；其余是非烃元素，如氧、硫、氮等（＜3%）；此外，还含有一些微量的金属元素。 从组份分析，石油沥青的主要组分是油分、树脂和地沥青质，还含2~3%的沥青碳和似碳物，还含有蜡。沥青中的油分和树脂能浸润沥青质。沥青的结构以地沥青质为核心，吸附部分树脂和油分，构成胶团。虽然目前对于沥青质的分子结构尚无定论，但是一般认为可以把沥青质分子看成是由若干个单元片所构成，每个单元片中含有一个芳环－环烷环系，分之中单元片之间由以碳原子为主的链连接。此类单元片的结构大体可以用下图1所示的结构模式来表示。应强调的是，这仅仅是一个虚拟的模式，并不是单元片实际的分子结构。 沥青状组分单元片结构模式示意图石油沥青评价体系目前，在世界范围内具有代表性的道路沥青的评价体系有三种，即针入度分级体系、粘度分级体系和PG分级体系。 针入度分级体系是由针入度、软化点、延度、闪点、溶解度、蜡含量、抗老化等指标构成，是一个相对比较完整的体系；粘度体系主要考虑了沥青的高温性能，主要是由粘度、针入度、老化、延度和闪点组成；PG分级体系是美国联邦公路局研究的成果，是以气候分区确定沥青的使用范围。目前针入度评价体系是我国技术规范中采用的评价体系。由于我国石油应用的行业比较广泛，制定相应标准的部门包括国家标准化管理委员会、生产加工领域的石油化工部门、应用领域的交通部，采用的评价标准也因行业不同、用途不同而有差异。就以70号道路石油沥青技术标准为例，针对三种技术标准进行了比较分析，汇总如下表所示。三种技术标准对比表70号道路石油沥青技术标准项 目 国家标准 (GB/T15180-2010) 中石化1 标准 (Q/SHR 003 - 2000) 交通部标准 * (JTG F40-2004) 针入度（25℃，100g, 5s），1/10mm 60~80 60~80 60~80 针入度指数 PI//-1.5~1.0延度（10℃，5cm/min）,cm 不小于 // 15 延度（15℃，5cm/min）,cm 不小于 100 150100 软化点（环球法），℃ 44~57 46~54 ≮46溶解度（三氯乙烯），% 不小于 99.0 99.5 99.5 闪点，（开口）℃ 不小于 230 230 260 密度（25℃），g/cm3 实测1.00~1.05 实测蜡含量，%（m/m） 不大于 3.0 2.0 2.2 60℃动力粘度，Pa 不小于//160薄膜烘箱试验（163℃，5h） 质量变化，% 不大于 0.8 0.5 0.8 针入度比，% 不小于 55 6861 延度（10℃，5cm/min）,cm 不小于 //6 延度（15℃，5cm/min）,cm 不小于 30 100/*：交通部JTG F40-2004中给出的是70号A等级石油沥青的技术要求。从上表分析中可以看出，国家标准综合考虑了全国性的实际情况，对沥青指标的要求总体上相对宽松，如延度指标的试验条件为15℃，而交通部标准中还规定了10℃的延度；软化点、蜡含量、针入度比及溶解度等指标较石化标准和交通部标准也相对较低。对比分析中Q/SHR 003-2000 与JTG F40-2004可以发现，Q/SHR 003-2000标准在部分指标上对要高于交通部标准，如15℃延度、蜡含量及质量损失等指标。交通部标准根据道路应用实际情况加强了低温性能的指标要求，新增了10℃延度及60℃动力粘度检测指标，以及针入度指数。关键技术指标1、针入度沥青的针入度与沥青路面的使用性能具有密切的关系，是我国选择沥青标号的最主要依据。针入度表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力，反映在一定条件下沥青的相对黏度的指标，是指在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度，以 0.1mm计，如图所示。针入度测试示意图2、高温稳定性指标高温稳定性是指沥青混合料在高温、慢速荷载作用下抵抗变形的能力，最典型的高温变形就是车辙。车辙的产生是路面破坏的起点，在车辙下凹处如果不能够很好的排除，就容易导致水损害。车辙处积水还是行车的安全隐患，行车舒适性变差。所以车辙等高温稳定性破坏的后果严重，必须加以防止。在抵抗高温变形中，沥青起到重要的作用，SHRP研究表明沥青的性能提供了40%的抗车辙能力，所以准确评价沥青的高温稳定性指标非常的关键。目前，用于表征沥青高温稳定性的指标主要有软化点、粘度。沥青软化点是人为选定的沥青由固态到液态度转变温度的范围中的一个条件粘度，同时也是沥青达到规定条件粘度时的温度。一般来说，沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。因此，软化点即是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘度的一种量度，我国乃至许多国家均把沥青软化点作为一项重要的性能指标。软化点作为我国道路沥青最常用的三大指标之一，为一般技术人员所熟悉，数值表达也很直观，直接与表示路面发软变形的程度相关联，较高的软化点可以抵抗高温永久变形。粘度是对流体流变特性的一种量度，反映流体发生流动时其内部分子间摩擦阻力的大小。粘度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切变形，弹性恢复性能好，残留的永久性塑性变形小，其抵抗车辙的性能好。60℃粘度指标常作为反映沥青在盛夏季节耐热性的指标。粘度的测试方法比较多，有动力粘度、运动粘度、旋转粘度、标准粘度、恩式粘度等。目前我们采用比较多的是旋转粘度，采用的是布洛克菲尔德黏度计进行测试。旋转粘度是由淹没在沥青试样内转子的阻力力矩和转动的速率计算所得，旋转粘度本质上是剪应力与剪变率的比值，单位Pa• s。旋转粘度测定的是沥青的表观粘度。3、低温性能指标沥青的低温性能也是一个非常重要的指标，因为低温性能直接与路面的功能相关。目前道路沥青的技术规范中，评价低温的指标是延度。脆点在一定程度上也可以表征沥青的低温性能。SHRP研究计划中提出两种评价指标，分别是BBR和DDT。路用沥青的延度是通过在规定的速度和温度下，拉伸标准试件的两端直到断裂的长度，用以表征沥青的延伸性。所谓延性是指受到外力拉伸作用时，所能承受的塑性变形能力，用于衡量沥青的内聚力。沥青的延度与沥青路面的低温抗裂性密切相关。一般而言，沥青延度越大，说明沥青柔性越好，在低温下开裂的风险就越小。沥青延度示意图脆点的实际意义是沥青弹性破坏的界限，作为一种低温抗开裂的指标。通过图4这个沥青形态分布可以看出，软化点到脆点的温度范围是沥青的弹塑性范围，也就是同时兼顾高温和低温性能的范围，所以性能好的沥青软化点要高，脆点要低。粘弹性形态分布图4、温度敏感性指标 沥青的感温性也是一个非常重要的指标，目前用来评价沥青感温性的指标主要有针入度指数PI值，针入度粘度指数PVN和复数模量指数GTS。目前纳入技术规范中的只有针入度指数。针入度指数是由下列公式 计算来的，依据就是针入度的对数与温度之间存在线性关系，A就是直线的斜率。针入度粘度指数是麦克劳德提出的，用25℃的针入度和60℃的粘度计算出来的，见公式3 。对于PI和PVN两个指标哪个更能表征沥青的感温性，不同学者有不同的看法，北美和加拿大的学者们比较认可针入度粘度指数，而我国学者指出针入度粘度指数在表征改性沥青的感温性能上存在弊端，与针入度指数PI值相冲突。 在美国SHRP研究计划中，提出了复数模量指数，就是复数模量的双对数与温度的对数之间存在线性关系，线性关系的斜率就作为复数模量指数，详见公式4。 由于复数模量的测试温度范围是28~76℃，可以表征沥青中温和高温区的感温性。下表给出了三个感温性指标的优缺点，其实将针入度指数和复数模量指数相结合可以有效的评价沥青的感温性，但是由于复数模量的测试采用的仪器弯曲梁流变仪，价格较贵，普及比较困难。三种温度敏感性指标的优缺点PIPVNGTS参数针入度针入度，粘度复数模量温度15℃，25℃，30℃25℃～60℃（或135℃）28℃～76℃试验仪器针入度仪针入度仪和粘度仪动态剪切流变仪试验时间长较短较长优点试验设备普及，容易操作。试验设备较普及，评价温度区间较宽。温度区域很宽，数据采集点的温度差很小，能够反映沥青流变性能随温度的变化趋势。缺点评价温度区域较窄，无法反映整个使用范围内的性能变化，针入度属于条件性指标，计算结果受试验方法精度的影响很大。数据采集点的温度差较大，无法准确反映沥青随温度变化的趋势。试验设备不普及，其准确性和适用性还需要进一步验证，对操作者要求高。5、抗老化指标由于沥青组成的不稳定性，因此抗老化指标也是表征沥青性能的重要指标。目前评价沥青老化性能的方法主要有两种，第一种是自然老化方法，第二种时室内模拟老化的方法。在自然老化方法中，主要有大气老化实验法和路用性能跟踪实验法。大气老化法就是将沥青放在一定的容器中，放在室外固定的位置经受风吹日晒，一定时间后对沥青进行测试；路用沥青跟踪试验法就是将沥青铺建在道路上后，一定时间后从路面中取样，将沥青从石料表明分离出来后进行评价和测试。室内模拟沥青老化的方法主要有两种，一种是短期老化，有薄膜烘箱法（TFOT）和旋转薄膜烘箱法（RTFOT），模拟的是沥青和石料拌合过程中的老化程度，还有一种是长期老化，采用的是压力老化法（PAV），模拟的是在道路上使用10年后的沥青的老化程度。日本和加拿大的沥青联合试验研究对TFOT和RTFOT做出了评价认为TFOT试验的精度虽高，但重现性较低，且对于不同的沥青未必给予同等程度的老化效果。而RTFOT试验则不仅精度高，且重现性也好，尤其是对于不同的沥青能给予同等程度的老化影响。但是众多研究表明，两种试验的结果大体上是相当的，因此许多与沥青有关的标准中注明两种试验方法可以相互替代。目前压力老化容器试验(PAV)已经成为国内外公认的标准长期老化方法，并已经被许多国家推广采用。但压力老化容器试验(PAV)有一定的局限性，它主要考虑到了动态车载、氧、热对沥青性能的影响，并未涉及紫外光与氧的联合作用及水分对沥青性能及组分的影响。6、蜡含量蜡含量是评价沥青性能的一个重要指标，如果沥青中含有较高的腊，高温时，会使沥青变软，导致出现车辙；低温时，容易使沥青变脆，使得沥青路面出现开裂；同时蜡可以降低沥青和石料之间的粘附性，使得沥青和石料发生剥离，此外，沥青中含有蜡的话会使沥青路面的抗滑性能降低，容易出现安全事故。目前蜡含量的测试方法比较多，有裂解法、吸附法、硫化法、色谱法和差示扫描量热法等，目前我国采用的是裂解法。裂解法测试沥青的蜡含量是一个非常复杂的过程，而且影响因素很多、主要过程是先在高温条件下蒸馏，将蜡蒸馏出来，在用无水乙醚和乙醇的混合液溶解后，在低温条件下让腊析出，在通过洗涤将析出蜡纯化，再用石油醚溶解将蜡从漏斗中洗脱下来，再通过蒸发和真空干燥等恒重得到腊的含量。（作者：中华人民共和国泰州海关 才洪美）

2020第二届重载沥青与桥面铺装技术大会于8月27-28日在山西太原召开，本届大会以“更好的桥面铺装，更耐久的桥梁”为主题，共设置三个分论坛、十三场主题报告、两场圆桌讨论和两场参观观摩，共同探讨国内外桥面铺装现状、桥面铺装的结构形式、桥面铺装设计标准与方法、桥面施工工艺及装备、复合浇注式沥青混凝土铺装、环氧沥青铺装、超高性能混凝土UHPC铺装、桥面防水防腐材料、智能管养与检测技术、其它桥面铺装新技术、新材料、新工艺、新装备等。 上海昌吉地质仪器有限公司携多款新型浇筑式沥青检测设备精彩亮相展会。展会上公司生产的新型浇筑式沥青检测设备吸引了大批专业人士的驻足、咨询与交流。 本次展会，上海昌吉展出的多款新型浇筑式沥青检测设备，其中本公司专门研发的新品SYD-0768 浇筑式沥青混合料贯入度试验仪吸引了大批专业客户的目光，收获广大好评，咱们一起看看吧！SYD-0768浇筑式沥青混合料贯入度试验仪 主要用于测量浇筑式沥青混合料的贯入度，即在指定的温度和荷载作用下，沥青混合料的变形量，从而评价浇筑式沥青混合料的高温稳定性，并指导其配比设计。 下列两款仪器，动稳定度和破坏应变也是浇筑式沥青必须检测指标，仪器名称：SYD-0719C-2自动车辙试验仪和SYD-0730A 多功能全自动沥青压力试验仪。想了解设备详细资料的用户可给小编留言，或关注上海昌吉公众号，联系我们公众号客服。SYD-0719C-2 自动车辙试验仪（三轮科研）SYD-0730A 多功能全自动沥青压力试验仪 本次展会，上海昌吉推出多款浇筑式沥青检测新产品，向来自全国各地的客户多角度、深层次地展示产品与服务。好的产品少不了客户的检验，欢迎新老客户对咱们上海昌吉新产品提出改进意见。立足客户需求，完善产品与服务，上海昌吉地质仪器有限公司始终如一！

研究背景铁尾矿是铁矿石经破碎、筛分、研磨、分级、浮选等工艺流程，筛选出铁元素后的剩余产物，其主要成分与公路工程用集料相同。但现阶段我国的铁尾矿综合利用率较低，主要采取堆存方式进行处置，该做法造成了资源的浪费。公路工程建设过程中需要大量的筑路材料，若能将铁尾矿用作筑路材料，即可以降低公路工程造价，也可减少其对环境的污染。本文以表面自由能理论为依据,采用座滴法测量铁尾矿和不同沥青的表面能参数,并计算沥青与不同集料间的粘附功,以衡量铁尾矿与沥青间的粘附性能。实验方法与仪器1.表面能测试本文使用蒸馏水、甘油以及甲酰胺作为测定接触角的试剂，后测定这三种试剂在试样表面的接触角，并计算沥青与集料的表面能及其分量。本文采用德国KRÜ SS公司的DSA100接触角测量仪在25℃下对四种集料和沥青的接触角进行测试。DSA100接触角测试仪2.原材料本文研究过程中采用东海70号沥青、SBS改性沥青（I-D）和SBR改性乳化沥青蒸发残留物三种沥青，集料采用石灰岩、玄武岩和铁尾矿石。原材料各项技术均能满足现行技术规范要求，其中沥青技术指标如表1所示，四种集料矿物成分如表2所示。表1 沥青技术指标表2 矿物成分组成表结果与讨论1.接触角图1 接触角测试结果由图1实验结果可以发现，四种集料与测试液体的接触角差别较小，且不同材料与各测试液体的接触角试验的重复性较高。其主要原因可能是，各集料在测试前均对其表面进行了分割和磨平，这使得其空隙情况差别不大，因此各接触角差别不是很大。整体而言，蒸馏水与集料间的接触角随SiO2含量的增加而减小，其主要原因是水为极性分子，SiO2对水的极性能力较大，二者接触时更倾向于吸附更多的水以平衡表面力场，降低表面能，所以表现出水与集料间的接触角随SiO2含量的增加而减小的现象。SBS改性沥青与水和甘油间的接触角最大，SBR改性乳化沥青蒸发残留物与水间的接触角次之，基质沥青最小；SBR改性乳化沥青蒸发残留物与甲酰胺间的接触角最大，SBS改性沥青次之，基质沥青最小。图2γL与γLcosθ的关系为进一步验证测试结果的准确性，将不同测试液体的表面能γL与γLCOSθ进行线性拟合，结果如图2。由图 2可以发现，测试液体的表面能γL与γLCOSθ 线性拟合后的相关系数（R2）均大于0.90。表明二者之间具有良好的线性关系，即测试结果可靠。2.表面自由能图3表面能计算结果分别综合3种测试液体的表面能参数及其在集料和沥青的接触角计算集料和沥青的表面能及其分量，计算结果如图3所示。由图3(a)-(c)可以看出，四种集料的表面能相差不大，其中石灰岩的表面能最大，铁尾矿1的表面能最小，该现象的主要原因是石灰岩中的SiO2含量最小，铁尾矿1中SiO2含量最大，已有研究结果表明集料的表面能与SiO2含量呈负相关关系。四种集料中，铁尾矿2的极性分量最大，色散分量最小，石灰岩的极性分量最小，色散分量最大。由(d)-(f)三种沥青的表面能存在较大的差异，其中SBS改性沥青的表面能最大，SBR改性乳化沥青蒸发残留物的表面能最小，其可能原因是改性乳化沥青制备过程中需要加入乳化剂，乳化剂的作用原理是降低沥青与水间的界面能，提高二者间的稳定性，蒸发残留物制备过程中的乳化剂未能完全蒸发，导致其表面能的降低。SBS改性沥青的极性分量最小，色散分量最大，SBR改性乳化沥青的极性分量最大，色散分量最小，其可能原因是SBS蒸发残留物中的乳化剂未能充分挥发，使得其蒸发残留物的极性增强。3.粘附功的计算图4不同沥青与集料间的粘附功通过沥青和集料的表面能数据计算得到二者间的粘附功，计算结果如图4。由图4可以发现，不同沥青与不同集料间的粘附功存在一定差别，其中SBS改性沥青与石灰岩间的粘附功最大，为71.16mJ/m2，而SBR改性乳化沥青蒸发残留物和铁尾矿1之间的粘附功最小，为66.24mJ/m2。整体而言，石灰岩与各沥青间的粘附功要大于玄武岩和铁尾矿，该现象产生的原因是石灰岩的SiO2含量仅为0.76%，其碱性要强于玄武岩和铁尾矿。SBS改性沥青与集料间的粘附功要大于70号基质沥青和SBR改性乳化沥青蒸发残留物，究其原因，SBS改性剂的加入使得沥青的极性降低，而SBR改性乳化沥青蒸发残留物中乳化剂在挥发不完全情况下，其极性更大，且残留物制备过程中需要经过高温蒸发，使得沥青发生了一定程度的老化，老化后的沥青极性增强。小结石灰岩的表面能最大，铁尾矿的表面能小于石灰岩和玄武岩，且铁尾矿的极性分量大于石灰岩和玄武岩，色散分量小于二者。不同沥青与不同集料间的粘附功存在一定差别，SBS改性沥青与集料间的粘附功大于基质沥青和SBR改性乳化沥青蒸发残留物，石灰岩与沥青间的粘附功要大于玄武岩和铁尾矿。参考文献：[1]王鑫洋,苏纪壮,祁冰.基于表面能理论和拉拔试验的铁尾矿与沥青黏附性研究[J/OL].武汉理工大学学报(交通科学与工程版):1-11[2022-12-15].