改性瀝青針入度與PG高溫等級關系的研究

李佰昌，鄧文廣，王 涵，張 斌，郭 娜

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

改性瀝青針入度與PG高溫等級關系的研究

李佰昌，鄧文廣，王 涵，張 斌，郭 娜

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

選取利用中海油36-1瀝青制備的4種常用的中海油SBS改性瀝青，分別進行針入度分級實驗和多個溫度下的動態剪切試驗，測試瀝青的25 ℃針入度、延度、軟化點及其PG高溫指標。在綜合分析試驗結果的基礎上，提出了中海油改性瀝青的針入度等級和PG高溫等級之間的關系。二者相關系數達0.99以上，PG等級達到76 ℃時，25 ℃針入度應不大于66.5；PG等級達到82 ℃時，25 ℃針入度應不大于63.0。利用針入度能夠較好地預估PG高溫等級，為生產提供指導。

改性瀝青 針入度 PG分級 中海油

長久以來，許多國家和研究機構都在探索能夠反映改性瀝青實際路面使用性能的技術指標和試驗方法。其中，美國的戰略公路研究計劃(Strategic Highway Research Program，SHRP)[1]提出的一套全新的瀝青性能技術指標——PG分級標準，從瀝青材料的化學和物理性質入手，利用流變學和力學等理論，建立起瀝青材料的化學、物理性質和實際路面使用性能之間的聯系。PG分級標準引起了世界各國的廣泛關注。

我國采用以針入度、軟化點和延度等指標來表征道路瀝青的性能[2]，主要依賴經驗性分析的針入度和延度的大小來評價瀝青性能，作為瀝青分級的標準。PG分級體系引入我國后，應用范圍不斷擴大，影響力也越來越大。然而，由于技術規范體系的原理和測試方法的不同，對于瀝青的評價采用不同的評價體系得到的結果有所不同[3]。這就要求對兩種評價體系之間的關系有一定的研究。

本研究以“中海油36-1”瀝青為原料，通過調節加入SBS、相溶劑的比例，制備具有代表性的中海油改性瀝青，測定其PG分級及針入度分級的性能，考察二者之間的關系，以期指導生產應用。

1 實 驗

1.1 原 料

實驗中所用瀝青選擇中海瀝青股份有限公司蒸餾法制得的“中海36-1”AH-70基質瀝青，其質量評價結果如表1所示。

表1 “中海36-1”AH-70基質瀝青的性質

所用相溶劑為中海瀝青股份有限公司自產的糠醛抽出油，60 ℃運動黏度428 mm2/s，閃點238 ℃。所用SBS為LG公司生產的LG501。

1.2 樣品制備方法

取一定量的基質瀝青，加入相溶劑加熱至170 ℃，再加入SBS，攪拌0.5 h；繼續升溫至190 ℃，在5 000 r/min的轉速下高速剪切0.5 h，確保溫度不高于200 ℃；保持195 ℃，繼續攪拌發育4 h，然后加入穩定劑，攪拌0.5 h；取樣分析，測試各項指標。

1.3樣品測試方法

針入度分級測試方法按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[2]進行。PG高溫動態剪切試驗(DSR)按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[2]中T0628—2011瀝青流變性質試驗的方法進行測試。

2 結果與討論

根據以往經驗，制備了4種常用的中海油SBS改性瀝青P1，P2，P3，P4。分析測試4種改性瀝青的常規指標，結果如表2所示。車轍因子(G*/sinδ)是評價PG分級高溫性能的重要指標依據，4種改性瀝青的車轍因子見表3。

表2 4種改性瀝青的常規指標

表3 4種改性瀝青的車轍因子

從表2可以看出：P1，P2，P3符合改性瀝青I-C的三項指標要求，低溫延度較好；P4符合改性瀝青I-D的三項指標要求，低溫延度也較好。由表3可知，P3、P4在82 ℃下的車轍因子均大于1 kPa，薄膜烘箱后車轍因子也大于2.2 kPa，具有較好的高溫性能。

以4種改性瀝青的針入度為橫坐標，76 ℃和82 ℃下的車轍因子為縱坐標作圖，結果如圖1所示。

圖1 4種改性瀝青針入度與76 ℃、82 ℃下的車轍因子的關系■—76 ℃； ▲—82 ℃。圖2同

由圖1及相關文獻[4]可知，針入度和車轍因子之間有明顯的乘冪關系。車轍因子與針入度的關系式為：

Y=AeBX

(1)

式中：Y為車轍因子，kPa，X為針入度，0.1 mm，A、B為常數。

按照關系式(1)，通過擬合得到針入度與車轍因子之間的關系，如圖2所示，擬合結果如表4所示。

圖2 4種改性瀝青針入度與76 ℃、82 ℃車轍因子的擬合曲線

表4 4種改性瀝青針入度與車轍因子的擬合結果

由圖2及表4可以看出，4種改性瀝青的25 ℃針入度與車轍因子之間有很好的乘冪關系，相關性很好，相關系數達0.99以上。此外，根據針入度與車轍因子之間的乘冪函數，計算出PG等級達到76 ℃時，25 ℃針入度應不大于66.5；PG等級達到82 ℃時，25 ℃針入度應不大于63.0。

3 結 論

由中海油36-1瀝青制得的4種不同的SBS改性瀝青的針入度與車轍因子之間有很好的乘冪對應關系，相關性很好，相關系數達0.99以上，PG等級達到76 ℃時，25 ℃針入度應不大于66.5；PG等級達到82 ℃時，25 ℃針入度應不大于63.0。利用針入度能夠較好地預估PG高溫等級，為生產提供指導。

[1] Anderson D A，Kennedy T W.Developmet of SHRP binder specification [J].Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists，1993，62(1)：481-507

[2] 交通運輸部.瀝青與瀝青混合料試驗規程:JTG E20-2011[S].北京：人民交通出版社，2011

[3] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001：60-66

[4] 陳佩茹，孫立軍.常規瀝青的針入度等級和 PG 高溫等級間的關系[J].中國公路學報，2003，16(3)：15-18

RELATIONSHIPBETWEENPENETRATIONGRADEANDHIGHTEMPERATUREPGGRADEOFMODIFIEDASPHALT

Li Baichang， Deng Wenguang， Wang Han， Zhang Bin， Guo Na

(ChinaoffshoreBitumenCo.Ltd，Binzhou，Shandong256600)

Four kinds of commonly used CNOOC SBS modified asphalt were prepared from CNOOC 36-1 asphalt.The penetration at 25 ℃，ductility，softing point and PG high temperature parameters of the 4 samples were investigated by conventional penetration tests and DSR tests under multi-temperature conditions.Based on the test results，a relationship between penetration grade and performance high temperature grade PG was established.The correlation coefficient of the relational expression is >0.99.When PG level reaches 76 ℃，the 25 ℃ penetration result should not exceed 66.5；When PG level reaches 82 ℃，the 25 ℃ penetration should not exceed 63.0.The PG high temperature levels can well be estimated according to the penetration grade.

modified-asphalt； penetration； PG grade； CNOOC

2017-03-09；修改稿收到日期：2017-04-10。

李佰昌，碩士，2014年畢業于中北大學材料學專業，助理工程師，現從事瀝青材料的研發工作，已發表論文6篇。

李佰昌，E-mail：libaichang09@163.com。