關(guān)于石油瀝青的評價
導(dǎo)語：因為瀝青的化學(xué)組成復(fù)雜，對組成進行分析很困難，且其化學(xué)組成也不能反映出瀝青性質(zhì)的差異，所以一般不作瀝青的化學(xué)分析。通常從使用角度出發(fā)，將瀝青中按化學(xué)成分和物理力學(xué)性質(zhì)相近的成分劃分為若干個組，這些組就稱為“組分”。石油瀝青的組分及其主要物性如下：油分、樹脂、地瀝青質(zhì)。
與其他產(chǎn)品相同，石油瀝青的產(chǎn)品質(zhì)量是通過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)進行約束的，而產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中所包含的技術(shù)內(nèi)容構(gòu)成了產(chǎn)品的評價體系。
瀝青的評價體系與瀝青的用途有關(guān)，在瀝青的評價體系中，所包含的技術(shù)內(nèi)容應(yīng)該直接或間接地反映瀝青的使用性能。
道路瀝青，根據(jù)它在施工過程和使用過程中的特點，應(yīng)具備好的施工和易性和施工安全性，好的抗老化性能，好的抗疲勞耐久性能，好的抗高溫永久變形能力，好的抗低溫開裂能力及產(chǎn)品所含雜質(zhì)(無效組分)的限制。因此，在道路瀝青的評價體系中，應(yīng)該包含能夠反映以上性能的技術(shù)內(nèi)容。
目前，在世界范圍內(nèi)具有代表性的道路瀝青的評價體系有三種，即針入度分級體系、粘度分級體系和PG分級體系。
道路瀝青的針入度分級體系是根據(jù)瀝青針入度的大小確定瀝青所適應(yīng)的氣候條件和載荷條件。針入度分級體系的主體是人們所熟悉的拉(延度)、扎(針入度)、落(軟化點)，輔以瀝青的安全性指標(biāo)閃點、瀝青的純度指標(biāo)溶解度、瀝青的抗老化性能指標(biāo)薄膜烘箱試驗和對生產(chǎn)瀝青所用原油的約束指標(biāo)蠟含量等，構(gòu)成了瀝青的針入度分級體系。
在針入度分級體系中，瀝青針入度試驗是測定瀝青稠度的標(biāo)準(zhǔn)方法。25℃的針入度給出了接近年平均使用溫度下的瀝青的稠度，研究結(jié)果表明，瀝青在25℃的針入度下降至20以下時，會出現(xiàn)嚴(yán)重的路面開裂，當(dāng)瀝青的針入度大于30時，會具有高抗開裂性能。瀝青的延度與其路用性能有關(guān)聯(lián)關(guān)系，有研究表明當(dāng)13℃時的延度小于5cm時，道路溫縮裂縫大量增加。另有研究證實當(dāng)瀝青的針入度為30-50時，針入度相同的瀝青，延度小的比延度大的使用性能差。還有人發(fā)現(xiàn)越來越多證據(jù)表明通過路面使用過程中回收瀝青延度試驗是判斷瀝青性能的重要方法。美國53條高速公路的路面回收瀝青的性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，16℃時的延度下降至3cm或更低時，寒冷天氣里將會發(fā)生嚴(yán)重的松散現(xiàn)象。由此可見瀝青的延度，特別是瀝青的低溫延度，可以反映瀝青的抗開裂性能。
在針入度分級體系中，瀝青的高溫性能是通過瀝青的軟化點表征的，在同樣的針入度下，軟化點越高，瀝青的高溫性能就越好。
即使針入度分級體系中許多指標(biāo)是經(jīng)驗性的和條件性的，但由于方法和所使用的儀器相對簡單，易于普及，在一定程度上可以滿足對瀝青質(zhì)量控制的要求，目前美國、歐盟、澳大利亞、日本等國家的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)仍保留針入度分級體系。我國的道路瀝青分級體系，是在以上針入度分級體系的基礎(chǔ)上根據(jù)我國的具體情況制定的，基本能夠滿足對瀝青質(zhì)量的控制，特別是15℃的延度大于100和蠟含量小于3%的技術(shù)指標(biāo)，有效的實現(xiàn)了對生產(chǎn)瀝青的原油的限制，保證了瀝青的潛在品質(zhì)。
粘度分級體系是根據(jù)瀝青或薄膜烘箱后的瀝青在60℃時的粘度值確定瀝青的使用環(huán)境和使用條件的。在粘度分級體系中，60℃的粘度表征瀝青的高溫性能，體系中還給出了其它試驗要求如25℃的針入度，135℃的粘度，薄膜烘箱試驗(TFOT)后剩余物60℃時的粘度與25℃時的延度以及閃點。25℃的針入度可控制瀝青在接近平均使用溫度時的稠度，135℃的粘度可控制瀝青在接近拌合與壓實溫度時的稠度。這些規(guī)定的要求在一起就可以控制瀝青的溫度敏感性。粘度分級體系由于使用了具有一定物理意義的粘度作為分級指標(biāo)，另外與針入度分級體系相比可以表征更高溫度下瀝青的性能，粘度試驗儀器較簡單，重復(fù)性較好，所以在北美國家和日本的高粘度瀝青中采用了粘度分級體系。但粘度分級體系按照瀝青的高溫性能分級，對瀝青在平均使用溫度和低溫下的性能的表征具有局限性。
PG分級體系的是美國聯(lián)邦公路局歷經(jīng)5年的研究所進行的美國戰(zhàn)略公路計劃(簡稱SHRP)中有關(guān)瀝青分級體系的研究成果，研究者們認(rèn)為，現(xiàn)行的針入度分級體系和粘度分級體系存在很多局限性，如針入度和延度試驗是經(jīng)驗性的，不能直接與HMA路面性能關(guān)聯(lián);在一個溫度下(如25℃的.針入度或60℃的粘度，而沒有考慮工程現(xiàn)場或地理區(qū)域不同的氣候條件;沒有考慮低溫下對控制溫縮開裂的瀝青勁度限制;只考慮了瀝青的短期老化，并沒有考慮瀝青在使用過程中的長期老化等。
在PG分級體系中，用路面最高設(shè)計溫度下的動態(tài)剪切模量表征瀝青的高溫性能，用最低路面設(shè)計溫度下的勁度和勁度隨變形的變化速率表征瀝青的低溫性能，用疲勞溫度下的動態(tài)剪切模量表征瀝青的抗疲勞性能，用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗和壓力老化罐試驗分別表征瀝青的短期老化和長期老化性能。
很明顯，PG分級體系要求瀝青在三個關(guān)鍵階段進行試驗，第一個階段對原樣瀝青的要求，需要的是瀝青在運輸、儲存及集料混合時的性能，反映的是瀝青的施工和易性;第二個階段短期老化后瀝青的要求，需要的是瀝青在拌和和碾壓后瀝青所具有的性能，反映的是瀝青的抗車轍性能;第三個階段是長期老化后對瀝青的要求，需要的是路面在使用8-10年后瀝青的性能，反映的是瀝青的抗疲勞性能和抗低溫開裂性能。由于PG分級體系使用時間較短，并且儀器價格貴，操作相對復(fù)雜，技術(shù)性高，這種分級體系雖然在北美比較普及，但其他國家正在研究和認(rèn)識中。
從科學(xué)意義上講，從最早的針入度分級體系，到粘度分級體系、PG分級體系，都起因于原體系的不足或局限性和分析技術(shù)的進步。三種體系都從不同的側(cè)面反映了瀝青的使用性能，三種體系都能在不同程度上對瀝青的使用性能進行約束，從簡易程度和技術(shù)的先進性比較，各有優(yōu)缺點。但重要的是，用三種體系評價的瀝青是否有質(zhì)的差別，答案是條件性的。
石油大學(xué)(華東)重質(zhì)油研究所在近兩年多的時間里，對屬于重交通道路瀝青系列的代表性國產(chǎn)瀝青和進口瀝青進行的大量統(tǒng)計分析結(jié)果表明，對于用環(huán)烷基原油生產(chǎn)的瀝青，在生產(chǎn)工藝可調(diào)整的范圍內(nèi)，均可生產(chǎn)按針入度分級、粘度分級系列產(chǎn)品和PG分級中PG64-22，PG58-28，PG70-16的產(chǎn)品，并且三種分級體系有一定的對應(yīng)關(guān)系。對于用中間-環(huán)烷基原油生產(chǎn)的瀝青，不能生產(chǎn)滿足我國重交通道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)的瀝青，但可生產(chǎn)符合ASTM針入度分級體系、粘度分級體系的部分牌號和PG分級的PG58-22，PG64-16產(chǎn)品。
在選用瀝青的評價體系時，應(yīng)根據(jù)工程的具體需要，關(guān)心的是高溫性能還是低溫性能，或選用適合自己的評價體系，或在選定的評價體系中增加關(guān)鍵的技術(shù)內(nèi)容，但不可把所有的評價體系的技術(shù)內(nèi)容集合為一個標(biāo)準(zhǔn)體系，因為瀝青的技術(shù)指標(biāo)之間是互相制約的。
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