石油瀝青產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)

 摘要：介紹了石油瀝青產(chǎn)品的分類(lèi)及用途，回顧了石油瀝青產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)從針入度分級(jí)、粘度分級(jí)、BTDC圖到性能分級(jí)的發(fā)展過(guò)程，并對(duì)各個(gè)分級(jí)體系的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)列出了我國(guó)現(xiàn)行的石油瀝青產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)。

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品在供需矛盾一定條件下的統(tǒng)一，它反映了一個(gè)本行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展水平和對(duì)產(chǎn)品性能的認(rèn)識(shí)程度。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求，既要基本滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的使用要求，又要在生產(chǎn)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。

石油瀝青產(chǎn)品主要用于道路、建筑、水利、防潮、防腐、電器絕緣等工程建設(shè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料。一般認(rèn)為，石油瀝青按其用途可以分為四大類(lèi)，即道路瀝青類(lèi)、建筑瀝青類(lèi)、瀝青類(lèi)和乳化瀝青類(lèi)，改性瀝青作為性能優(yōu)良的粘結(jié)材料用于道路建設(shè)、建筑防水和其它用途。各類(lèi)瀝青產(chǎn)品根據(jù)不同的技術(shù)指標(biāo)分為不同的牌號(hào)。

石油瀝青針入度分級(jí)

大約從1900年開(kāi)始，對(duì)瀝青這一產(chǎn)品有了具體的技術(shù)要求，1888年H.D.Bowen發(fā)明了Bowen針入度儀，經(jīng)多次改進(jìn)，發(fā)展成為通用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)儀器。1903年，ASTM制定了針入度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，經(jīng)多次改進(jìn)已經(jīng)成為大多數(shù)所采用的針入度測(cè)定法。

1918年，美國(guó)公路局制定了以瀝青針入度分級(jí)的瀝青標(biāo)準(zhǔn)。1931年，美國(guó)公路*組織也開(kāi)始采用針入度分級(jí)這一分級(jí)體系。隨后，各國(guó)相繼制定了一直延續(xù)至今的按 25℃針入度分級(jí)的瀝青標(biāo)準(zhǔn)。瀝青的針入度反映了瀝青的粘稠程度，按25℃的針入度分級(jí)（P級(jí)）有以下優(yōu)點(diǎn)：

◆ 25℃的溫度基本反映了瀝青路面常用的溫度，因此用25℃的針入度（反映了瀝青的粘度）比用60℃粘度更能反映瀝青的使用性能；

◆ 瀝青針入度測(cè)試方法簡(jiǎn)單，儀器造價(jià)低，操作方便，方法比較完善；

◆ 通過(guò)測(cè)定不同溫度下的針入度，可以確定瀝青的感溫性。

但按針入度分級(jí)存在以下缺點(diǎn)：

◆ 針入度試驗(yàn)是經(jīng)驗(yàn)性試驗(yàn)，不能像粘度那樣能夠直接體現(xiàn)瀝青本身的稠度；

◆ 試驗(yàn)過(guò)程中剪切速率很高，在非牛頓流體狀態(tài)下，瀝青的粘度與剪切速率有關(guān)，瀝青的針入度不同，在測(cè)定過(guò)程中剪切速率也不同；

◆ 在25℃具有同樣性能的瀝青，在高溫或低溫下可能存在較大的差別，沒(méi)有反映瀝青在不同使用溫度區(qū)間內(nèi)的性能。通過(guò)這些規(guī)格指標(biāo)，難以確定與石料拌和時(shí)的溫度和路面壓實(shí)溫度。

石油瀝青粘度分級(jí)

新鮮瀝青60℃粘度分級(jí)

由于按針入度分級(jí)存在許多缺點(diǎn)，二十世紀(jì)六十年代又出現(xiàn)了以60℃粘度分級(jí)的體系。以粘度分級(jí)代替針入度分級(jí)的原因有兩個(gè)，一是以理性的、科學(xué)的粘度試驗(yàn)代替經(jīng)驗(yàn)性的針入度試驗(yàn)；二是60℃的試驗(yàn)溫度接近于炎熱夏季路面的zui高溫度，不同的粘度分級(jí)適應(yīng)于不同的氣候條件和施工需要。

粘度分級(jí)（AC級(jí)）的優(yōu)點(diǎn)如下：

◆ 粘度是物質(zhì)固有的性質(zhì)，而不是經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；

◆ 60℃接近于瀝青路面的zui高使用溫度，能夠更好的反映瀝青的高溫性能；

◆ 用不同溫度下的粘度可以表征瀝青的感溫性；

◆ 試驗(yàn)方法度較高，規(guī)格指標(biāo)重疊少。

粘度分級(jí)存在以下缺點(diǎn)：

◆ 按60℃粘度分級(jí)，忽視了低溫和常溫下瀝青的性能；

◆ 試驗(yàn)儀器較復(fù)雜，試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，試驗(yàn)條件控制嚴(yán)格，不宜在現(xiàn)場(chǎng)使用；

◆ 在同一個(gè)粘度級(jí)別中，薄膜烘箱后的粘度可能相差很大，這一分級(jí)體系沒(méi)有考慮拌和施工過(guò)程中瀝青的老化。

薄膜烘箱后瀝青的60℃粘度分級(jí)

因?yàn)樵诼访媸褂弥械臑r青是新鮮瀝青經(jīng)拌和老化后的瀝青，用新鮮瀝青分級(jí)而不考慮瀝青的老化顯然是不完善的，因此，又出現(xiàn)了以薄膜烘箱后瀝青的粘度分級(jí)體系（AR級(jí)）。

AR分級(jí)的先進(jìn)性在于它能夠代表瀝青熱拌和后的性質(zhì)，反映了實(shí)際鋪到路面上的瀝青的質(zhì)量，它的缺點(diǎn)是需要較多的試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，另外這一標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)新鮮瀝青沒(méi)有技術(shù)要求，無(wú)法檢測(cè)瀝青的老化程度，用薄膜烘箱后的瀝青粘度分級(jí)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)同樣沒(méi)有考慮瀝青在常溫和低溫下的使用性能。

BTDC圖

六十年代后期，Heukelom把針入度、軟化點(diǎn)、脆點(diǎn)和粘度作為溫度的函數(shù)描繪在同一張坐標(biāo)圖上，這就是人們目前所熟悉的瀝青試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，即BTDC圖。此圖以溫度為橫坐標(biāo)，以針入度和粘度為縱坐標(biāo)。BTDC圖可以反映不同類(lèi)型瀝青的粘度一溫度特性，因此又出現(xiàn)了依據(jù)BTDC圖的分級(jí)體系。BTDC可以區(qū)別三種不同類(lèi)別的瀝青：S級(jí)瀝青，瀝青的試驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪在BTDC圖上成一條直線，它代表了蠟含量較低的一類(lèi)瀝青。由同一種原油生產(chǎn)的具有不同針入度級(jí)別的瀝青在BTDC上表現(xiàn)為一組直線，直線越靠近坐標(biāo)下方說(shuō)明瀝青的針入度越大，它們的斜率相同說(shuō)明它們具有相同的感溫性。由不同原油生產(chǎn)的瀝青一般具有不同的斜率，說(shuō)明它們具有不同的感溫性。B級(jí)瀝青.即氧化瀝青，在BTDC圖上出現(xiàn)兩條相交的直線，在高溫范圍內(nèi)與同一來(lái)源的非氧化瀝青斜率基本相同，在低溫區(qū)直線的斜率較小。W級(jí)瀝青，一般是含蠟較高的瀝青，在高溫區(qū)和低溫區(qū)出現(xiàn)兩條斜率基本相同但不能相交的直線。

石油瀝青的性能分級(jí)

BTDC圖比較綜合的反映了瀝青的高溫性能，但由于所使用的試驗(yàn)方法對(duì)反映瀝青本身性能上的局限性。不能反映瀝青在路面使用過(guò)程中在荷載作用下的力學(xué)特性，特別是改性瀝青的出現(xiàn)對(duì)瀝青的評(píng)價(jià)方法提出了新的挑戰(zhàn)，因此，美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃自1987年開(kāi)始，經(jīng)的研究工作，開(kāi)發(fā)了以性能分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)體系（PG級(jí)）。這一標(biāo)準(zhǔn)體系只保留了傳統(tǒng)的安全指標(biāo)閃點(diǎn)和施工指標(biāo)135℃粘度，其它全部采用了流變性能指標(biāo)，更確切的反映了瀝青的粘彈特性和瀝青在路用環(huán)境下的受力情況。目前該標(biāo)準(zhǔn)已引起各國(guó)瀝青領(lǐng)域的重視，試驗(yàn)方法和產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范正在推廣完善中。

結(jié)論

綜上所述，瀝青的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法隨著人們對(duì)瀝青本身特性和使用環(huán)境認(rèn)識(shí)的深入在不斷的完善，目前，各國(guó)都根據(jù)自己的具體情況和工作的延續(xù)性制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)，有的采用針入度分級(jí)，有的采用粘度分級(jí)，有的同時(shí)采用兩個(gè)分級(jí)體系，表1是中國(guó)現(xiàn)行石油瀝青產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)及參照標(biāo)準(zhǔn)的代號(hào)。