沥青感温性指标
国际上用以表示沥青感温性能的指标有许许多多表达方式,现在普遍采用的有针人度指 数PI、针人度粘度指数PVN及粘温指数VIS等。由于计算方法的不同, 实际的表达方法更多。 不过,无论采用哪一个指标,都是以两个或两个以上不同温度的沥青指标的变化幅度来衡量 的。表2-1-1表示这些指标所反映的温度范围。
1.沥青试验数据图(BTDC) 1969年, 壳牌石油公司研究所W-He uk el om提出了一种沥青试验数据图(Bitumen Test Data Chart) , 简称BTDC, 用以表征石油沥青常规试验性质的相互关系[5.6。这些性质包括针入度、 软化点、粘度、脆点、滴点等,将这些试验值作纵坐标,温度为横坐标,按一定的坐标尺度绘成如 图2-1-5的形式。它由两个部分组成,上部为针人度区,下部为粘度区。脆点Fr相当于针入度 1.2处,软化点相当于针人度800或粘度1200Pa*s处。
BTDC曲线的最大特点是能反映沥青全温度域的性质指标的变化情况, 很明显, 曲线的斜 率表示沥青性能受温度影响变化的幅度,所以是表示沥青感温性的最好办法。表2-1-1中各项 指标实际上都是BTDC图中某一段曲线的斜率。 利用BTDC, 可以区分三种类型的沥青:
(1)S级沥青:对大批直馏沥青来说,各项试验数据基本上位于一条直线上,它能包括绝大表1-3-15中美国SHRP道路沥青结合料规范是根据路用性能分别规定高温及低温时的性 能要求的,这就从根本上规定了沥青感温性的要求。规范规定了从PG52-10的温度范围62℃ 到PG82一34的116℃的不同要求,实际上美国各地的温度范围大体为68℃~98℃,一般的非 改性沥青的道路沥青针入度指数PI在-0.5~-1.0之间,所能承受的温度范围最高约为 90°.对一般的道路而言,基本上能够满足使用要求。而对更为残酷的气候条件或交通条件的 道路, 则必须使用改性沥青[14] 。在美国, 对建筑沥青类的标准, ASTM D 312-89及AASHTO M 239-73规定的屋面防水沥青标准, ASTM D 449-89及AASHTO M 115-78规定的防潮防水沥 青标准, ASTM D 2521-89规定的沟渠衬砌沥青标准等都采用0℃(200g, 60s) 、25℃(100g, 5s) 、 46℃(50g,5s)等三个温度的针入度要求控制感温性。根据流变性能的时间温度换算法则, 0℃、200g、60s的条件与5℃或10℃、100g、5s大体相近,而46℃、50g、5s的条件与30℃、100g、5s 大体相近。所有这些都说明在沥青性能或沥青标准中,感温性指标的重要性。
部分蜡含量较少的沥青,同一种原油炼制的不同稠度的沥青,在图上成为一组大致平行的直 线,说明感温性很相近;不同的原油和品种的沥青,在图上直线的斜率将会有所不同,从而区分 出沥青的感温性的大小。从理论上讲,对S级沥青,由于所有试验数据都在一直线上,所以由 不同温度域测定的数据计算得到的感温性指标应该是相同的,实际上计算的感温性指标不同是 由于计算方法的误差和试验数据的误差所造成的。其最简单的方法是由针人度和软化点确定。
(2) B级沥青:经过吹氧(Brown) 炼制的沥青试验数据图不能成为一条直线, 而成为图中的 由两条直线相交组成的一折线,在高温区域即粘度区,直线的斜率与同一种原油炼制的直馏沥 青(不吹氧)的斜率大体相同,而在较低温度域即针人度区,氧化工艺使直线的斜率大大变小, 即沥青的感温性得到改善。对B级沥青,确定不同温度域的感温性必须采用该温度域的试验 数据计算确定。
(3) W级沥青:蜡质沥青(Waxy bitumen) 的最大特点是沥青的蜡含量高, 而蜡与沥青本身 的无定形物质是不同的,蜡在低温时成为结晶,在高温时融化为液体,它有明显的融点,不过沥青蜡的品种和组成非常复杂,从微晶蜡、地蜡到石蜡,融点可以从30℃~100℃不等,因而蜡 质沥青的BTDC成为上下两条大体平行的直线, 中间有一段过渡段, 在此过渡段温度范围内测定的数据由于受到沥青中蜡的融化和结晶的影响,将会偏离曲线,上下两条直线的斜率多少会 有些不同,它反映了蜡对感温性的影响。对W级沥青,确定不同温度域的感温性也必须采用 该温度域的试验数据计算确定,而且必须避开过渡段温度范围内的试验数据。