沥青材料的感温性

张 再 侠 感 温 性 指 标 ： 表 征 沥 青 随 温 度 而 发 生 性 质 变 化 幅 度 的 指 标 。 弹 性 行 为 低 温 开 裂粘 弹 性 行 为 永 久 变 形抗 疲 劳 性 能粘 性 行 为 沥 青 在 不 同 温 度 下 的 这 些性 质 可 以 用 图 2-1-2描 述 。 在 低 温 （ 低 于 玻 璃 化 温 度Tg） 状 态 下 是 玻 璃 状 的 弹 性态 （ 弹 性 模 量 ） ， 高 温 时 为流 动 态 （ 粘 度 ） ， 在 大 部 分道 路 的 使 用 期 是 类 似 于 橡 胶的 粘 弹 性 态 （ 劲 度 模 量 ） 。 由 于 沥 青 材 料 的 粘 弹 性 ，它 的 任 何 性 质 都 是 温 度 和 时间 的 函 数 ， 图 2-1-3表 示 沥青 在 60 下 流 淌 1h， 相 当 于25 下 流 淌 了 10h。 从 图 中 可 以 看 出 ， 变 化 相 同 的 温 度 ， A沥 青 的 针 入 度 或 粘 度 的变 化 小 于 B沥 青 ， 而 B沥 青 的 变 化 小 于 C沥 青 ， 这 种 受 温 度 影 响沥 青 性 质 变 化 的 程 度 就 叫 做 沥 青 的 温 度 敏 感 性 ， 简 称 感 温 性 。最 常 用 的 描 述 沥 青 感 温 性 的 指 标 是 针 入 度 指 数 PI值 国 际 上 用 以 表 示 沥 青 感 温 性 能 的 指 标 有 许 许 多 多 表 达 式 ，现 在 普 遍 采 用 的 有 针 入 度 指 数 PI、 针 入 度 粘 度 指 数 PVN及 粘温 指 数 VTS等 。 表 2-1-1表 示 这 些 指 标 所 反 映 的 温 度 范 围 。 1969年 ， 壳 牌 石 油 公 司 研 究 所 W Heukelom 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 。 这 些性 质 包 括 针 入 度 、 软 化 点 、 粘 度 、 脆 点 、 滴 点 等 。 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 ， 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 。 利 用 BTDC， 可 以 区 分 三 种 类 型 的 沥 青 ：（ 1） S级 沥 青（ 2） B级 沥 青（ 3） W级 沥 青 早 在 1936年 ,Pfeiffer和 J Phand VanDoormaal 就 通 过 大 量 的 沥 青试 验 ， 得 出 了 沥 青 针 入 度 （ 对 数 ） 温 度 直 线 关 系 ：Pfeiffer和 J Phand VanDoormaal定 义 了 针 入 度 指 数 的 概 念 ， 并 以 通 常使 用 的 一 种 墨 西 哥 200号 道 路 沥 青 的 温 度 敏 感 性 为 标 准 ， 假 定 其 针 入 度指 数 PI为 0， 由 此 制 定 的 针 入 度 指 数 PI为 ：由 此 概 念 出 发 ， 便 得 到 了 一 系 列 计 算 针 入 度 指 数 PI的 方 法 。lgP=AT+K 此 式 仅 适 用 于 蜡 含 量 很 少 的 S级 沥 青 ， 对 我 国 大 量 使 用 的 多蜡 沥 青 ， 在 软 化 点 温 度 下 ， 针 入 度 不 一 定 是 800， 因 而 是 不适 用 的 。 通 常 采 用 1 5 、 25 、 30 （ 或 5 ） 的 针 入 度 此 式 对 于 蜡 质 沥 青 不 适 用 ， 因 为 TR&B 有 假 象 ， 应 予 修 正 。方 法 是 将 针 入 度 区 直 线 延 长 与 T800 线 相 交 ， 该 温 度 TN 即 修正 软 化 点 。 Mcleod 提 出 了 用 25 针 入 度 与 135 粘 度 决 定 针 入 度 指 数 的 方 法 ， 并把 此 法 求 得 的 针 入 度 指 数 称 为 针 入 度 粘 度 指 数 ， 简 称 PVN。Mcleod还 提 出 了 利 用 PVN 反 算 出 基 准 软 化 点 ， 再 由 Van der Poel 诺谟 图 计 算 沥 青 劲 度 的 方 法 。 沥 青 粘 度 随 温 度 而 变 化 的 程 度 直 接 反 映 了 沥 青 的 感 温 性 ，因 此 沥 青 的 粘 温 关 系 是 流 变 学 的 基 本 内 容 之 一 。 各 国 学 者对 此 进 行 的 研 究 甚 多 ， 大 致 有 以 下 几 种 表 达 形 式 ：（ 1） Audrade 的 纯 理 论 公 式 此 式 也 可 以 用 对 数 形 式 表 示（ 2） Lee 的 试 验 式（ 3） Sohweyer 的 试 验 式 （ 4） Cornelissen 的 试 验 式（ 5） Walther 与 Saal 的 试 验 式 沥 青 等 级 指 数 C.I实 际 上 是 一 种 沥 青 类 型 指 数 ， 与 壳 牌 石 油公 司 提 出 的 BTDC图 的 意 义 相 同 。 它 是 利 用 沥 青 在 较 高 温 度下 ， 即 粘 度 区 的 性 质 与 沥 青 软 化 点 的 关 系 建 立 的 。C.I的 计 算 方 法 如 下 ：令 既 然 沥 青 的 感 温 性 指 标 的 表 达 方 式 多 种 多 样 ， 就 必 然 存 在 一 个 选 择 及 各 种指 标 的 适 用 性 的 问 题 。 尤 其 是 对 PI及 PVN两 个 指 标 哪 个 更 能 反 映 沥 青 的 感 温 性 ，不 同 的 研 究 者 有 不 同 的 看 法 。 由 试 验 可 知 ， 针 入 度 试 验 的 精 度 对 PI值 有 较 大 的 影 响 ， 尽 管相 关 系 数 大 于 0.995， 但 由 于 试 验 温 度 不 同 ， 计 算 的 PI值 也 不 同 。 既 然 道 路 沥 青 的 感 温 性 对 沥 青 的 路 用 性 能 至 关 重 要 ， 而 且把 道 路 沥 青 的 针 入 度 指 数 作 为 沥 青 标 准 中 的 最 核 心 的 指 标看 待 ， 那 么 改 善 沥 青 感 温 性 就 显 得 非 常 重 要 。目 前 ， 通 常 改 善 道 路 沥 青 的 感 温 性 的 措 施 都 集 中 在 两 个 途径 上 ： 在 沥 青 的 生 产 部 门 ， 认 真 选 择 原 油 ， 炼 制 温 度 敏 感 性 低的 沥 青 ， 使 其 具 有 更 好 的 路 用 性 能 ； 在 沥 青 应 用 部 门 ， 通 过 采 用 各 种 类 型 的 改 性 措 施 改 善 沥青 （ 或 沥 青 混 合 料 ） 的 感 温 性 。