关于沥青针入度指数

・综述・

关于沥青针入度指数

陈惠敏

中国石化集团公司(北京　100029)

摘要　介绍了沥青针入度指数(P I)的由来和计算、使用意义、局限性和分析。

关键词　石油沥青　P I　针入度　软化点　脆点　温度敏感性　改性沥青

1　P I的由来和计算

P I是由荷兰研究沥青的著名学者

J1Ph1Pfeiffer和V an Doo r m aal于1936年在石

油技术专家协会杂志(Jou rnal of the In stitu te of

Petro leum T echno logists)上发表的题为“沥青的

流变性质”(T he R heo logical P roperties of A s2

p haltic B itum en)一文中提出的概念[1,2]。

在沥青针入度测定试验中,当贯入时间一定

时,若将不同温度(T)下测定的沥青针入度

(P)的对数值用方格坐标作图,则log P和T呈线

性关系(斜截式方程):

log P=A T+K

式中:log P—针入度(10-1mm)的对数值

T—测定温度,℃

A—常数,称沥青针入度对数值的温度

敏感性,或称沥青针入度温度指数

K—常数,称沥青柔软度

A是直线的斜率,表征沥青针入度的对数值

随温度的变化,可由测定两个温度(T1,T2)下

的针入度(P1,P2)的对数值来计算:

A=log P1-log P2

T1-T2

(1)

K是直线的截距,可由下式计算:

K=T2log P1-T1log P2

T1-T2

(2)

设定A值,使由A得出的数值从-215到10变化,所得的数值称为P I,计算式如下:

P I=20(1-25A)

1+50A

=

30

1+50A

-10(3)

由于A值有几种计算方法,因此由式(3)求解P I值有下列4种方法:

方法1:针入度-针入度两点连线法。由测定两个温度下的针入度依式(1)计算出的A值代入式(3)求解P I值。这是最常用的计算P I值的方法;或制成针入度-针入度列线图,由温差和两个针入度测定值从图中查出P I值,但查图不如计算精确。此法只需测定两个温度下的针入度,测定工作量小,A值的精确度取决于两个针入度测定值的精密度。

收稿日期:2003204221。

作者简介:陈惠敏,女,教授级高级工程师,1958年毕业于北京石油学院炼制系,1992年起享受国务院颁发的政府特殊津贴。长期负责石油炼制和沥青的科研、技术信息调研和供宏观决策参考的软课题研究等方面工作。一直致力于推动石油沥青品种开发、生产技术和应用技术的发展,编写大量文章和资料。2001年编著和出版《石油沥青产品手册》。

方法2:针入度-针入度多点回归法。由测定n个温度(T i)下的针入度(P i),计算或回归出的A值代入式(3)求解P I值。此法由多个测定温度下的针入度对数值和温度计算或回归出A 值,适用温度范围较宽,可提高直线定位的精确度。但测定工作量大,A值的精确度仍然取决于针入度测定值的精密度。由n个测定值计算(回归)A和K的公式如下:

A=

6T i6log P i-n6T i log P i

(6T i)2-n6T2i(4) K=

6T i6T i log P i-6T2i6log P i

(6T i)2-n6T2i(5)方法3:针入度-软化点法。假定大多数沥青在软化点(T R&B)下的针入度为8001 10mm,并将25℃的针入度测定值依式(6)计算出的A值代入式(3)求解P I值。式(6)如下:

A=

log800-log P

T R&B-25

(6)

2003年12月　石油沥青　PETROL EUM A SPHAL T　第17卷第4期

或制成软化点-针入度列线图从图中查出P I值。此法只需按常规测定沥青的软化点和25℃针入度,即可求解P I值。但在软化点下的针入度为8001 10mm的假定并不适用于所有沥青,实际上由不同油源或不同生产方法制取的沥青,在软化点下的针入度并不是等值,波动范围很宽。

方法4:针入度-脆点法。假定大多数沥青在脆点(T F)下的针入度为11251 10mm,并将25℃的针入度测定值依式(7)计算出A值后,代入式(3)求解P I值。但由于沥青的差异和温差跨度大,实际上不同沥青在脆点下的针入度不一定都等于11251 10mm。式(7)如下:

A=log1125-log P

T F-25

(7)

2　P I的意义

石油沥青最重要的材料性能包括流变特性、界面特性和耐老化性等,在使用中受温度、时间、荷载、各种介质的作用,其性能特性取决于化学组成和物理性质,同时还和沥青的胶体结构类型密切相关。P I值就是用来描述沥青的温度敏感性和胶体结构类型的一个经验性参数。

211　温度敏感性

沥青性质因温度变化而产生变化的特性称温度敏感性,简称感温性或温敏性。以道路石油沥青的稠度随温度的变化为例,对其温度敏感性的要求是:施工过程中,在热拌和(150～180℃)时,希望沥青对温度的变化要有足够的敏感性;在对混合料进行碾压(110～130℃)时,希望沥青对碾压温度的变化要比较迟钝;路面铺装完成后进入使用期,希望沥青对温度变化要极不敏感。由此可见,对沥青温度敏感性的要求在不同阶段是不相同的,也是相互矛盾的。

由不同油源或不同生产方法制取的石油沥青,其A值各不相同,对于大多数石油沥青,A值在01015～01060范围内变化,表示温度敏感性可能有较大差异。A值越小,表明该沥青针入度对数值随温度变化越迟钝;A值越大,越敏感。因此, A值就可能作为衡量沥青温度敏感性的一种尺度。由式(3)可知,P I是A的函数,如图1所示。P I和A的图形呈曲线关系,P I值随A值变小而增大,而且对A值的微小变化也更加敏感。因此P I值也可表明该沥青稠度对温度变化的敏感性。P I值小于-2的沥青,表示其对温度变化极为敏感,如煤焦油沥青;而P I值大于+2的沥青,表示其对温度变化的敏感性小,如氧化沥青;大多数道路石油沥青的P I

值约为-2～+2。

图1　P I2A关系图

212　沥青的胶体结构类型判别

由不同油源或不同生产方法制取的沥青对温度变化的敏感性不同,是因为不同沥青具有不同的化学组成和胶体结构类型,因此P I也可用于表征沥青的胶体结构类型,判别值如下:

P I<-2　溶胶型,这种沥青为纯粘稠流体(牛顿流体),如煤焦油沥青;

+2≥P I≥-2　溶2凝胶型,这种沥青有一定弹性效应,显示触变性,如道路石油沥青;

P I>+2　凝胶型,这种沥青弹性效应更大,显示出典型触变性,如氧化沥青。

而同一沥青的胶体结构类型会随着温度的变化发生转型,通常在软化点以上的高温区域呈溶胶型,具有牛顿流体特性;在较低温区域呈凝胶型,具有非牛顿(复合)流动特性。这意味着对同一种沥青表征其胶体结构类型的P I值会随温度的变化而变化。

3　P I的局限性

311　试验方法的精密度

精密度是指对同一试验材料(试样)的相同性质所得的两个或多个试验结果(测定值)之间的相符程度。试验偶然误差越小,方法的精密度越高。精密度是以试验方法的重复性和再现性来规定的。重复性指在相同试验条件下,在短时间间隔,按同一试验方法对同一试样进行正确和正常操作所得独立试验结果之间的接近程度;再现性指在不同试验条件下,按同一试验方法对同一试样进行正确和正常操作所得单独试验结果之间

2石油沥青2003年第17卷