瀝青針入度試驗(yàn)的重要性及影響因素

瀝青的主要質(zhì)量指標(biāo)之一

  瀝青是一種粘稠的、黑色的并且具有高度粘度的液體或半固體形態(tài)的石油，表面呈黑色，可溶于二硫化碳、四氯化碳。主要可以分為煤焦瀝青、石油瀝青和天然瀝青三種。其中，石油瀝青是原油分餾后的殘?jiān)?通過(guò)多項(xiàng)工藝提煉加工而成的。在通常情況下呈現(xiàn)褐色或黑褐色的粘稠液體、半固體或固體，其具備較強(qiáng)的防水性與粘結(jié)性，約70%的瀝青，是用在路面建設(shè)里，因此在路面建設(shè)中被作為常用材料。瀝青及混合料路面的使用年限以及質(zhì)量都與瀝青的品質(zhì)有著極大的關(guān)系。在對(duì)瀝青材料選擇的時(shí)候，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛞约肮こ桃髽?biāo)準(zhǔn)等等來(lái)確定瀝青的型號(hào)與品牌。優(yōu)質(zhì)的瀝青材料一方面能夠降低路面的老化程度，避免出現(xiàn)路面開裂、車轍等問(wèn)題，而且還能夠提升路面的負(fù)載能力,延長(zhǎng)路面的使用壽命。

  針入度是瀝青的主要質(zhì)量指標(biāo)之一，是表示瀝青軟硬程度和稠度、抵抗剪切破壞的能力，反映在一定條件下瀝青的相對(duì)黏度的指標(biāo)。而為了保證瀝青材料更好的服務(wù)于各類工程施工，在各類工程前期施工時(shí)普遍重視瀝青針入度指標(biāo)的檢查。為了保證瀝青針入度試驗(yàn)?zāi)軌蚋訙?zhǔn)確的反映路面石油瀝青溫度敏感性，影響路面石油瀝青針入度試驗(yàn)結(jié)果的因素必須得到重視。只有嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，才能準(zhǔn)確保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

瀝青針入度試驗(yàn)方法

    按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn); 瀝青試樣置于 25℃±0.1℃的恒溫浴中，荷重為 100 克±0.05 克的標(biāo)準(zhǔn)錐體組成，在無(wú)明顯磨擦下垂直運(yùn)動(dòng)，在 5 秒鐘內(nèi)垂直貫入瀝青試樣的深度稱為瀝青針入度，以1/10毫米為單位。用以鑒定瀝青的粘稠程度。瀝青的針入度越大，說(shuō)明瀝青的粘稠度越小，瀝青就越軟。其中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)針，針連桿與附加砝碼的總質(zhì)量為100.00 g土0.05 g，試驗(yàn)溫度為（25.0±0.1）℃，時(shí)間為5秒。必須同時(shí)滿足以上試驗(yàn)條件。

瀝青試樣的制備

(1)小心加熱樣品，不斷攪拌以防局部過(guò)熱，加熱到使樣品能夠流動(dòng)。加熱時(shí)焦油瀝青的加熱溫度不超過(guò)軟化點(diǎn)的 60℃，石油瀝青不超過(guò)軟化點(diǎn)的 90℃，加熱時(shí)間不超過(guò) 30min，加熱、攪拌過(guò)程中避免試樣中進(jìn)入氣泡。

(2)將試樣倒入預(yù)先選好的試樣皿中，試樣深度應(yīng)大于預(yù)計(jì)貫入深度 10mm，同時(shí)將試樣倒入試樣皿中。

(3) 蓋住試樣皿以防灰塵落入，在 15℃～30℃室溫下冷卻不少于1.5h(小試樣皿)、2.0h(大試樣皿)或 3.0h(特殊試樣皿)，然后將試樣皿放入試驗(yàn)溫度±0.1℃的恒溫水浴中，水面應(yīng)沒(méi)過(guò)試樣表面 10mm 以上，并應(yīng)保溫不少于1.5h（小試樣皿）、2（大試樣皿）、2.5h（特殊試樣皿）。

具體試驗(yàn)步驟：

 開啟儀器電源開關(guān)，設(shè)定定時(shí)時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置所需的浴缸溫度,待浴缸水溫穩(wěn)定在試驗(yàn)溫度±0.1℃范圍內(nèi).然后取出達(dá)到恒溫的盛樣皿，放進(jìn)針入度儀平臺(tái)上浴缸內(nèi)的三腳支架上，注意試樣表面以上的水層深度不小于10mm。

 按上/停、下/停鍵快速移動(dòng)升降機(jī)構(gòu),使標(biāo)準(zhǔn)針尖離試樣表面約10mm。然后再按微調(diào)鍵慢慢向下移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)針，使針尖剛剛接觸到試樣的表面時(shí)松手（觀察標(biāo)準(zhǔn)針與試樣表面接觸時(shí)可用設(shè)在工作臺(tái)上的照明燈、放大鏡來(lái)觀察）。開啟針入度顯示器（具體操作詳見針入度顯示器使用介紹）。

 試樣至少重復(fù)測(cè)定三次。每一試驗(yàn)點(diǎn)間的距離、試驗(yàn)點(diǎn)到試樣皿邊緣的距離都不得小于 10mm。每次試驗(yàn)前都應(yīng)使試樣在恒溫水浴中恒溫一段時(shí)間，每次測(cè)定都要用干凈的針。當(dāng)針入度超過(guò) 200 時(shí)，至少用三根針，每次試驗(yàn)用的針留在試樣中，直到三根針扎完時(shí)再將針從試樣中取出。針入度小于 200 時(shí)可將針取下用合適的溶劑搽凈后繼續(xù)使用。

    試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉儀器的工作電源，關(guān)閉針入度顯示器，將儀器擦拭干凈，取下標(biāo)準(zhǔn)針，上油保護(hù)并裝入護(hù)套和木箱內(nèi)。

影響針入度試驗(yàn)結(jié)果的因素

01】采樣的影響

  樣品的代表性。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行瀝青取樣法，規(guī)程明確規(guī)定了不同情況下瀝青的取樣方法和取樣數(shù)量以及盛樣器是否干凈、干燥，一定要注意取樣的方法，需加熱的瀝青試樣必須存放在密封帶蓋的金屬容器中，并將盛樣器加蓋、密封好并擦拭干凈后，在盛樣器上（不得在蓋上）標(biāo)出識(shí)別標(biāo)記，如試樣來(lái)源、品種、取樣日期、地點(diǎn)及取樣人。

02】樣品處理的影響

  加熱時(shí)間及次數(shù)：在試驗(yàn)前，必須將瀝青加熱溶解、脫水、過(guò)篩后才能成型，而瀝青在加熱過(guò)程中由于輕組成分揮發(fā)，使瀝青的性質(zhì)發(fā)生變化，加熱次數(shù)越多，溫度越高，影響越大。規(guī)范要求瀝青加熱和脫水要使用烘箱。在烘箱中的加熱時(shí)間應(yīng)控制在1h以內(nèi)，如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致瀝青老化，使針入度偏低。瀝青冷卻后，反復(fù)加熱次數(shù)不能超過(guò)兩次，否則同樣會(huì)使瀝青老化，影響測(cè)定結(jié)果。

03】養(yǎng)護(hù)

 嚴(yán)格控制試驗(yàn)室的試驗(yàn)條件是測(cè)試結(jié)果正確的保證和前提。隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高，瀝青針入度值增大。而養(yǎng)護(hù)時(shí)間上，是在其它條件相同的情況下，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，對(duì)養(yǎng)護(hù)實(shí)際時(shí)間未達(dá)到規(guī)范要求，會(huì)使樣品內(nèi)部實(shí)際溫度可能偏低，從而使針入度值偏小，影響檢測(cè)結(jié)果。因此在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)溫度和時(shí)間進(jìn)行。

04】試驗(yàn)操作

 每次試驗(yàn)前將盛樣皿和平底玻璃皿放入恒溫水槽，使平底玻璃皿中水溫保持試驗(yàn)溫度。在其它條件不變時(shí)，試驗(yàn)溫度隨環(huán)境溫度而變，即如果環(huán)境溫度低，試驗(yàn)外界環(huán)境的溫度的變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超規(guī)范要求的試驗(yàn)溫度±0.1℃的要求，如果操作不熟練，速度慢，在一次試驗(yàn)后，盛樣皿和平底玻璃皿中的水溫變化有可能會(huì)在±0.5℃范圍內(nèi)變化，甚至于更大，因此應(yīng)保持試驗(yàn)時(shí)的水溫。(如瀝青針入度檢測(cè)設(shè)備具備單獨(dú)控溫條件,可忽略;但務(wù)必對(duì)設(shè)備控溫功能進(jìn)行定期校準(zhǔn),確保溫度的準(zhǔn)確性)。

 標(biāo)準(zhǔn)針與試樣表面的接觸是本試驗(yàn)的一個(gè)難點(diǎn)，而且人的因素最大，目前基本采取的方法是觀察標(biāo)準(zhǔn)針在水中的倒影，應(yīng)使針尖恰好與試樣表面接觸，如果針尖未接觸試樣，使針入度值偏大，而如果針尖已刺入樣品，必然會(huì)使針入度值偏小。

 各測(cè)試點(diǎn)之間及與盛樣皿邊緣距離不應(yīng)少于10mm，試針刺入樣品后，會(huì)留下孔洞，說(shuō)明樣品發(fā)生擾動(dòng)，試洞周圍的瀝青被擠密，如果緊靠著針孔做平行試驗(yàn)，必然會(huì)影響結(jié)果，而盛樣的皿邊緣受盛樣皿（銅制品）周圍限制，如緊靠邊緣入針，會(huì)使針刺入時(shí)樣品不能達(dá)到360 度的變形，從而影響試驗(yàn)結(jié)果，因此一定要注意測(cè)點(diǎn)之間及測(cè)點(diǎn)與邊緣之間的距離。

結(jié)語(yǔ)

1.在道路石油瀝青分析中，我們要嚴(yán)格控制采樣的標(biāo)準(zhǔn)性。

2.在樣品處理的過(guò)程中，要防止有氣泡產(chǎn)生，有氣泡產(chǎn)生時(shí)，及時(shí)處理。

3.應(yīng)嚴(yán)格按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中所規(guī)定的試驗(yàn)溫度，冷卻時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。

4.嚴(yán)格控制測(cè)定時(shí)的水浴溫度，其微小的變化可能會(huì)對(duì)針入度有較大的影響，建議采用自動(dòng)單獨(dú)的控溫水浴系統(tǒng)。

5.零點(diǎn)的對(duì)針因?yàn)閭€(gè)人的原因而有所不同，可能對(duì)測(cè)定結(jié)果造成一定的影響。

  總的來(lái)說(shuō)，針入度是瀝青常規(guī)試驗(yàn)的一重大指標(biāo)，它反映了瀝青的粘稠度，對(duì)于研究瀝青的流變學(xué)性質(zhì)有重要的參考價(jià)值。但是在瀝青針入度的試驗(yàn)過(guò)程中，有很多影響因素都會(huì)影響其試驗(yàn)結(jié)果，再加上瀝青針入度試驗(yàn)對(duì)精確度要求很高，因此在瀝青針入度的常規(guī)試驗(yàn)中需要嚴(yán)格把握各種條件，必須在規(guī)范的操作下毫無(wú)差錯(cuò)地精確操作，才能得出最準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。