石油瀝青產(chǎn)品標準的分級

 摘要：介紹了石油瀝青產(chǎn)品的分類及用途，回顧了石油瀝青產(chǎn)品標準從針入度分級、粘度分級、BTDC圖到性能分級的發(fā)展過程，并對各個分級體系的優(yōu)缺點進行分析，同時列出了我國現(xiàn)行的石油瀝青產(chǎn)品標準和方法標準。

產(chǎn)品標準是產(chǎn)品在供需矛盾一定條件下的統(tǒng)一，它反映了一個本行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展水平和對產(chǎn)品性能的認識程度。產(chǎn)品標準中的技術(shù)要求，既要基本滿足用戶對產(chǎn)品的使用要求，又要在生產(chǎn)上可行，經(jīng)濟上合理。

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，是國民經(jīng)濟建設的重要基礎材料。一般認為，石油瀝青按其用途可以分為四大類，即道路瀝青類、建筑瀝青類、瀝青類和乳化瀝青類，改性瀝青作為性能優(yōu)良的粘結(jié)材料用于道路建設、建筑防水和其它用途。各類瀝青產(chǎn)品根據(jù)不同的技術(shù)指標分為不同的牌號。

石油瀝青針入度分級

大約從1900年開始，對瀝青這一產(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，發(fā)展成為通用的標準試驗儀器。1903年，ASTM制定了針入度的標準試驗方法，經(jīng)多次改進已經(jīng)成為大多數(shù)所采用的針入度測定法。

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

◆ 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；

◆ 瀝青針入度測試方法簡單，儀器造價低，操作方便，方法比較完善；

◆ 通過測定不同溫度下的針入度，可以確定瀝青的感溫性。

但按針入度分級存在以下缺點：

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

◆ 試驗過程中剪切速率很高，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，在測定過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，沒有反映瀝青在不同使用溫度區(qū)間內(nèi)的性能。通過這些規(guī)格指標，難以確定與石料拌和時的溫度和路面壓實溫度。

石油瀝青粘度分級

新鮮瀝青60℃粘度分級

由于按針入度分級存在許多缺點，二十世紀六十年代又出現(xiàn)了以60℃粘度分級的體系。以粘度分級代替針入度分級的原因有兩個，一是以理性的、科學的粘度試驗代替經(jīng)驗性的針入度試驗；二是60℃的試驗溫度接近于炎熱夏季路面的zui高溫度，不同的粘度分級適應于不同的氣候條件和施工需要。

粘度分級（AC級）的優(yōu)點如下：

◆ 粘度是物質(zhì)固有的性質(zhì)，而不是經(jīng)驗數(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；

◆ 試驗方法度較高，規(guī)格指標重疊少。

粘度分級存在以下缺點：

◆ 按60℃粘度分級，忽視了低溫和常溫下瀝青的性能；

◆ 試驗儀器較復雜，試驗時間較長，試驗條件控制嚴格，不宜在現(xiàn)場使用；

◆ 在同一個粘度級別中，薄膜烘箱后的粘度可能相差很大，這一分級體系沒有考慮拌和施工過程中瀝青的老化。

薄膜烘箱后瀝青的60℃粘度分級

因為在路面使用中的瀝青是新鮮瀝青經(jīng)拌和老化后的瀝青，用新鮮瀝青分級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體系（AR級）。

AR分級的先進性在于它能夠代表瀝青熱拌和后的性質(zhì)，反映了實際鋪到路面上的瀝青的質(zhì)量，它的缺點是需要較多的試驗設備，試驗時間較長，另外這一標準體系對新鮮瀝青沒有技術(shù)要求，無法檢測瀝青的老化程度，用薄膜烘箱后的瀝青粘度分級，產(chǎn)品標準同樣沒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、脆點和粘度作為溫度的函數(shù)描繪在同一張坐標圖上，這就是人們目前所熟悉的瀝青試驗數(shù)據(jù)圖，即BTDC圖。此圖以溫度為橫坐標，以針入度和粘度為縱坐標。BTDC圖可以反映不同類型瀝青的粘度一溫度特性，因此又出現(xiàn)了依據(jù)BTDC圖的分級體系。BTDC可以區(qū)別三種不同類別的瀝青：S級瀝青，瀝青的試驗數(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瀝青。由同一種原油生產(chǎn)的具有不同針入度級別的瀝青在BTDC上表現(xiàn)為一組直線，直線越靠近坐標下方說明瀝青的針入度越大，它們的斜率相同說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，說明它們具有不同的感溫性。B級瀝青.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

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方法對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程中在荷載作用下的力學特性，特別是改性瀝青的出現(xiàn)對瀝青的評價方法提出了新的挑戰(zhàn)，因此，美國戰(zhàn)略公路研究計劃自1987年開始，經(jīng)的研究工作，開發(fā)了以性能分級的標準體系（PG級）。這一標準體系只保留了傳統(tǒng)的安全指標閃點和施工指標135℃粘度，其它全部采用了流變性能指標，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。目前該標準已引起各國瀝青領(lǐng)域的重視，試驗方法和產(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)品標準和評價方法隨著人們對瀝青本身特性和使用環(huán)境認識的深入在不斷的完善，目前，各國都根據(jù)自己的具體情況和工作的延續(xù)性制定產(chǎn)品標準和評價方法標準，有的采用針入度分級，有的采用粘度分級，有的同時采用兩個分級體系，表1是中國現(xiàn)行石油瀝青產(chǎn)品標準和方法標準的標準代號及參照標準的代號。