基于快速与常规试验方法的沥青技术指标回归关系

张海涛,王 莹

(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

我国现行沥青试验规程中的沥青针入度和延度试验存在耗时长的问题。目前国内外对沥青3大指标测试的研究大部分只停留在方法和技术上，尚没有专门针对提高试验效率方法的研究。为了快速测量现行沥青试验规程中的沥青针入度和延度，本文测试不同沥青(70#沥青、90#沥青、SBS改性90#沥青、110#沥青)在不同水浴时间(15、30、45、60、90 min)下的25 ℃针入度，以及在不同温度(5 ℃、10 ℃、15 ℃)、不同拉伸速度(1、5 cm/min)及不同水浴时间(0.5，1，1.5 h)下的延度，通过对试验所得的不同沥青针入度和延度进行分析，建立不同沥青针入度、延度与水浴时间的回归关系方程。根据得到的回归方程，使得在进行不同条件下的沥青试验中不必达到规范要求的水浴时间便可快速完成试验，进而通过方程回归,得到标准水浴时间1.5 h的沥青针入度和延度值。研究结果对大量快速评定沥青基本技术指标具有一定的参考价值。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

试验所采用的沥青为辽宁盘锦90#基质沥青、SBS改性90#沥青、山东金石70#和110#基质沥青，其技术指标如表1所示。

表1 不同沥青的技术指标Table1 Technicalindexesofdifferentasphalt沥青名称25℃针入度/0.1mm针入度指数PI软化点/℃延度(10℃)/cm粘度(60℃)/(Pa·s)70#基质沥青74-1.3046.593.818390#基质沥青92-0.7744.590.7198110#基质沥青120-1.26642.5>100.0160SBS改性90#沥青690.372.848.61.832

1.2 试验方法

测试不同水浴时间(15、30、45、60、90 min)的4种沥青试样(原始温度为室温20 ℃)的各项技术指标。根据我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中的要求对沥青进行25 ℃针入度试验(T0604—2011)，5 ℃、10 ℃、15 ℃延度试验(T0605—2011)，软化点试验(环与球法)(T0606—2011)，135 ℃旋转粘度(布氏粘度)试验(T0625—2011)。其中软化点与旋转粘度试验主要是对沥青进行技术指标的检验，针入度和延度试验为本文主要研究内容。

2 不同水浴时间的沥青技术指标回归关系

2.1 试验结果

2.1.14种沥青不同水浴时间的针入度

试验结果如表2所示。

表2 4种沥青不同水浴时间下针入度值Table2 Penetrationof4kindsofasphaltunderdifferentwaterbathtime水浴时间/min水浴温度/℃荷重/g贯入时间/s不同沥青的针入度/0.1mm70#90#110#90#SBS1525100566.887.4112.065.53025100568.688.7114.066.74525100569.789.3115.867.56025100571.490.1118.068.69025100574.192.0120.469.7

2.1.24种沥青不同水浴时间的延度

试验结果如表3所示。

表3 不同温度、不同拉伸速度下4种沥青在不同水浴时间下的延度值Table3 Ductilityof4kindsofasphaltunderdifferenttemper-atureanddrawingspeedindifferentwaterbathtime沥青种类水浴时间/h不同温度、拉伸速度下的延度/cm5℃下1cm/min拉伸速度5℃下5cm/min拉伸速度10℃下5cm/min拉伸速度15℃下5cm/min拉伸速度0.520.59.117.516570#沥青118.58.215.11591.515.17.513.71520.526.212.948.7>15090#沥青125.210.241.7>1501.523.38.937.9>1500.513515.1128>150110#沥青1105.614.489.9>1501.586.413.972.2>1500.553.439.553.8110.990#SBS沥青151.336.952.0101.91.549.633.848.690.3

2.2 试验结果分析

2.2.1不同水浴时间的沥青针入度回归关系

通过对4种沥青针入度与不同水浴时间的变化曲线图分析，得到其回归关系方程(如图1所示)。

从图1可知，4种沥青的针入度随水浴时间的变化均呈线性增加趋势，拟合的沥青25 ℃针入度随水浴时间的回归关系公式为：

(a)70#沥青

y=Ax+B

(1)

式中：y为沥青25 ℃针入度，0.1 mm；x为水浴时间，min；A,B为回归系数。

回归系数A表征了针入度变化速度的快慢，回归系数B表征的是曲线在y轴上的截距。回归公式的R2值均在0.97以上，表明拟合的趋势线非常接近数据变化规律，得到的回归方程可靠性较高。同时观察图形变化趋势可以发现，70#沥青从15 min到1.5 h中间各个阶段的变化率基本相同，表明针入度随水浴时间递增的相关性非常强；90#沥青试验各点数据均沿着趋势线等距变化，表明针入度随水浴时间递增的相关性非常强；110#沥青前3个数据都按照趋势线随时间递增，但1 h和1.5 h处出现了一个较为明显的“缓坡”，表明针入度随时间变化的趋势有所减缓。SBS改性沥青的针入度随水浴时间的变化与基质沥青并无本质上差异，同样呈线性递增的关系，前3个时间点的针入度随时间的变化较为规律，1 h到1.5 h之间虽有斜率变缓的趋势但是并不明显。

因此，4种沥青针入度与不同水浴时间的回归关系公式如表4所示。

表4 沥青在不同水浴时间下的回归关系公式Table4 Regressionformulaofasphaltindifferentbathtime沥青种类回归公式ABR270#沥青y=Ax+B0.095965.5440.996590#沥青y=Ax+B0.059886.6320.9929110#沥青y=Ax+B0.1129110.630.984390#SBS沥青y=Ax+B0.056164.9210.9796

2.2.2不同水浴时间的沥青延度回归关系

通过对4种沥青延度(5 ℃、10 ℃、15 ℃)与不同水浴时间的变化曲线图分析，得到其回归关系方程(如图2～图5所示)。

从图2～图5可知，4种沥青的延度随水浴时间的变化呈减小的趋势，拟合的沥青5 ℃、10 ℃延度随水浴时间的回归关系公式为：

(a)70#沥青

(a)70#沥青

y=AeBx

(2)

式中：y为沥青延度，cm；x为水浴时间，min；A、B为回归系数。

回归系数A表征沥青在不同拉伸速度、温度下的柔性，回归系数B表征水浴时间对延度的影响，B值越大，则延度对时间的敏感性也就越大。

(a)70#沥青

(a)70#沥青

90#沥青与110#沥青15 ℃延度均超出了延度仪量程(150 cm)，而无法测出精确值，因此，不同水浴时间的90#、110#沥青15 ℃延度采用回归公式反算，反算的计算结果如表5所示，其回归关系方程如图6所示。

表5 不同水浴时间的沥青15℃延度反算值Table5 Recursivevalueof15℃ductilityofasphaltindiffer-entwaterbathtime沥青种类水浴时间/h5℃延度/cm10℃延度/cmAB15℃延度/cm0.512.948.73.4170.266183.990#沥青110.241.72.4950.282170.51.58.937.92.0900.290161.40.515.11281.7810.4271085.0110#沥青114.489.92.3070.366561.31.513.972.22.6760.330375.0

(a)90#沥青

因此，4种沥青针入度与不同水浴时间的回归关系公式如表6所示。可以看出，R2值均在0.95以上，表明拟合得到的延度与水浴时间的回归方程可靠。

表6 沥青在不同水浴时间下延度变化的回归关系公式Table6 Regressionrelationformulaofasphaltductilityunderdifferentwaterbathtime沥青种类温度/℃拉伸速度/(cm·min-1)回归公式ABR251y=AeBx24.289-0.3060.965370#沥青55y=AeBx9.9989-0.1930.998105y=AeBx19.614-0.2450.9862155y=AeBx172.14-0.0820.996951y=AeBx27.966-0.1170.963690#沥青55y=AeBx15.278-0.3710.9771105y=AeBx54.659-0.2510.9815155y=AeBx195.55∗-0.13∗0.9916∗51y=AeBx167.49-0.4460.9966110#沥青55y=AeBx15.707-0.0830.9929105y=AeBx166.66-0.5730.9821155y=AeBx1768.5∗-1.062∗0.981∗51y=AeBx55.349-0.0740.997590#SBS沥青55y=AeBx42.841-0.1560.9947105y=AeBx56.923-0.1020.9649155y=AeBx123.64-0.2050.9898注:“∗”标注值为方程推算得到延度的回归方程系数。

3 结论

a.4类沥青针入度随水浴时间的变化规律均呈线性关系，随水浴时间的增加而增加，建立了25 ℃针入度试验4种沥青的通用方程为y=Ax+B，R2均达到了0.95以上，从而建立起25 ℃针入度试验相对于水浴时间的快速试验评价系统。

b.4类沥青延度在不同条件下随水浴时间的变化规律均呈指数型关系，随水浴时间的增加而减少。并建立其不同沥青在不同条件下的回归关系方程：y=AeBx，R2均达到了0.95以上，从而建立起5 ℃、10 ℃、15 ℃在不同拉伸速度下延度试验相对于水浴时间的快速试验评价系统。

c.在按规范进行25 ℃针入度和不同温度、不同拉伸速度的延度试验时，不须使水浴时间达到1.5 h，在短时间下得到对应的针入度和延度值后，根据各自所得的方程就可回归得到按规范要求所需的针入度和延度值，缩短了试验时间，达到了预期效果。本研究结果对大量快速评定沥青基本技术指标具有一定的参考价值。