建筑石油瀝青延度檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

瀝青延度是表征其在特定條件下受外力拉伸至斷裂前所產(chǎn)生塑性變形能力的物理量，是衡量瀝青低溫性能、塑性及內(nèi)聚力的關(guān)鍵指標(biāo)。其檢測的科學(xué)依據(jù)主要基于粘彈性力學(xué)與材料科學(xué)。

在規(guī)定的試驗溫度（如25℃、15℃、10℃、5℃等）和拉伸速度（5 cm/min ± 0.25 cm/min）下，將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的“8”字形瀝青試件置于延度儀的水槽中持續(xù)拉伸。瀝青作為一種典型的粘彈性材料，其變形行為同時包含彈性（可恢復(fù)）和粘性（不可恢復(fù)、時間依賴性）分量。在低溫或慢速加載條件下，粘性流動受限，瀝青表現(xiàn)為更強的彈性脆性；在較高溫度或快速加載下，分子鏈段運動能力增強，塑性變形能力提升。延度檢測正是通過模擬瀝青材料在路面使用中因溫度收縮或荷載作用產(chǎn)生緩慢變形而不致開裂的行為，其值反映了瀝青抵抗應(yīng)力松弛和塑性流動的綜合能力。延度值越高，表明瀝青的柔韌性、抗開裂性和耐久性越好。

二、檢測項目

建筑石油瀝青的延度檢測項目可根據(jù)測試條件和目的進行系統(tǒng)分類：

1. 常規(guī)延度檢測：在標(biāo)準(zhǔn)溫度（如25℃）下進行，是瀝青產(chǎn)品分級和合格評定的基礎(chǔ)項目。

2. 低溫延度檢測：在更低的溫度（如15℃、10℃、5℃甚至0℃）下進行，用于評價瀝青在寒冷環(huán)境下的低溫抗裂性能。低溫延度是鑒別瀝青低溫品質(zhì)敏感性的重要指標(biāo)。

3. 不同拉伸速率下的延度檢測：研究拉伸速率變化對瀝青延度的影響，有助于深入理解瀝青的流變特性。

4. 老化后延度檢測：對經(jīng)過薄膜烘箱試驗（TFOT）或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（RTFOT）模擬短期老化后的瀝青樣品進行延度測試，評價其抗老化能力及長期性能。老化后延度損失是衡量瀝青耐久性的關(guān)鍵。

三、檢測范圍

石油瀝青延度檢測的應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了所有依賴瀝青材料性能的行業(yè)：

1. 道路工程：

   • 各等級道路瀝青：用于高等級公路、城市道路、機場跑道等面層、基層的基質(zhì)瀝青、改性瀝青的延度性能評價。

   • 改性瀝青：SBS、SBR、PE等改性瀝青的延度是評價改性效果和低溫性能的核心指標(biāo)。

   • 乳化瀝青：蒸發(fā)殘留物后的延度檢測，評價其終使用性能。

2. 建筑工程：

   • 防水卷材用瀝青：用于生產(chǎn)瀝青油氈、防水卷材的氧化瀝青、改性瀝青，其延度直接影響卷材的柔韌性和抗裂性。

   • 密封材料：瀝青基密封膠、填縫料的延度性能評價。

3. 水利與市政工程：用于水渠、大壩防滲、管道防腐等領(lǐng)域的瀝青材料性能控制。

4. 科研與質(zhì)量監(jiān)督：新材料研發(fā)、瀝青性能衰變規(guī)律研究、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗、進出口商品檢驗等。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外對建筑石油瀝青延度檢測均有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，核心標(biāo)準(zhǔn)在原理上基本一致，但在具體參數(shù)、試樣制備和要求上存在差異。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 4508《瀝青延度測定法》：詳細(xì)規(guī)定了試驗儀器、試樣制備、試驗步驟和結(jié)果報告。是國內(nèi)的基準(zhǔn)方法。

  • JTG E20《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（T 0605-2011）：作為交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與GB/T 4508基本一致，是道路瀝青檢測的主要依據(jù)。

  • GB/T 494《建筑石油瀝青》：對不同牌號的建筑石油瀝青規(guī)定了明確的延度指標(biāo)要求（如100號、30號瀝青在25℃下的延度不小于1.5cm）。

• 及國外主要標(biāo)準(zhǔn)：

  • ASTM D113《Standard Test Method for Ductility of Asphalt Materials》：美國材料與試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，是應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。其方法與GB/T 4508高度相似。

  • EN 13589《Bitumen and bituminous binders - Determination of the tensile properties of modified bitumen by the force ductility method》：歐洲標(biāo)準(zhǔn)，對于改性瀝青，更傾向于采用“拉力延度法”，不僅測量延伸長度，還記錄拉伸過程中的力值，能提供更多流變信息。

  • AASHTO T 51《Ductility of Asphalt Materials》：美國州公路與運輸官員協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，與ASTM D113基本等效。

對比分析：

• 一致性：核心原理、試模尺寸（小截面1cm²）、基本拉伸速度（5 cm/min）高度統(tǒng)一。

• 差異性：

  • 測試溫度：中國標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)瀝青標(biāo)號和應(yīng)用環(huán)境規(guī)定了不同的測試溫度（如25℃、15℃、10℃），而ASTM D113通常默認(rèn)報告25℃延度，但也可在其他溫度下進行。

  • 對改性瀝青的側(cè)重：歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13589更早地專門為改性瀝青制定了考慮力值的延度測試方法，反映了對高性能瀝青膠結(jié)料更精細(xì)的評價需求。中國和美國的傳統(tǒng)延度標(biāo)準(zhǔn)主要針對基質(zhì)瀝青，但對改性瀝青的測試也廣泛參照執(zhí)行。

  • 精密度要求：各標(biāo)準(zhǔn)對試驗結(jié)果重復(fù)性和再現(xiàn)性的具體要求略有不同。

五、檢測方法

1. 主要方法：直接拉伸法。這是目前唯一被公認(rèn)和標(biāo)準(zhǔn)化了的延度測試方法。

2. 操作要點：

   • 試樣制備：將加熱至流動狀態(tài)的瀝青注入涂有隔離劑的“8”字形黃銅試模中，確保無氣泡。在室溫下冷卻至少30分鐘，然后置于規(guī)定試驗溫度的水浴中保溫（通常為1~1.5小時）。

   • 儀器設(shè)置：檢查延度儀滑板移動速度是否為5 cm/min ± 0.25 cm/min。向水槽中注入規(guī)定溫度的試驗用水（通常為甘油-水混合物或純水），水位至少高出試樣表面25mm。

   • 測試過程：將保溫后的試模自水浴中取出，去除側(cè)模和端模，將試件兩端孔環(huán)分別套在延度儀的銷釘上。啟動儀器，使滑板勻速拉伸。觀察瀝青“細(xì)頸”形成與斷裂過程。

   • 結(jié)果讀取：記錄試件拉斷時指針?biāo)甘镜木嚯x（單位：厘米）。若瀝青浮于水面或沉入槽底，則需加入酒精或食鹽調(diào)整水的密度至與試樣相近。

   • 平行試驗：同一試樣至少平行試驗三個，取其平均值作為試驗結(jié)果。

六、檢測儀器

瀝青延度檢測的核心設(shè)備是瀝青延度儀，其主要技術(shù)特點包括：

1. 機械結(jié)構(gòu)：

   • 驅(qū)動系統(tǒng)：采用伺服電機或步進電機配合精密減速機構(gòu)，確?；逡苿铀俣确€(wěn)定、精確可調(diào)。

   • 傳動系統(tǒng)：采用滾珠絲杠或齒輪齒條傳動，保證傳動的平穩(wěn)性和直線性。

2. 溫控系統(tǒng)：

   • 水槽：由不銹鋼等耐腐蝕材料制成，帶有透明觀察窗。

   • 制冷/加熱系統(tǒng)：采用壓縮機制冷和電加熱管加熱，配合PID智能溫控器，實現(xiàn)水浴溫度在寬范圍（如0℃~40℃）內(nèi)的高精度控制（通常±0.1℃）。

   • 循環(huán)系統(tǒng)：內(nèi)置水泵，促進水槽內(nèi)水溫均勻。

3. 測量與顯示系統(tǒng)：

   • 位移測量：采用光電編碼器或位移傳感器，精確測量并數(shù)字顯示拉伸長度。

   • 控制與顯示：微處理器控制，液晶顯示屏實時顯示拉伸長度、速度、溫度等信息。

4. 輔助功能：

   • 自動歸位、試驗數(shù)據(jù)存儲與輸出、故障自診斷等。

七、結(jié)果分析

1. 分析方法：

   • 數(shù)值直接讀取：延度值直接由儀器顯示的斷裂時長度確定。

   • 數(shù)據(jù)有效性判斷：正常情況下，瀝青斷裂面應(yīng)位于試件狹窄部分的中心附近。若因制備缺陷（如氣泡、劃痕）導(dǎo)致斷裂面異常，或試驗過程中出現(xiàn)明顯振動、溫度波動超標(biāo)，則該次試驗結(jié)果應(yīng)作廢。

   • 平行試驗誤差計算：計算三個平行試驗結(jié)果的變異系數(shù)，若超過規(guī)定值（如標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定），需重新試驗。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 符合性評判：將測得的平均延度值與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 494、JTG F40等）中規(guī)定的技術(shù)要求進行比對，判斷其是否合格。例如，對于70號道路石油瀝青，要求15℃延度不小于100cm。

   • 性能等級評判：延度值越高，通常認(rèn)為瀝青的低溫塑性、抗裂性和耐久性越好。特別是低溫延度，是區(qū)分優(yōu)質(zhì)瀝青與普通瀝青的關(guān)鍵指標(biāo)。低溫延度大的瀝青，在寒冷地區(qū)更不易產(chǎn)生溫縮裂縫。

   • 趨勢分析：對比新鮮瀝青與老化后瀝青的延度，若老化后延度保留率高，說明該瀝青抗老化性能好，耐久性佳。對于改性瀝青，其延度值也是評價改性劑分散效果和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要依據(jù)。