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沥青针入度测定仪在公路工程专业检测中的应用

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：仲翔

[导读] 摘要：本文对沥青针入度仪的构成与操作方式进行分析，并阐述该仪器在公路工程中的检测方法。

        上海东铁五金有限公司
        摘要：本文对沥青针入度仪的构成与操作方式进行分析，并阐述该仪器在公路工程中的检测方法。根据试验结果可知，对于不同剂量沥青来说，其针入度差异也会随之增加，且针重越大，越便于区分不同剂量下的沥青针入度。当试验条件为针重150g、温度为30℃、贯入时间为5s，可使针入度值更加可靠，能够对沥青性能准确评价。
        关键词：沥青针入度测定仪；公路工程；专业检测
        引言：在公路工程中，沥青是必不可少的材料之一，在选择沥青标号时针入度属于主要依据，可体现出沥青在荷载作用下的抗变形能力，与路面的路用性紧密相关。近年来，SBS改性沥青在公路工程中广泛应用，但是在以往的应用中常常忽视此类沥青的流变性与特殊性。对此，应通过修正针入度的方式，使沥青性能检测更加准确可靠，公路工程质量得到切实保障。
        1沥青针入度仪简介
        该仪器是采用电容数字百分表与数控电路相结合研发的测量工具，当前该仪器的生产厂家较多，且科技含量不断提升，使其应用更加便捷，具有低温、适用环境广等特点，可使沥青针入度检测更加精准可靠。
        1.1构成
        该仪器主要由温度传感器、机座、照明灯、针杆释放器、恒温水浴盆等内容构成。其中，机座上方设有照明灯与温度传感器，在机座内部设有控制电路，在前面板上可显示温度、时间、深度数等内容，后面板上带有电源插座、位移传感器接口、校准孔等等。释放器设置在立柱上方，支持自动或人工两种控制方式，在设备的左侧设置了一组升降按钮，可对释放器运行状态进行调节，便于数值读取。照明灯可用于对针照明，温度传感器适用于水温控制，其主要特点在于试样装置、显示装置、电脑数控装置等等，可通过齿轮与齿条啮合的方式固定在主柱上，恒温装置安装在显示装置与数控装置之间。
        1.2操作方法
        该仪器的操作方式如下：首先，将沥青针入度仪事先脱水试样加热融化，温度不可超过90℃，时间控制在30min以内，充分搅拌过滤后注入器皿中，其深度应超过预期值的10mm，在温度为15—39℃的室温中冷却1h，做好密封处理工作；然后，将器皿放入清水槽中，保温1—1.5h，水面应超过试验表面25mm。将仪器时间开关调整到所需时间档位上，点击开始，在电磁铁吸合作用下标准针可灵活深入试样之中，当红灯亮起后，用手按下百分表触头与标准针外侧端面接触，此时指针所显示的数值便是针入度。在每次检测之前，都应检查并对保温皿内的水温进行调节，在试验完毕后，将标准针取下，采用带有溶剂的棉花擦拭干净；对仪器进行调整，使其水平后，按下释放按钮，将标准针的针杆提起后，使其顶端面与百分表的触头相接触。待盛样皿保温1—1.5h之后，将其取出放入水温为25℃的器皿中，使试样表面与针尖相接触，将表的指针对零；由此反复操作三次后，取平均值即可作为本次检测的最终结果[1]。
        2沥青针入度仪在公路工程检测中的应用
        2.1试验材料
        在某公路工程沥青检测中，采用SK-90号、SL-90号与ESSO-90号三种类型的沥青。为了对不同SBS改性剂对沥青效果的影响进行分析，采取了四种不同的改性剂，分别为线型结构1号和2号、星型结构1号和2号，1号与2号分别是不同改性剂的生产厂家。为了使改性沥青更加稳定，应加入稳定剂。在本文研究中采用自制稳定剂，具有理想的稳定效果，剂量加入量为2.6%。增溶剂是指在不相容共混体系中，可将共混物力学相容性得以改善的组分。当沥青材料中轻质组分量提高时，SBS可充分溶胀，构成稳定的网状结构，因此本文采用糠醛抽出油为增溶剂；所采用的矿料级配为AC-13，最佳油石比为4.8%。
        2.2设备校准
        在检测过程中，试验结果容易受保温时间、试样质量、标准针尺寸等因素影响。为了确保检测结果精准可靠，应对仪器的工作状态进行调整，对其进行有效的校验，具体如下：采用电子天平、秒表、万用工具显微镜、量块等等。试验环境的温度在10℃—30℃；环境湿度应低于80%，仪器禁止存在缺陷。具体的校准方式为：首先，对深杆位移数值进行检测，对仪器进行调整，使其处于水平状态，在连杆的顶端放置5mm的量块，使二者相接触，将显示盘指针调整为零后，去除量块，使测深杆与连杆顶端重合，对当前显示盘上的数值进行读取，再依次将10mm、20mm与40mm的量块放入针连杆的顶端，反复以上操作；然后，将电子天平校正为零，预热30min后使其稳定下来，将针与连杆一同称量，记录二者的总质量；最后，定时装置，在电源接通的同时按下秒表，当断电灯亮起时闭合秒表，对秒表的数值进行读取；再将按钮调整到其他档电路上，反复上述操作，对各档控制时间的通电与断电时间进行记录。

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        2.3试验结果
        2.3.1针入度与针重联系
        为了探究针重对SBS沥青针入度的影响，在50g、100g与150g三种针重条件之下，分别采用ESS0号与SL号沥青制备24种SBS沥青开展针入度试验，试验结果为：当针重增加时，沥青的针入度随之增加。为了更加精准的分析不同针重条件下针入度增长幅度变动规律，针对多种情况下沥青针入度差异进行统计，统计结果可知：对于任何沥青来说，都带有针入度差异，其中150g的差异最大，100g次之，50g最小。由此可见，对于不同剂量沥青来说，其针入度差异也会随之增加，且针重越大，越便于区分不同剂量下的沥青针入度[2]。
        2.3.2针入度与试验温度联系
        为了探究试验温度对沥青针入度产生的影响，可分别在不同温度（15℃，25℃，30℃，35℃）下，分别针对ESSO号与SL号沥青制备的改性沥青开展针入度试验。根据试验结果可知，当温度不断升高，从15℃提高到35℃时，改性沥青针入度也随之增加，究其原因，试验温度不断增加，沥青黏度降低，弹性成分占比随之降低，导致沥青针入度数值增加。为了更加精准的分析针入度增长与试验温度间的关系，对于不同针重条件下，针入度差异也不尽相同，结果如下：对于任何类型的沥青来说，温度越高针入度差异便越大，在该试验中35℃的差异最大，15℃的差异最小。当温度较低时，不同沥青的针入度相差也会较小，甚至没有明显区别。但是，当温度提高到30℃、35℃时，针入度差异便会更加明显。
        2.3.3针入度对比结果
        通过上文分析可知，对于相同类型的沥青来说，当针重与温度增加时，针入度差值便会随之增加。由此可见，可通过适当增加针重、温度等方式，使沥青针入度得以提升，相对误差得以降低，并且较为精准的区分沥青间的针入度差异。为了更加准确的对沥青性质进行评价，本文提出修正针入度法，可对试验条件进行修正，荷重为150g，温度为30℃，贯入时间为5s。针对15种不同类型的沥青进行修正，与标准条件下的结果进行比较分析，结果如下：
        （1）在修正条件下，当剂量由3.5%提高到4.5%时，ESSP针入度数值变为6，与标准条件相比超过2倍；对于ESSO沥青来说，当剂量为3.5—4%之间时，针入度差值为9，与标准条件下二者针入度值相同。这意味着在修正条件下，对于不同SBS剂量来说，沥青针入值增加时，相对误差也会随之降低，可将沥青自身特性充分展现出来；
        （2）在其他条件不变情况下，对于不同剂量的沥青来说，其针入度差值越大，与之相对的动稳定度间的差异也会随之增加。但在标准状态下，改性沥青则没有这一规律，究其原因，在修正状态下，针入度的温度适用范围较广，可将沥青性质充分体现出来，以此将不同技术性质下的路用性能差异充分体现出来。由此可见，在修正条件下，针入度虽难以对混合料的高温性能进行定量评估，但可对其进行定性评价，使沥青技术性能进行准确体现。
        2.4仪器应用要点
        根据以往实践经验可知，在利用该仪器时应注意以下要点：一是在检测过程中，当针连杆下落后要想重新提起，只需将测量杆轻轻向上推，便可自动固定住，不可大力推动；二是将器皿放在平台上时应轻拿轻放，禁止与台面相互碰撞，更杜绝与其他金属物质相借助，这样有助于平台水平；三是每次检测之前都应对器皿水温进行调整，取下装好的标准针，用带有溶剂的棉花擦拭干净，并放于干燥之处；四是检测完毕后，应将平台与测杆清理干净，并合理存放仪器；五是当电源电压不稳时，很容易出现“死机”情况，此时需要拔掉电源，等待3秒后再重新启动设备；六是将针连杆拆卸检测后，采用手动的方式安装，开启电源后按“手动”按钮，采用螺丝刀从下孔插入2cm左右后取出，将针杆上方从下孔轻轻插入，如若存在阻力，则利用螺丝刀将杆套恢复原位，禁止暴力操作，避免使传感器受损[3]。
        结论：综上所述，在公路工程中，可采用沥青针入度仪作为标号依据，将沥青在荷载作用下的抗变形能力充分体现出来。根据本文研究可知，对于不同剂量沥青来说，其针入度差异也会随之增加，且针重越大，越便于区分不同剂量下的沥青针入度。当试验条件为针重150g、温度为30℃、贯入时间为5s，可使针入度值更加可靠，能够对沥青性能准确评价。
        参考文献：
        [1]尹成安，张佳娜.浅谈沥青针入度仪的检测和分析[J].城市建设理论研究：电子版，2019（1）.
        [2]徐永杰，慕春歌.自动针入度仪测定沥青针入度的方法与技巧[J].西部探矿工程，2019（12）：221-222.
        [3]刘乾.道路工程沥青混合料检测措施分析[J].交通世界，2017，418（Z2）：186-187.
        作者简介：仲翔，身份证号码：31011219860414xxxx