王银龙

一直以来，我国路用沥青大多采用石油沥青，极少部分低等级公路采用煤沥青。近年来基于环保的要求，煤沥青也逐渐淡出道路建设领域，石油沥青几乎已是路用沥青的代称(本文所称沥青均为石油沥青)。在使用中对沥青的检测指标中三大指标:针入度、软化点、延度的检测也几乎是必不可少的，一方面是因为沥青三大指标对沥青路面的使用性能具有密切的关系，另一方面也便于将国内沥青检测数据与国外相对应的沥青技术规范做比较。本文主要论述沥青三大指标的检测意义、指标的应用以及近年来业内对三大指标的新解读。

1 针入度

1.1 沥青针入度的定义

沥青的针入度是在标准试验条件下(温度 25℃，荷重 100 g，贯入时间5 s)，标准针贯入沥青试样的深度(以0.1mm计)。针入度试验是测定沥青稠度的标准方法，25℃的针入度给出了接近年平均使用温度下的沥青稠度，该温度也较接近路面实际使用的平均温度。

1.2 针入度的主要应用

1.2.1 道路沥青的分级

目前，在世界范围内具有代表性的道路沥青的评价体系有三种，即针入度级标准、粘度级标准和PG分级体系。我国目前采用针入度级标准评价道路沥青。针入度级标准就是根据沥青针入度的大小确定沥青所适应的气候条件和载荷条件，针入度分级体系的主体是我们所熟悉的三大指标，辅以沥青的安全性指标闪点、沥青的纯度指标溶解度、沥青的抗老化指标薄膜加热试验和对生产沥青所用原油的约束指标含蜡量等，构成了沥青的针入度分级体系。

1.2.2 根据沥青的气候分区选择合适的道路沥青

由于道路沥青及其混合料的路用性能受到气候环境的影响较大，如在高速公路上，夏季高温季节行车造成的车辙是导致路面损坏最重要的原因;冬季气温骤降及反复升温降温引起的沥青路面温缩裂缝是路面横向开裂的主要原因;除温度因素外，水对沥青混合料的性能也有重要影响。水分渗入沥青与集料的界面上，使粘附性降低，在荷载的作用下，集料将产生剥离、坑槽。我国已建立的沥青材料气候分区，可以根据地域气候的不同选择适当的沥青，使路面具有较强的高温抗车辙能力和低温抗裂性、水稳定性，延长路面的使用寿命。

针入度级标准按照沥青针入度的不同将沥青分成不同的标号，针入度越大沥青的标号也越大。但是根据气候条件选择沥青路面所用的沥青标号是个技术性很强的问题，如果根据夏天炎热气候的要求应该尽量选用硬一些的沥青(低标号沥青)，而为了满足冬季寒冷气候条件的需要又应该选用软质沥青(高标号沥青)。实际上我国大部分地区不仅夏季炎热，而且冬季寒冷，无法都满足要求，只能尽量兼顾。

例如在渠化交通的高等级公路上，夏季高温车辙相比冬天低温开裂来说更加重要，必须选用较硬的沥青，而对于车辆交通没有渠道化，各种交通工具混合行驶的中低级公路，一般不易形成车辙(可能有推移、壅包)，开裂是主要病害，宜选用针入度大一些的沥青。

1.2.3 表征沥青材料的感温性

沥青是一种随温度变化发生流变性的典型粘弹性材料，温度很高时沥青表现为牛顿流体，而低温下沥青又表现为接近虎克弹性体，从高温到低温，中间经历了复杂的粘弹性阶段。沥青随温度而发生性质变化幅度的指标叫做感温性指标，基于此，几乎所有的沥青材料的路用性能都是围绕着沥青感温性进行论述。最常用的描述沥青感温性的指标是针入度指数 PI值、针入度粘度指数PVN及粘温指数VTS等。下面主要介绍针入度指数PI值。

早在1936年，Pfeiffer和JPhand VanDoormaal就通过大量实验得出不同温度下沥青的针入度—温度直线关系:

其中，P为针入度，0.1mm;T为温度，℃;AlgPen，K均为回归系数。沥青的针入度指数PI除采用诺模图法得到外还可采用公式计算法得到。首先根据不同温度下沥青的针入度值由式(1)计算回归得到针入度温度指数AlgPen，再由式(2)确定沥青的针入度指数PI:

对于道路沥青来说，PI太低和太高都是不好的，这是因为当PI＜-2时，沥青的温度敏感性强，同温度下更接近牛顿流体性质，但在低温时显示明显的脆性特征;当PI＞+2时，沥青具有明显的凝胶特征，沥青的耐久性不好，它的低温脆性虽小，但抗裂性能变差，这对温缩裂缝很重要，所以普遍规定PI在-1.0～+1.0间。

1.2.4 评价沥青老化程度

沥青的“老化”是指沥青从炼油厂被炼制出来后，在储存、运输、施工及使用过程中，由于长时间暴露在空气中，在环境因素如受热、氧气、阳光和水的作用下，会发生一系列的挥发、氧化、聚合，乃至沥青内部结构发生变化，同时发生性质变化，导致路用性能劣化的过程。沥青老化后，最直接的结果就是沥青的针入度变小、粘度变大。所以一般采用老化前后 25℃的残留针入度比来表征沥青的抗老化性能，也用来评价老化沥青的性能。

2 软化点

2.1 沥青软化点的定义

沥青的软化点是沥青在一特定实验条件下达到一定粘度时的条件温度，我国采用环球法测定沥青的软化点:把确定质量的钢球置于填满沥青试样的金属环上，在规定的升温条件下，钢球进入试样，从一定的高度下落，当钢球触及底层金属挡板时的温度，视为其软化点，以摄氏温度表示(℃)。

2.2 软化点的主要应用与当量软化点

软化点与针入度一样，常常为检验产品质量、评定沥青性质及选择使用条件所应用。特别是其试验方法较之针入度、延度试验更为简单，能很快得出结果。

对同一种原油及炼制工艺来说，沥青硬、针入度小的软化点就高，控制住软化点则针入度变化也不会太大。特别是对于沥青的高温性能，相比于针入度，软化点与沥青高温性能相关性更好，是沥青高温稳定性的重要指标。

正因为软化点与沥青高温稳定性具有良好的相关性，几乎所有国家的沥青标准中都列入了软化点指标。但是我国长期以来的使用实践证明，我国众多的普通沥青“软化点虽高，但高温稳定性并不好”，究其原因这是由于我国大部分原油为石蜡基原油，所炼制的沥青含蜡量较高，沥青中的蜡影响了软化点的测定，使测定的软化点出现假象:由于沥青中的蜡融点在 30℃～100℃之间，软化点一般在 40℃～55℃之间，测定软化点时正是大部分的蜡的结晶融化成液体的阶段，它将吸收一部分热量，从而使沥青试样的温度上升速率滞后于水温上升速率，而软化点读数是从插入水中的温度计上读得，导致软化点比实际偏高。

为解决多蜡沥青软化点测定的假象，提出了当量软化点概念，所谓当量软化点是真正遵从理论上沥青软化点实际上是等粘温度这个原则提出的，软化点温度大体相当于沥青的针入度为800或粘度为1 300Pa◦s(也有认为是1 200 Pa◦s)的温度，反过来我们将针入度为800(0.1mm)的温度定义为当量软化点T800。经式(1)，式(2)回归计算后，按式(3)确定:

T800作为一个指标，基础是 30℃及 30℃以下的三个温度的针入度，当在此温度下，沥青中绝大多数的蜡处于结晶状态不会影响试验结果，因此T800实际上既能发挥软化点的功能，具有软化点表示沥青高温性能的全部优点，又克服了含蜡沥青的影响。但是并不是说提出当量软化点就将实测软化点全盘否定。近年来随着大量进口国外低蜡沥青和国内沥青炼制设备脱蜡工艺的改进，高含蜡量的沥青也应用的越来越少，对重交通道路沥青，蜡的含量都在 3%以下，对进口沥青通常要求蜡含量限制在 2%以下，因而蜡的影响也越来越小。所以，实测软化点的重要性和实用价值也随之增大。

3 延度

3.1 沥青延度的定义

沥青的延度是通过在规定的速度和温度下，拉伸标准试件的两端直到断裂的长度(cm)。

3.2 沥青延度的应用

由于延度的再现性不好，不同延度仪、不同试验人员对同一批次沥青测试的延度值差异有可能较大，所以延度能否作为控制沥青质量的手段，延度试验的意义一直都在讨论。有些国家对沥青的 25℃或 15℃并不重视，沥青标准中没有延度指标，那是因为它们的沥青延度均比较大，一般都能大于 100 cm，所以认为延度意义不大。我国近年来高速公路大量采用进口沥青和重交沥青，15℃延度都能大于100 cm，甚至TFOT后的15℃延度也能大于100 cm，也导致部分人员认为延度没有意义。

总的来说，尽管国内外对延度试验的意义尚有不同的看法，但大都认为沥青的延度与路面的使用性能有一定的相关性，尤其是低温延度与低温开裂性能关系密切，因此在很多国家沥青规范中增加了低温延度的指标。

4 结语

随着对沥青材料研究的进展，发现已有的基于三大指标的体系与指数出现一定的局限，使得现行的沥青标准逐渐不能满足实习的需要。如针入度和延度指标是经验性的，针入度值和延度值是在一个特定温度下的，没考虑到工程现场和地域气候等因素，不能直接与HMA路面性能关联;软化点受到含蜡量的影响并且不同沥青之间的差别有时比较小等，而当量软化点受到针入度准确性以及非线性的制约等。

但是目前许多研究者提出的改进的沥青指标评价体系中仍然包含了三大指标，只不过有的对其进行了部分改进(如针入度、延度的测定条件)，说明三大指标在一定意义上仍能评定沥青的部分性能。

[1] 沈金安.道路沥青三项指标的意义和应用[J].石油沥青，1987(2):21-23.

[2] Asphalt Institute.Performance graded asphalt binder specification and testing Superpave Series No.1(SP-1).Lexingtong，1994.

[3] SHRP-A/IR-90-015.Fred N.Finn.Asphalt Properties and Relationship to Pavement Performance:Literature Review.

[4] David Whiteoak.The SHELL Bitumen handbook.SHELLBITUMEN.London.

[5] 陈晓瑛，尹利华，延西利.沥青材料感温性与其混合料高温稳定性关系研究[J].公路交通科技，2008(1):28-30.

[6] 沈金安.沥青及沥青混合料的路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001.