CN101162193A - 沥青与集料交互作用能力的检测方法 - Google Patents

沥青与集料交互作用能力的检测方法 Download PDF

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Abstract

沥青与集料交互作用能力的检测方法，它涉及一种检测方法。本发明的目的是为解决现有沥青与集料交互作用能力评价指标不能定量，试验条件难以精确掌握，试验数据重现性差，不能直接表征沥青与集料的交互作用能力的问题。本发明将沥青和粉状颗粒以1∶0.8～1.2的重量比例混合均匀，生成沥青胶浆；将0.8～1.2克搅拌均匀的沥青胶浆放在φ为25mm的平板夹具的下平板上，在20～30℃的水与乙二醇的混合液中养生15～25min；试验时间为100～140s。本发明所得数据更加量化，试验过程人为因素的影响大大减小；试验数据的重现性很好；试验在模拟正常道路环境，交通荷载条件下进行，更加接近真实的道路交通条件，评价指标的物理意义更加明确，能够反映沥青与集料的交互作用能力。

Description

沥青与集料交互作用能力的检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测方法。
背景技术
随着沥青路面在高等级公路中的广泛使用，其耐久性和路面结构的早期破坏问题也日益突出。研究表明，沥青路面的破坏现象与沥青和集料界面区域的性质有很大的关系。沥青与集料之间的交互作用能力是沥青混合料使用性能的重要影响因素，它直接影响着沥青混合料的强度、高温稳定性、水稳定性以及抗疲劳性等基本的路用性能。因此，深入研究沥青与集料交互作用能力的评价指标，进而分析其影响因素，揭示其作用机理，充分认识并积极改善这个作用过程具有十分重要的意义。目前，对于沥青与集料交互作用能力评价方法较少，主要是表征水作用的粘附性试验，包括水煮法、静态浸水法、动态浸水法、光电分光光度法等。这些方法对于判断集料与沥青在水作用条件下的粘附性是一种快速、有效的方法，但是也存在明显的不足：(1)人为因素影响大，评价指标不定量。(2)试验条件难以精确掌握，试验数据重现性差。例如，水煮法中对于水的微沸状态界定不明确，导致实际操作中对试验条件的把握不精确。(3)评价指标的物理意义不明确，不能真正反映沥青与集料的交互作用能力。因此，粘附性试验通过直接或间接地测定沥青膜的剥落率来确定粘附等级，从而反映沥青与集料粘附性的好坏，而并不能直接表征沥青与集料的交互作用能力。
发明内容
本发明的目的是为解决现有沥青与集料交互作用能力评价指标不定量，试验条件难以精确掌握，试验数据重现性差，不能直接表征沥青与集料的交互作用能力的问题，提供一种沥青与集料交互作用能力的检测方法。本发明的方法是按以下步骤实现的：一、沥青胶浆的制备：a、制备集料(石料)粉，将石料去除表面杂质后，利用振动磨将石料磨细成均匀的粉状颗粒，粉状颗粒的粒径为≤0.15mm，用0.075mm的方孔筛将粉状颗粒筛成＜0.075mm和0.075～0.15mm的两档；b、将沥青和粒径为＜0.075mm的粉状颗粒，或者沥青和0.075～0.15mm的粉状颗粒以1∶0.8～1.2的重量比例混合均匀，放入温度为90～1 10℃的烘箱内养生，连续搅拌，以使沥青与石粉颗粒充分地反应，生成沥青胶浆；二、沥青胶浆流变性质的测定：a、将动态剪切流变仪(DSR)的工作状态调到振动(OSCILLATION)模式下，采用Φ为25mm的平板夹具，采用应力控制，应力水平为10000Pa，加载频率为10Hz；b、装置调零；c、将0.8～1.2克搅拌均匀的沥青胶浆放在Φ为25mm的平板夹具的下平板上，调节上平板，使下平板与上平板之间的缝隙为2020～2080um，用热刀将平板周围压出的胶浆刮去后，在20～30℃的水与乙二醇的混合液中养生15～25min，水与乙二醇的体积比为1∶1.8～2.2；d、调节上平板，使下平板与上平板之间的缝隙为1990～2010um，按start键开始采集胶浆的流变性质；试验时间为100～140s，隔9～12s取一个测值；测量基质沥青的相位角δm，沥青胶浆的相位角δc、复数弹性模量G*和复数粘度η*等流变指标，从而测定沥青与集料的交互作用能力。本发明的有益效果是：通过流变学方法对沥青与集料交互作用能力进行测试，所得数据更加量化，试验过程人为因素的影响大大减小；由于试验条件更加精确，试验数据的重现性很好；试验在模拟正常道路环境，交通荷载条件下进行，更加接近真实的道路交通条件，评价指标的物理意义更加明确，能够反映沥青与集料的交互作用能力。因此本发明的方法更加科学合理。
附图说明
图1是沥青胶浆复数模量与石粉种类的关系图，图2是沥青胶浆复数粘度与石粉种类的关系图，图3是沥青与集料交互作用系数B与石粉种类的关系图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的方法是按以下步骤实现的：一、沥青胶浆的制备：a、制备集料(石料)粉，将石料去除表面杂质后，利用振动磨将石料磨细成均匀的粉状颗粒，粉状颗粒的粒径为≤0.15mm，用0.075mm的方孔筛将粉状颗粒筛成＜0.075mm和0.075～0.15mm的两档；b、将沥青和粒径为＜0.075mm的粉状颗粒，或者沥青和0.075～0.15mm的粉状颗粒以1∶0.8～1.2的重量比例混合均匀，放入温度为90～110℃的烘箱内养生，连续搅拌，以使沥青与石粉颗粒充分地反应，生成沥青胶浆；二、沥青胶浆流变性质的测定：a、将动态剪切流变仪(DSR)的工作状态调到振动(OSCILLATION)模式下，采用Φ为25mm的平板夹具，采用应力控制，应力水平为10000Pa，加载频率为10Hz；b、装置调零；c、将0.8～1.2克搅拌均匀的沥青胶浆放在Φ为25mm的平板夹具的下平板上，调节上平板，使下平板与上平板之间的缝隙为2020～2080um，用热刀将平板周围压出的胶浆刮去后，在20～30℃的水与乙二醇的混合液中养生15～25min，水与乙二醇的体积比为1∶1.8～2.2；d、调节上平板，使下平板与上平板之间的缝隙为1990～2010um，按start键开始采集胶浆的流变性质；试验时间为100～140s，隔9～12s取一个测值；测量基质沥青的相位角δm，沥青胶浆的相位角δc、复数弹性模量G*和复数粘度η*等流变指标，从而测定沥青与集料的交互作用能力。所述的集料为石灰岩、玄武岩、砂或花岗岩。
具体实施方式二：本实施方式沥青和粉状颗粒的重量比例为1∶1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式放入温度为100℃的烘箱内养生。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式水与乙二醇的体积比为1∶2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式步骤二的c步骤中下平板与上平板之间的缝隙为2050um。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式步骤二的c步骤中，在25℃的水与乙二醇的混合液中养生20min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式步骤二的d步骤中，下平板与上平板之间的缝隙为2000um。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式试验时间为120s。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式隔10s取一个测值。其它与具体实施方式一相同。
本发明通过基质沥青和四种集料的相互作用，采用复数弹性模量G*、复数粘度η*以及沥青-集料交互作用系数作为评价指标进行研究。
1沥青-集料交互作用能力评价指标
1.1沥青-集料交互作用系数
沥青与集料交互作用系数B由下式计算
tanδc＝tanδm/(1+φB)    (1-1)
式中δc-表示沥青胶浆的相位角；
    δm-基质沥青的相位角(°)；
    φ-石粉体积分数(％)；
交互作用系数B越大，表示沥青-集料交互作用能力越强。由式(1-1)变形即可得到B值的表达式：
B = ( tan δ m tan δ c - 1 ) / φ - - - ( 1 - 2 )
1.2复数模量G*和复数粘度η*
沥青胶浆的流变性能与沥青和矿料间交互作用能力直接相关。沥青与矿料相互作用后，沥青在矿料的表面形成结构沥青和自由沥青。通常交互作用能力强，结构沥青比例大，胶浆的复数弹性模量G*和复数粘度η*较大；反之，沥青与矿料交互作用能力较弱时，所产生的自由沥青比例大，沥青胶浆的复数弹性模量G*和复数粘度η*较小。所以复数弹性模量G*和复数粘度η*越大，表示沥青与集料的交互作用能力越强。
2试验原材料
2.1石粉的基本性质
本发明采用四种石料-石灰岩，玄武岩，砂和花岗岩。用振动磨将石料磨细成粉状颗粒，研磨条件尽量保持一致。用0.075mm的方孔筛分别将四种石粉筛成0～0.075mm和0.075～0.15mm的两档。根据《公路工程集料试验规程》T0352-2000矿粉密度试验测量两档石粉的表观密度，试验结果如表1所示：
          表1四种石粉的表观密度
岩类     表观密度g/cm3
    0～0.075mm     0.075～0.15mm
  石灰岩     2.780     2.779
  玄武岩     2.847     2.840
  砂     2.670     2.669
  花岗岩     2.710     2.707
2.2沥青的基本性质
本发明采用沥青的基本性质如表2所示：
                表2沥青性质指标表
  常规性能   针入度(0.1mm)(25℃，100g，5s)     97
  软化点(℃)     47.2
  流变性能(25℃ DSR试验)   相位角δ(°)     71.5
  复数弹性模量G*(Pa)     2.38E+06
  复数粘度η*(Pa.s)     3.79E+04
3试验方法
本发明利用动态剪切流变仪(DSR)测试基质沥青及沥青和四种石粉混合反应后沥青胶浆的流变性质。
首先在100℃下将沥青分别与四种石粉(0.075～0.15mm)加热混合、搅拌均匀，放入烘箱中养生待用。沥青与石粉的质量比为1∶1。试验采用相同的器皿装盛沥青胶浆，相同的搅拌、养生条件，以保证四种沥青胶浆制备条件的一致性。试验在OSCILATION模式下进行，采用Φ25mm平行板，上下板间距2mm。采用应力控制，应力水平10000Pa，频率为10Hz。浇膜前充分搅拌沥青胶浆以使沥青与石粉混合均匀，刮模后在25℃的水与乙二醇的混合液中养生20min。试样的试验时间为120s、隔10s取一个测值，测量基质沥青的相位角δm，沥青胶浆的相位角δc、复数弹性模量G*和复数粘度η*。将δm、δc代入(1-2)中得沥青-集料交互作用系数。
4试验结果分析
试验测得四种沥青胶浆的交互作用系数B、复数弹性模量G*和复数粘度η*如下表3所示：
      表3沥青胶浆流变性质表
  胶浆种类     B值   复数模量G*(Pa)   复数粘度η*(Pa)
  石灰岩胶浆     12.184   7.05E+06   1.12E+05
  玄武岩胶浆     9.795   6.33E+06   1.01E+05
  砂胶浆     8.012   6.25E+06   9.94E+04
  花岗岩胶浆     7.003   5.63E+06   8.96E+04
表3中沥青胶浆的复数弹性模量G*、复数粘度η*和B值与石粉种类的关系如图1～图3所示：
分析图1～图3：
(1)Gshthui＞Gxuanwu＞Gsha＞Ghuagang，ηshihut＞ηxuanwu＞ηsha＞ηhuagang，即同种沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩反应的胶浆的复数模量和复数粘度均依次减小，表示沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩的交互作用能力依次降低。
(2)Bshthut＞Bxuanwu＞Bsha＞Bhuagang，即同种沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩反应的胶浆的B值依次减小。从(1)可得：沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩的交互作用能力依次降低。所以沥青-集料交互作用系数B越大，表明沥青与石粉的交互作用能力越强。从而证明用沥青-集料交互作用系数表征沥青与石粉的交互作用能力是正确可行的。
(3)用沥青-集料交互作用系数B值、复数弹性模量G*和复数粘度η*表征沥青与集料交互作用能力具有一致性，三个参数都可以用来表征沥青与集料的交互作用能力。下面比较三指标的灵敏度。假设花岗岩胶浆的参数值为1，计算出其它胶浆的参数相对于花岗岩胶浆参数的相对值。比较结果见表4：
             表4三指标灵敏度比较表
胶浆类型 B值   复数弹性模量G* 复数粘度η*
    花岗岩     1   1    1
    砂     1.14   1.11    1.11
    类玄武岩     1.40   1.12    1.13
    石灰岩     1.74   1.25    1.25
从表4可以看出表征沥青与集料交互作用能力，交互作用系数B值比复数弹性模量G*和复数粘度η*的灵敏度高，并且B值同时考虑了基质沥青相位角、沥青胶浆相位角和石粉体积分数等多种材料因素，所以综合考虑，应选择B值来表征沥青与集料交互作用能力。
5结论
本发明利用动态剪切流变仪(DSR)对沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩四种石粉混合反应后沥青胶浆的流变性质进行了测试。通过研究可以得出以下结论：
(1)沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩反应的胶浆的交互作用系数B值、复数弹性模量G*和复数粘度η*依次减小，表明沥青与石灰岩、玄武岩、砂、花岗岩的交互作用能力依次降低。
(2)用交互作用系数B值、复数弹性模量G*和复数粘度η*表征沥青与集料交互作用能力具有一致性。B值、复数弹性模量G*和复数粘度η*越大，表明沥青与集料的交互作用能力越强。
(3)与复数弹性模量G*和复数粘度η*相比，用交互作用系数B值表征沥青与集料的交互作用能力具有更高的灵敏度。

Claims (10)

1.一种沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于沥青与集料交互作用能力的检测方法是按以下步骤实现的：一、沥青胶浆的制备：a、制备石料粉，将石料去除表面杂质后，利用振动磨将石料磨细成均匀的粉状颗粒，粉状颗粒的粒径为≤0.15mm，用0.075mm的方孔筛将粉状颗粒筛成＜0.075mm和0.075～0.15mm的两档；b、将沥青和粒径为＜0.075mm的粉状颗粒，或者沥青和0.075～0.15mm的粉状颗粒以1∶1.8～2.2的重量比例混合均匀，放入温度为90～110℃的烘箱内养生，连续搅拌，以使沥青与石粉颗粒充分地反应，生成沥青胶浆；二、沥青胶浆流变性质的测定：a、将动态剪切流变仪的工作状态调到振动模式下，采用Φ为25mm的平板夹具，采用应力控制，应力水平为10000Pa，加载频率为10Hz；b、装置调零；c、将0.8～1.2克搅拌均匀的沥青胶浆放在Φ为25mm的平板夹具的下平板上，调节上平板，使下平板与上平板之间的缝隙为2020～2080um，用热刀将平板周围压出的胶浆刮去后，在20～30℃的水与乙二醇的混合液中养生15～25min，水与乙二醇的体积比为1∶2；d、调节上平板，使下平板与上平板之间的缝隙为1990～2010um，按start键开始采集胶浆的流变性质；试验时间为100～140s，隔9～12s取一个测值；测量基质沥青的相位角δm，沥青胶浆的相位角δc、复数弹性模量G*和复数粘度η*等流变指标，从而测定沥青与集料的交互作用能力。
2.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于所述的集料为石灰岩、玄武岩、砂或花岗岩。
3.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于沥青和粉状颗粒的重量比例为1∶1。
4.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于放入温度为100℃的烘箱内养生。
5.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于水与乙二醇的体积比为1∶2。
6.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于步骤二的c步骤中下平板与上平板之间的缝隙为2050um。
7.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于步骤二的c步骤中，在25℃的水与乙二醇的混合液中养生20min。
8.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于步骤二的d步骤中，下平板与上平板之间的缝隙为2000um。
9.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于试验时间为120s。
10.根据权利要求1所述的沥青与集料交互作用能力的检测方法，其特征在于隔10s取一个测值。
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