CN101275940B - 沥青混合料冻融劈裂试验真空饱水与浸泡方法 - Google Patents

Abstract

沥青混合料冻融劈裂试验真空饱水与浸泡方法是一种用于有效评价沥青混合料水稳定性的方法，尤其是一种较易解决混合料冻融劈裂试验真空饱水时大量气泡附着在试件表面，不易除去，导致真空饱水及浸泡不充分的方法。该方法为：第一步：将真空干燥器以隔板分为独立两部分，中间以流水管相连；第二步：在空气环境中对试件进行抽真空，并维持15分钟；第三步：真空环境使水没过试件，恢复常压状态，静置15分钟；第四步：排出真空干燥器内的水，抽真空，维持在5分钟，使水没过试件，恢复常压状态，再使试件在水中继续静置5分钟。如此循环15次；第五步：进行冻融循环。

Description

沥青混合料冻融劈裂试验真空饱水与浸泡方法

技术领域

本发明是一种用于有效评价沥青混合料水稳定性的方法，尤其是一种较易解决混合料冻融劈裂试验真空饱水及浸泡不充分的方法，属于公路沥青路面的技术领域。

背景技术

在高速公路建设中，沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，以其平整耐磨的表面、平稳舒适的行车性能、良好的力学强度、无扬尘、振动小、噪音低、施工期短和养护维修简便的等特点在现代高速公路的建设中占有很大的份额，倍受青睐。当前世界各国的高速公路大多采用沥青路面，如美国沥青路面占全国公路路面的93％；日本的高速公路中94％为沥青路面。我国近期在建、重建或大中修的高速公路中有90％以上采用了沥青路面。为了使沥青路面具有稳定、持久的良好服务质量，必须要求沥青混合料具有较好的耐久性。

然而，水损坏是影响沥青路面耐久性的一个重要因素。所谓沥青路面的水损害，是指沥青路面在存在水分的条件下，经受交通荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分对沥青起乳化作用，导致沥青混合料强度下降，同时水分逐步侵入到沥青与集料界面上，由于水动力的作用，沥青膜渐渐的从集料表面剥离，导致集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程，从而使沥青路面出现麻面、唧浆、松散和坑槽等破坏。这已引起了世界各国的注意。尤其是近年来，各国积极推广应用具有良好抗滑性能的OGFC(开级配磨耗层)和PAC(多空隙沥青混凝土)，此类路面的空隙率较大，约为15％～25％，易于受到水分的冲刷和浸泡作用而引起水损坏。因为沥青路面的水损坏与沥青混合料水稳定性密切相关，所以在沥青混合料配合比设计过程中，必须选择合理的室内试验方法对沥青混合料的水稳定性进行较为客观评价。

我国“八五”攻关项目沥青混合料路用性能研究专题之一，沥青混合料水稳定性能研究，通过大量的试验测定来评价和改善沥青混合料的粘附特性，同时在对相关试验方法做了全面而深入的探讨的基础上，推荐80℃水浸法和搅动水净吸附法作为评价沥青与矿料粘附性等级的标准方法；浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验作为检验沥青混合料水稳定性的标准试验方法。

我国现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)(以下简称《试验规程》)中采用“沥青与矿料的粘附性试验”(T0616-93)方法来测定沥青与矿料的粘附性，评定集料抗水剥落性能力。但此法只能评定部分粗集料与沥青的粘附性能，并没有对细集料与沥青的粘附性能进行评定，而后者尤为重要。事实上，许多细集料如石英砂、河砂等与沥青裹覆能力很差，但该试验方法中并没涉及，且该试验只能给出定性指标，人为因素影响较大。美国ASTM D3625-95也明确指出水煮法与现场水损害的关系尚未建立。因此该方法的试验结果不能作为拒绝或接受一种集料的标准，该法只可作为混合料原材料初选方法。

《试验规程》中对沥青混合料的水稳性评价试验方法是沥青混合料浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。浸水马歇尔试验通过长时间的静态浸水所造成的沥青混合料的力学性能(稳定度)的衰减来反映其抗水损害性能。该试验由于设备价格便宜且操作简单，在我国应用广泛。但是，浸水马歇尔试验试验条件过于宽松，甚至有时出现残留稳定度大于100％的情况。目前，相关研究认为马歇尔试验不能有效模拟路面的实际使用情况，试验结果并不能真实反映沥青混合料的路用性能，因此浸水马歇尔试验结果与沥青路面实际水损坏相关性较差。

冻融劈裂试验是在规定条件下对沥青混合料进行冻融循环，测定经冻融循环与未经冻融循环试件的劈裂强度，以此强度之比来评价沥青混合料抗水损害能力和寒冷地区的抗冻性。但从模拟现场的角度来说，该试验不符合水损害形成的机理。循环过程中的冷冻过程没有模拟最佳温度，该过程可能引起与剥落无关的沥青薄膜的破裂；另外，多孔或较低强度的集料在冻融过程中会出现集料的破坏。冻融劈裂试验的冻融循环条件只是造成了某种水损害状况，并不能模拟水损害过程。因此，从试验条件来说，该试验方法用于评价沥青混合料抗冻性是可行的，对沥青混合料的破坏条件与实地水损害过程不符，水损害主要发生在我国南方多雨潮湿地区，而气温低的北方，降雨量较少，水损害不应是一个严重的问题，因此需要一个更能反映混合料水损害特性的技术指标。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种沥青混合料冻融劈裂试验真空饱水及浸泡新方法，该方法较易解决混合料冻融劈裂试验真空饱水时大量气泡附着在试件表面，不易除去，影响冻融劈裂试验结果，以及饱水后浸泡不充分的问题。

技术方案：根据大量沥青路面损坏状况调查和相关研究表明，封闭于沥青路面结构内的自由水产生的高空隙水压力和高速水流是造成或加速路面损坏的主要因素。当沥青混合料试件的空隙率较小，空隙互不连通时，水很难进入混合料了内部，无法到达沥青与集料界面上，水损害也就无从谈起。适当的真空条件可促使沥青混合料闭口空隙内的空气发生膨胀，局部薄沥青膜被穿透，形成缺口，恢复常压后，水自沥青膜破裂处进入试件内部，为水损害的发生创造了前提条件。水分渗透的速度取决于沥青粘结料的粘滞度、集料表面的性质、沥青膜厚度及其他因素诸如表面活性剂等。

该方法的具体步骤如下：

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)相关试验方法成型马歇尔试件，双面击实各50次，试件数目不少于8个，测定试件空隙率，以平均空隙率相等的原则分为2组。将第一组试件置于平台上，在室温下保存备用。将第二组试件按照本专利的真空饱水及浸水方法进行，具体步骤如下：

第一步：将真空干燥器以隔板分为两部分，并弥封好，一边放置干燥试件，另一边充满水，中间顶部以流水管相连，

第二步：将试件放入后，启动真空泵，在空气环境中对试件进行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器维持在该压力下15分钟，

第三步：倾斜真空干燥器使水进入放干燥试件的部分，并使水没过试件不少于2cm，然后打开释气阀门，使真空干燥器内恢复常压状态，再使试件在水中继续静置15分钟，

第四步：排出放试件部分真空干燥器内的水，再启动真空泵，在空气环境中对试件进行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器维持在该压力下5分钟；倾斜真空干燥器使水进入放干燥试件的部分，并使水没过试件不少于2cm，然后打开释气阀门，使真空干燥器内恢复常压状态，再使试件在水中继续静置5分钟。如此循环15次，

第五步：取出每个试件放入塑料袋内，加入约10ml的水，扎紧袋口，将试件放入恒温冰箱，冷冻温度为-18±2℃，保持16±2h。然后取出试件，立即把塑料袋除去，将试件放入保持微沸状态的沸水中，维持2小时，

然后将试件取出，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)中沥青混合料冻融劈裂试验(T0729-2000)方法进行试验。

但是，在原来冻融劈裂试验的真空饱水过程中，试件是先放在水中，然后才开始抽真空至98.3kPa～98.7kPa(730mmHg～740mmHg)，在试验过程中发现有大量气泡附着在试件表面不易除去，恢复常压后，汽泡内的空气又进入到试件内部的空隙内而影响了饱水率(沥青混合料试件在真空条件下吸水的能力，是试件吸水的质量与试件干质量之比。)，继而严重影响冻融劈裂试验结果，不能客观评价沥青混合料的水稳定性。因此，本发明冻融劈裂试验中的真空饱水方法进行改进。

本发明是创造性地把真空干燥器分为两部分，分别盛放试件和水，两部分通过流水管相联，先在在空气中对试件抽真空至98.3kPa～98.7kPa(730mmHg～740mmHg)，然后通过倾斜真空干燥器使水没过试件，再恢复到常压，静置一定时间，使水充分进入试件内部空隙内，在试件表面没有气泡产生，最后把水抽干，在空气中抽真空，如此循环15次。

水进入沥青混合料试件内部后，若要模拟试件内孔隙水压力和高速水流，混合料必须处于动态浸泡状态。一般试验皆采用60℃静态水浴48小时或更短时间，实际上这一条件很大程度上只能起到软化沥青粘结料的作用，尤其在水没有到达沥青-矿料界面的情况下。本专利的试验方法中，将试件浸入沸水中，保持微沸状态，维持2小时。这样可以使空隙水遇热膨胀，产生空隙水压力，促进沥青膜剥离；微沸状态的水相当于流动水，模拟现场路面结构内的自由水的冲刷作用，促进沥青膜的剥落，在煮沸过程中可看见少量气泡携带沥青浮于水面；在沸水状态下，沥青膜的粘度大幅度下降，水在矿料-沥青界面上可以自由流动，有利于模拟表面能理论假设的状态。

有益效果：随着交通量和重载、超载车辆的增加，这就对沥青混合料的水稳定性提出了更高的要求。尤其近年来国内外对高速公路的安全性极为重视，正在深入研究抗滑性能优良的沥青面层结构和材料，比如OGFC(开级配磨耗层)和PAC(多空隙沥青混凝土)等，而这类面层都具有高渗透性、大空隙率的特征，易于受水损害，因此对其水稳定性的要求更为严格，我国对沥青混合料的水稳定性的研究还不够全面深入。综上所述，有必要提出适合我国国情的易行且有效的沥青混合料水稳性评方法，使其能较客观评价沥青混合料的水稳定性，减少沥青路面的水损坏现象，提高沥青路面的耐久性。

采用本发明试验方法通过反复的抽吸循环这种动态方式浸水，可加速沥青膜的破坏及水的渗入，为模拟高速交通荷载作用下混合料内的较大空隙水压力创造条件，在一定程度上模拟快速交通车辆轮胎对混合料的反复抽吸作用，能较客观评价沥青路面水损坏的过程，更好地区别各种沥青混合料的水稳定性能。对冻融劈裂试验的真空饱水和浸泡条件进行适当改进，可以克服浸水马歇尔试验结果与沥青路面实际水损坏相关性较差的现象。同时，使冻融劈裂试验方法更适合于水损害较为严重的我国南方多雨潮湿地区，更能较客观反映沥青混合料水稳定特性。由于试验条件明显比原有的试验方法苛刻，因此，时间可以缩短。T283试验与国内规范推荐的几种水稳定性评价试验消耗时间都比较长，增加了试验过程中的变数，易于造成非同批次试件数据差异过大，不具可比性。

发明人已将该种试验方法应用于合肥-徐州高速公路沥青混合料水稳定评价中，目前该沥青路面水损害较少，使用情况良好，说明本专利试验方法是合理的、可靠的、实用的。

附图说明

图1是真空饱水过程的示意图。

其中有；沥青混合料马歇尔试件1；真空干燥器2；流水管3。

具体实施方式

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)相关试验方法成型马歇尔试件，双面击实各50次，试件数目不少于8个，测定试件空隙率，以平均空隙率相等的原则分为2组。将第一组试件置于平台上，在室温下保存备用。将第二组试件按照本专利的真空饱水及浸水方法进行，具体步骤如下：

(1)将真空干燥器以隔板分为两部分，并弥封好，一边放置干燥试件，另一边充满水，中间顶部以流水管相连，见图。

(2)将试件放入后，启动真空泵，在空气环境中对试件进行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器维持在该压力下15分钟。

(3)倾斜真空干燥器使水进入放干燥试件的部分，并使水没过试件不少于2cm，然后打开释气阀门，使真空干燥器内恢复常压状态，再使试件在水中继续静置15分钟。

(4)排出放试件部分真空干燥器内的水，再启动真空泵，在空气环境中对试件进行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器维持在该压力下5分钟。倾斜真空干燥器使水进入放干燥试件的部分，并使水没过试件不少于2cm，然后打开释气阀门，使真空干燥器内恢复常压状态，再使试件在水中继续静置5分钟。如此循环15次。

(5)取出每个试件放入塑料袋内，加入约10ml的水，扎紧袋口，将试件放入恒温冰箱，冷冻温度为-18±2℃，保持16±2h。然后取出试件，立即把塑料袋除去，将试件放入保持微沸状态的沸水中，维持2小时。

然后将试件取出，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)中沥青混合料冻融劈裂试验(T0729-2000)方法进行试验。

Claims (1)

1.一种沥青混合料冻融劈裂试验真空饱水与浸泡方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

成型马歇尔试件，双面击实各50次，试件数目不少于8个，测定试件空隙率，以平均空隙率相等的原则分为2组，将第一组试件置于平台上，在室温下保存备用，将第二组试件按照以下的真空饱水及浸水方法进行，具体步骤如下：

第一步：将真空干燥器以隔板分为两部分，并弥封好，一边放置干燥试件，另一边充满水，中间顶部以流水管相连；

第二步：将试件放入后，启动真空泵，在空气环境中对试件进行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器维持在该压力下15分钟；

第三步：倾斜真空干燥器使水进入放干燥试件的部分，并使水没过试件不少于2cm，然后打开释气阀门，使真空干燥器内恢复常压状态，再使试件在水中继续静置15分钟；

第四步：排出放试件部分真空干燥器内的水，再启动真空泵，在空气环境中对试件进行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器维持在该压力下5分钟；倾斜真空干燥器使水进入放干燥试件的部分，并使水没过试件不少于2cm，然后打开释气阀门，使真空干燥器内恢复常压状态，再使试件在水中继续静置5分钟，如此循环15次；

第五步：取出每个试件放入塑料袋内，加入约10ml的水，扎紧袋口，将试件放入恒温冰箱，冷冻温度为-18±2℃，保持16±2h。然后取出试件，立即把塑料袋除去，将试件放入保持微沸状态的沸水中，维持2小时，

然后将试件取出，按照沥青混合料冻融劈裂试验方法进行试验。

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