CN102785291B - 沥青混合料再生剂的掺量确定方法 - Google Patents

沥青混合料再生剂的掺量确定方法 Download PDF

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Abstract

一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法，包括：1）铣刨旧料抽提；2）旧沥青性能试验；3）确定再生剂类型及掺量；其中旧沥青性能试验又包括：1）废旧沥青宏观粘度测定；2）废旧沥青微观组分测定。本发明通过对废旧沥青宏观粘度指标和微观组分的测定，计算沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和老化梯度M，并绘制老化梯度M与老化时间t的关系曲线，确定沥青老化临界点T，进而根据不同老化等级的废旧沥青确定再生剂的类型和掺量。

Description

沥青混合料再生剂的掺量确定方法
技术领域
本发明涉及一种道路石油沥青老化性能的评价方法，属石油沥青材料及道路铺面技术领域。
背景技术
沥青路面暴露在大气中，受到各种自然因素，如氧、温度、光照、水等的作用，使沥青混合料产生许多复杂的物理、化学变化。各种自然因素长期作用的结果，使沥青路面逐渐趋于老化。这种老化作用的突出表现是沥青混合料中所含的沥青结合料粘度增大，沥青面层呈脆硬状，其可塑性和变形能力降低。沥青路面随着使用年限的增加，沥青粘度会大大提高，沥青混合料变得又脆又硬，给沥青路面带来了不利的影响，失去应有的柔软性和变形能力。
现在用于评价道路石油沥青老化性能的方法主要是通过老化沥青的常规指标与原样沥青对比，表征沥青针入度变小、软化点增大、延度减小、脆点上升的老化特征来评价道路石油沥青的老化性能，该方法是传统的测试方法，适用于宏观老化性能的评价，不适于微观老化机理的评定，另外缺乏一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法，其步骤为：
1）铣刨旧料抽提；
2）对旧沥青试件的宏观粘度和微观组分的测定；
3）计算沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和老化梯度M；
4）绘制老化梯度M与老化时间t的关系曲线，确定沥青老化临界点T；
5）并根据沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和沥青老化临界点T评价沥青的老化性能；
6）根据步骤5）得到的老化性能能确定再生剂的掺量。
具体地，各步骤如下：
1)        铣刨旧料抽提
采用三分法进行铣刨旧料的取样，并应用阿布森法或者旋转蒸发器法对样品进行集料和沥青的抽提，测定所述铣刨旧料的旧沥青含量；
2)        对旧沥青试件的宏观粘度和微观组分的测定
对原样沥青及不同老化时间，本发明选取0h、5h、16h、24h和48h下的沥青试样进行宏观粘度指标，得到η2 -- 沥青老化后的粘度(135℃,Pa.s)，η1 -- 沥青老化前的粘度(135℃,Pa.s)；以及微观组分，即饱和分S、芳香分Ar、胶质R和沥青质At的百分数测定；
①根据上述宏观粘度指标值，利用公式（1）计算不同老化时间下的沥青老化指数C；
Figure 538697DEST_PATH_IMAGE001
          (1)
其中： C -- 老化指数； 
η2 -- 沥青老化后的粘度(135℃,Pa.s)；
η1 -- 沥青老化前的粘度(135℃,Pa.s)；
②根据上述微观组分测定的饱和分S、芳香分Ar、胶质R和沥青质At的百分数，利用公式（2）计算不同老化时间下的胶体不稳定指数Ic；
Figure 85216DEST_PATH_IMAGE002
                 (2)
其中： Ic -- 胶体不稳定指数；
S -- 沥青中饱和分百分数；
At -- 沥青中沥青质百分数；
R -- 沥青中胶质百分数；
Ar-- 沥青中芳香分百分数；
③根据上述宏观粘度指标值，利用公式（3）计算不同老化时间下的老化梯度M；
Figure 258708DEST_PATH_IMAGE003
                (3)
其中： η1, η0 -- 相邻两个老化时间内沥青的粘度(135℃, Pa.s)；
       t1, t0 -- 相邻两个老化时间, h；
         M – 老化梯度, Pa.s/h；
④根据上述计算的老化梯度M，绘制老化老化梯度M与老化时间t的关系曲线，确定最大的老化梯度Mmax对应的老化时间t为沥青的老化临界点T；
⑤根据沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和沥青老化临界点T评价沥青的老化性能；
3)        确定再生剂掺量
对上述旧沥青性能指标计算沥青老化指数C、残留粘度K和胶体不稳定指数Ic，并以残留粘度为主控指标K，以老化指数C与胶体不稳定指数Ic为辅控指标确定旧沥青老化点T；
依据沥青的临界老化点T可以将旧沥青的老化等级分为3个等级：对于旧沥青老化点T≥ 24h的旧沥青可定义为轻度老化沥青；对于沥青老化点16h≤T＜24h的旧沥青可定义为中度老化沥青；对于沥青老化点T＜16h的旧沥青可定义为重度老化沥青；
下述两种情况之一需要添加再生剂：a、就沥青为中度或重度老化沥青；b、铣刨旧料掺量大于等于30%；
需要添加再生剂时，根据旧沥青老化点T，以旧沥青质量1%为间隔将再生剂添加到135℃-160℃的旧沥青中，不断搅拌30-60min，制备一组再生沥青试样，对该组试样进行再生沥青临界老化点T的测定，根据测定的结果，以T=30h确定为最佳再生剂的掺量。
以下结合具体实例对本发明做进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
附图说明
图1 是实施例1的沥青试件老化斜率与老化时间之间的关系曲线；
图2 是实施例2的沥青试件老化斜率与老化时间之间的关系曲线。
具体实施方式
实施例1
本实施例的试样为北京市政路桥建材集团有限公司来样（旧沥青AH-70），沥青的技术指标如表1所示。
表1 新AH-70沥青的性能指标
试验项目 规范值（JTG F40-2004） 试样
针入度（10g，25℃，0.1mm） 60-80 80
软化点（℃） >45℃ 54.1
延度（5℃，cm） - 17
粘度（135℃，Pa.s） - 0.379
对来样旧沥青试样进行宏观粘度指标和微观组分的测定，结果见表2，表3所示。
表2 沥青试件宏观粘度指标
老化时间（h） 粘度（135℃，Pa.s）
0 0.379
5 0.483
16 1.095
24 1.592
48 2.952
表3 沥青试件微观组分
老化时间（h） 饱和分（%） 芳香分（%） 胶质（%） 沥青质（%）
0 8.2 47.8 34.5 9.5
5 8.1 47.2 34.7 10
16 7.9 46.2 35.1 10.8
24 7.9 44.1 36.1 11.9
48 7.9 43.9 35.9 12.3
根据上述宏观粘度指标值，利用公式（1）计算不同老化时间下的沥青老化指数C，结果见表4。
表4 沥青试件老化指数C
老化时间（h） 老化指数C
0 0
5 0.11
16 0.46
24 0.62
48 0.89
根据上述微观组分测定的饱和分S、芳香分Ar、胶质R和沥青质At的百分数，利用公式（2）计算不同老化时间下的胶体不稳定指数Ic，结果见表5。
表5 沥青试件胶体不稳定指数Ic
老化时间（h） 老化指数C
0 0.215
5 0.221
16 0.230
24 0.247
48 0.253
根据上述宏观粘度指标值，利用公式（3）计算不同老化时间下的老化斜率M，见表6。
表6 沥青试件老化斜率M
老化时间（h） 老化斜率M
0 0
5 0.021
16 0.056
24 0.062
48 0.057
根据上述计算的老化斜率M，绘制老化老化斜率M与老化时间t的关系曲线，如图1所示，确定最大的老化斜率Mmax对应的老化时间t为沥青的老化临界点T=24h，为轻度老化沥青。
本实施例中铣刨旧料掺量为30%，需要添加再生剂，根据旧沥青老化点T，以旧沥青质量1%为间隔将再生剂添加到135℃-160℃的旧沥青中，不断搅拌30-60min，制备一组再生沥青试样，对该组试样进行再生沥青临界老化点T的测定，根据测定的结果，以T=30h确定最佳再生剂的掺量为5%。
实施例2
本实施例的试样为河南中原高速公路股份有限公司来样（老化改性沥青SBS），新改性沥青SBS的技术指标如表7所示。
表7 新改性沥青SBS的性能指标
试验项目 规范值（JTG F40-2004） 试样
针入度（10g，25℃，0.1mm） 80-100 95.7
软化点（℃） >50℃ 74
延度（5℃，cm） >40 77.4
粘度（135℃，Pa.s） <3 0.824
对来样旧沥青试样进行宏观粘度指标和微观组分的测定，结果见表8，表9所示。
表8 沥青试件宏观粘度指标
老化时间（h） 粘度（135℃，Pa.s）
0 0.824
5 1.010
16 1.541
24 2.033
48 2.546
表9 沥青试件微观组分
老化时间（h） 饱和分（%） 芳香分（%） 胶质（%） 沥青质（%）
0 8.5 47.5 24.4 19.6
5 8.3 46.1 25.1 20.5
16 8.4 44.8 25.9 20.9
24 8.1 43.2 26.9 21.8
48 8.2 41.8 27.3 22.7
根据上述宏观粘度指标值，利用公式（1）计算不同老化时间下的沥青老化指数C，结果见表10；
表10 沥青试件老化指数C
老化时间（h） 老化指数C
0 0
5 0.09
16 0.27
24 0.39
48 0.49
根据上述微观组分测定的饱和分S、芳香分Ar、胶质R和沥青质At的百分数，利用公式（2）计算不同老化时间下的胶体不稳定指数Ic，结果见表11
 表11 沥青试件胶体不稳定指数Ic
老化时间（h） 老化指数C
0 0.391
5 0.404
16 0.414
24 0.427
48 0.447
根据上述宏观粘度指标值，利用公式（3）计算不同老化时间下的老化斜率M；
表12 沥青试件老化斜率M
老化时间（h） 老化斜率M
0 0
5 0.037
16 0.048
24 0.062
48 0.021
根据上述计算的老化斜率M，绘制老化老化斜率M与老化时间t的关系曲线，如图2所示，确定最大的老化斜率Mmax对应的老化时间t为沥青的老化临界点T=24h，为轻度老化沥青。
本实施例中铣刨旧料掺量为35%，需要添加再生剂，根据旧沥青老化点T，以旧沥青质量1%为间隔将再生剂添加到135℃-160℃的旧沥青中，不断搅拌30-60min，制备一组再生沥青试样，对该组试样进行再生沥青临界老化点T的测定，根据测定的结果，以T=30h确定最佳再生剂的掺量为8%。

Claims (4)

1.一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法，其步骤为：
1）铣刨旧料抽提；
2）对旧沥青试件的宏观粘度和微观组分的测定；
3）计算沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和老化梯度M；
4）绘制老化梯度M与老化时间t的关系曲线，确定沥青老化临界点T；
5）并根据沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和沥青老化临界点T评价沥青的老化性能；
6）根据步骤5）得到的老化性能能确定再生剂的掺量；
其中，所述步骤2）对旧沥青试件的宏观粘度和微观组分的测定，包括对采样沥青进行不同老化时间下的试样进行宏观粘度指标，得到η2 ： 沥青老化后的粘度Pa.s/135℃；η1 ： 沥青老化前的粘度Pa.s/135℃；以及微观组分，即饱和分S、芳香分Ar、胶质R和沥青质At百分数的测定；
所述步骤3）计算沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和老化梯度M的具体方法是：
① 根据所述宏观粘度指标值，利用公式（1）计算不同老化时间下的沥青老化指数C：
  
Figure 2012102961292100001DEST_PATH_IMAGE001
        (1)
其中： C -- 老化指数； 
η2 -- 沥青老化后的粘度Pa.s/135℃；
η1 -- 沥青老化前的粘度Pa.s/135℃； 
② 根据所述微观组分测定的饱和分S、芳香分Ar、胶质R和沥青质At的百分数，利用公式（2）计算不同老化时间下的胶体不稳定指数Ic；
Figure 699948DEST_PATH_IMAGE002
                 (2)
其中： Ic -- 胶体不稳定指数；
S -- 沥青中饱和分百分数；
At -- 沥青中沥青质百分数；
R -- 沥青中胶质百分数；
Ar-- 沥青中芳香分百分数；
③ 根据所述宏观粘度指标值，利用公式（3）计算不同老化时间下的老化梯度M；
 
Figure DEST_PATH_IMAGE003
               (3)
其中： η1, η0 -- 相邻两个老化时间内沥青的粘度 Pa.s/135℃；
       t1, t0 -- 相邻两个老化时间, h；
         M – 老化梯度, Pa.s/h；所述不同老化时间包括：0h、5h、16h、24h和48h；
所述步骤4）绘制老化梯度M与老化时间t的关系曲线，确定沥青老化临界点T，该沥青老化临界点T为所述关系曲线中最大老化斜率Mmax对应的老化时间t；
所述步骤5）并根据沥青老化指数C、胶体不稳定指数Ic和沥青老化临界点T评价沥青的老化性能的具体步骤是：依据沥青的临界老化临界点T将旧沥青的老化程度分为3个等级：对于旧沥青老化临界点T≥ 24h的旧沥青定义为轻度老化沥青；对于沥青老化临界点16h≤T＜24h的旧沥青定义为中度老化沥青；对于沥青老化临界点T＜16h的旧沥青定义为重度老化沥青；在发生a、旧沥青为中度或重度老化沥青；b、铣刨旧料掺量大于等于30%的两种情况之一时添加再生剂；
所述步骤6）是根据步骤5）得到的老化性能能确定再生剂的掺量，其具体方法是：根据旧沥青老化点T，以旧沥清质量1%为间隔将再生剂添加到135℃-160℃的旧沥青中，不断搅拌30-60min，制备一组再生沥青试样，对该组试样进行再生沥青临界老化点T的测定，根据测定的结果，以T=30h确定最佳再生剂的掺量。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法，其特征在于：所述步骤1）铣刨旧料抽提，是采用三分法进行铣刨旧料的取样，并应用阿布森法或者旋转蒸发器法对样品进行集料和沥青的抽提，测定所述铣刨旧料的旧沥青含量。
3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法，其特征在于：所述不同的老化时间包括0h、5h、16h、24h和48h。
4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料再生剂的掺量确定方法，其特征在于：所述最佳再生剂的掺量为旧沥青质量的5%——8%。
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