CN104949979A - 一种水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法。方法包括利用酸性溶液侵蚀待测试件，利用EDTA标准溶液滴定侵蚀液中待测试件的溶出物。本发明借助络合滴定实验，以EDTA溶液的滴定量来测出不同时间Ca²⁺、Mg²⁺离子释放量，评价水泥乳化沥青胶浆对矿料表面的裹覆程度，测试过程中矿料受外界的影响小，能反映微观现状，使用的仪器设备简单。

Description

一种水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法

技术领域

本发明属于水泥乳化沥青裹覆性能技术领域，具体涉及一种定量评价水泥乳化沥青胶浆对矿料表面裹覆程度的方法。

背景技术

近年来，水泥乳化沥青混合料在道路工程中应用比较广泛，其显著优点是环保、节源。但矿料上的水泥乳化沥青复合材料粘附层因存在多孔隙结构，材料的均匀性存在问题，水泥乳化沥青层的抗渗性、均匀性、包覆效果存在缺陷，在受到水、以及酸性溶液的侵蚀时，水分子、H⁺离子易从孔隙内进入水泥乳化沥青层，侵蚀水化相，并进入界面层，使沥青易从矿料上剥落，影响水泥乳化沥青混合料水稳性。为测试评价矿料表面的水泥乳化沥青裹覆层的抗侵蚀性、均匀性以及裹覆效果，因此需要采用专门方法。

目前，针对水泥乳化沥青的裹覆性能评价方法在《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)主要采用沥青粘附试验和浸水马歇尔实验。

其中的乳化沥青粘附试验，分为阳离子乳化沥青粘附试验和阴离子乳化沥青粘附试验，其主要是将矿料粘附一定量的乳化沥青后，在水中浸泡一定时间，观察沥青从矿料上的剥落程度来确定粘附等级。该方法中矿料的形状对粘附量影响很大，且用肉眼观察，误差大，无法准确判断沥青与矿料的粘附等级。

其中浸水马歇尔试验，是用恒温水槽将沥青混合料成型试件浸泡一段时间后，通过测定沥青混合料试件浸水前后稳定度值的变化，来评价沥青混合料水稳定性，间接反映沥青对矿料的粘附性。该试验方法从总体考虑，受集料相互之间的影响较大，不能精确反映沥青在单个矿料上的裹覆情况。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法。

本发明提供的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法包括：利用酸性溶液侵蚀待测试件，利用EDTA标准溶液滴定侵蚀液中待测试件的溶出物。

进一步，本发明提供的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法包括：

对于多个不同的待测试件，利用酸性溶液侵蚀各待测试件，利用EDTA标准溶液滴定不同时刻侵蚀液中各待测试件的溶出物；相同时间内，单位质量水泥乳化沥青溶出物多的待测试件裹覆均匀性差。

本发明的矿料为花岗岩、玄武岩、石灰岩、砂岩、石英岩、片麻岩等，或是RAP(废旧沥青混合料)。

本发明所使用的酸性溶液为高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、盐酸、硫酸、硝酸等无机酸溶液。

可选的，所述酸性溶液中H⁺浓度范围为1.1mol/L-1.3mol/L。

可选的，所述待测试样粒径为4.75mm-19mm。

与现有的测试方法相比，本发明具有如下的特点：

(1)本发明借助络合滴定实验，以EDTA溶液的滴定量来测出不同时间Ca²⁺、Mg²⁺离子释放量，评价水泥乳化沥青胶浆对矿料表面的裹覆程度，测试过程中矿料受外界的影响小，能反映微观现状，使用的仪器设备简单。

(2)通过单位质量水泥乳化沥青胶浆单位时间内离子释放量这一指标来定量评价水泥乳化沥青层的抗侵蚀性，以反映水泥乳化沥青层裹覆的均匀性，和抵抗外界物质侵蚀的能力，并记录不同时间的离子释放量来表征受侵蚀速度。以同一时间下离子的释放量值评价不同矿料上乳化沥青胶浆的裹覆程度。

综上，本发明的评价方法完全借助科学、客观的手段来测试水泥乳化沥青胶浆在矿料表面的裹覆程度，测试结果准确可靠。

附图说明

以下结合附图说明与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为水泥乳化沥青胶浆受H⁺侵蚀模拟图；

图2为实施例1离子释放量与时间的趋势图；

图3为实施例2中矿料形状提取图；

图4为实施例2不同形状指数矿料的k值对比图；

图5为实施例2中对应的形状指数与粘附等级的关系；

图6为实施例3中密级配水泥乳化沥青混合料稳定度随乳化沥青掺量变化趋势图；

图7为实施例3中多个集料共同试验下k随时间的变化趋势图。

具体实施方式

水泥在与乳化沥青拌合的过程中，水泥吸收乳化沥青的水分发生水化反应，在胶浆中留下孔隙，以及乳化沥青微孔道的存在，这些孔隙组成的离子通道可能延伸至水泥乳化沥青胶浆表面，通道的存在为酸电离出的H⁺离子进入水泥乳化沥青胶浆内部提供可能性，如图1所示。水化产物Ca(OH)₂、Mg(OH)₂等，水泥颗粒中的CaCO₃、Al₂O₃、Fe₂O₃，以及矿料表面的CaO、CaCO₃等在遇到H⁺的侵蚀下，会发生反应释放出Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺等离子。水化产物固相成分逐渐被掏空，被沥青包裹的水泥颗粒也会受到侵蚀，孔隙越来越大，沥青表面的防水作用也会减弱。因此内部大量的离子被酸液带走，裹覆于矿料上的水泥乳化沥青层的均匀性会受到破坏。

本发明借助络合滴定实验，以EDTA溶液的滴定量来测出不同时间Ca²⁺、Mg²⁺离子释放量，评价水泥乳化沥青胶浆对矿料表面的裹覆程度。其中一种具体方法是：

清洗裹有水泥乳化沥青的矿料表面的杂质，并在适宜温度下烘干，然后将其用去离子水冲洗后进行如下测试：

取强酸溶液VmL,将清洗后的裹有水泥乳化沥青的矿料放入其中侵蚀，每隔时间t取V₁mL侵蚀液，用EDTA标准溶液在适宜pH(如pH＝10下)对侵蚀液进行滴定；

通过公式1计算Ca²⁺、Mg²⁺等离子每次测试的释放总体物质的量：

$n_{\mathrm{Ion}}=(\frac{V}{V_1}+1-a)c_{\mathrm{EDTA}}{V}_{\mathrm{aEDTA}}+\underset{a=1}{\overset{\frac{V}{V_1}}{\mathrm{\Σ}}}\left(c_{\mathrm{EDTA}}{V}_{(a-1)\mathrm{EDTA}}\right)---\left(1\right)$

式中：

为第a次测量时侵蚀液中离子物质的的量，

为前(a-1)次用于测试的侵蚀液中离子物质的量，

n_Ion为Ca²⁺、Mg²⁺等离子的释放总体物质的量，单位:mol，

c_EDTA为EDTA溶液浓度，单位；mol/L，

V_aEDTA为滴定体积，单位：L，

a为第a次称取样。

接着利用当前的测试值：以时间t为横坐标、物质的量n_Ion为纵坐标作t-n_Ion曲线，可针对不同矿料进行对比测试。

当在坐标内：t-n_Ion倾斜率越大，则离子的释放速度越快，水泥乳化沥青胶浆的裹覆均匀性越差。

针对不同矿料之间的对比，可将离子相同时间的释放物质的量n_Ion与粘附的水泥乳化沥青胶浆质量Δm的比k为指标来评价，k值越大，矿料上的水泥乳化沥青胶浆的裹覆均匀性越差。

实施例1：

实测水泥乳化沥青混合料上粒径9.5mm-13.2mm的集料表面水泥乳化沥青胶浆(该实施例中水泥乳化沥青胶浆中乳化沥青为阳离子乳化沥青，固含量60％，乳化沥青质量与水泥质量比3:2，矿料为石灰岩。)层在盐酸侵蚀下的裹覆性能：

将该集料洗净、50-60℃烘干1.5h，再用去离子水清洗5min；

取12.7mol/L浓盐酸10mL，并稀释至浓度10倍，将清洗后的裹有水泥乳化沥青的集料放入其中侵蚀，每隔20min取10mL侵蚀液，再稀释10倍；取20mL稀释液于锥形瓶中，加入2mL三乙醇胺溶液，再加入10mL pH＝10的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液，再滴加2滴诺黑T指示剂，溶液呈酒红色。

用0.01mol/LEDTA标准溶液进行滴定，直到出现蓝色为止停止滴定，记下滴定量V_EDTA，平行滴定三次，取平均值，测试结果如下表1所示。

通过公式2计算每次取样时离子的释放量,结果如下表1所示。

$n_{\mathrm{Ion}}=0.05(11-a)V_{\mathrm{aEDTA}}+0.05\underset{a=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{(a-1)\mathrm{EDTA}}---\left(2\right)$

表1

a	1	2	3	4	5
						VaEDTA/mL	1.8	2.4	3.6	4.7	8
nIon/mol	0.720	0.930	1.242	1.462	1.895

图2为该集料上离子释放量随时间变化的趋势图，从图中可以看出，离子的释放量和时间呈线性关系，离子的释放量随时间的增加而增加。集料上水泥乳化沥青胶浆层在酸溶液中侵蚀的时间越长，遭到的破坏性越大，裹覆均匀性降低。

实施例2：

实测A、B、C、D(粒径9.5mm-13.2mm)四种形状指数不同的RAP粘附水泥乳化沥青胶浆后在酸溶液中侵蚀20min离子释放的k(k为单位质量水泥乳化沥青溶出物的物质的量)值大小：

将四种RAP集料分别洗净、50-60℃烘干1.5h称重，采用数码相机对RAP集料的垂直三个方向进行拍照，在参数相同下收集各个集料照片。如图3所示，利用IPP软件自动分析各个图片集料投影面积和周长，利用公式(3)计算投影面的形状指数S。

$\mathrm{SF}=\frac{l\×l}{4\×\mathrm{\π}\×A}---\left(3\right)$

式中SF是形状指数；l是投影周长；A是投影面积。(注：计算采用照片像素单位)

将4种RAP集料在与实施例1中相同的水泥乳化沥青中进行粘附试验后，50-60℃烘干1.5h，称重，计算4种RAP进行粘附试验后粘附的水泥乳化沥青胶浆质量Δm。再用去离子水清洗5min，将其放入100mL的1.2mol/L盐酸溶液中侵蚀20min后进行取样滴定，计算每次滴定时离子的释放量，滴定结果如下表2所示：

表2

编号	A	B	C	D
					nIon/(×10-3mol)	0.48	0.5	0.5	0.71
Δm/g	0.24	0.22	0.20	0.21
					k/(×10-3mol/g)	2	2.27	2.5	3.38

以离子释放量n_Ion和质量差Δm的比k与形状指数作柱状图。对进行浸蚀试验后的样品再用水煮法在水温60℃时浸泡5min，计算水泥乳化沥青胶浆脱落的面积，计算粘附等级，然后作形状指数与粘附等级的关系图。

图4为四种RAP的k值，从图上可知，形状指数对k有影响，形状指数越大，k越大，单位质量的水泥乳化沥青胶浆释放离子物质的量越大，说明RAP越不规则，水泥乳化沥青胶浆裹覆程度也就越差。

图5为对应的形状指数下水泥乳化沥青胶浆在RAP上的粘附等级与RAP形状指数的关系图，从图中可以看出试验结果与图4对应，离子的释放量越多，水泥乳化沥青胶浆粘附性能越低。但是图4的结果可以更精细的说明水泥乳化胶浆在RAP上的粘附情况，可以起到量化评价的作用。

实施例3：

选用水泥、乳化沥青、石灰岩矿料等材料，选用连续密级配混合料按照《沥青与沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)规范要求制作标准马歇尔试件。

其中：

A组马歇尔试件中水泥掺量为2％，乳化沥青用量7％；

B组马歇尔试件中水泥掺量为2％，乳化沥青用量8％；

C组马歇尔试件中水泥掺量为2％，乳化沥青用量9％。

制作的水泥乳化沥青混合料马歇尔试件在常温下养生7天。然后在60℃水浴水箱中浸水48h后，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)采用马歇尔稳定试验仪分别对A、B、C三个试件的稳定度进行测试。测试结果如图6所示。其稳定度大小为A<B<C。

将测试完的试件敲碎，粒径4.75mm-19mm的粗集料中每档选取3个水泥乳化沥青包覆完全的集料共12个。

将集料洗净、50-60℃烘干1.5h，每组称重。再用去离子水清洗5min。取1.2mol/L盐酸200mL，将清洗后的裹有水泥乳化沥青的集料放入其中侵蚀，每隔20min取10mL侵蚀液，再稀释400mL。取20mL稀释液于锥形瓶中，加入2mL三乙醇胺溶液，再加入10mLpH＝10的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液，再滴加2滴诺黑T指示剂，溶液呈酒红色。用0.01mol/LEDTA标准溶液进行滴定，直到出现蓝色为止停止滴定，记下滴定量V_EDTA，平行滴定三次，通过公式4计算每次取样时离子的释放量。将做完试验后的集料用清水去除表面的水泥乳化沥青胶浆，再50-60℃烘干1.5h，每组称重，计算胶浆的粘附量Δm。结果如表3-5所示。

$n_{\mathrm{Ion}}=0.2(21-a)V_{\mathrm{aEDTA}}+0.1\underset{a=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_{(a-1)\mathrm{EDTA}}---\left(4\right)$

表3 A组测试结果

a	1	2	3
				VaEDTA/mL	3.40	4.60	6.00
nIon/(×10-3mol)	13.6	17.82	22.4
				Δm/g	3.42	3.42	3.42
k(×10-3mol/g)	3.98	5.21	6.55

表4 B组测试结果

a	1	2	3
				VaEDTA/mL	2.00	2.70	3.50
nIon/(×10-3mol)	8	10.26	13.07
				Δm/g	2.90	2.90	2.90
k(×10-3mol/g)	2.76	3.54	4.51

表5 C组测试结果

a	1	2	3
				VaEDTA/mL	1.00	1.10	1.40
nIon/(×10-3mol)	4	4.28	5.25
				Δm/g	2.95	2.95	2.95
k(×10-3mol/g)	1.36	1.45	1.78

图7为三组集料上单位质量胶浆离子释放量k随时间变化的趋势图，从图中可以看出，离子的释放量和时间呈线性关系，A、B、C三个试件，随着乳化沥青的量增加，离子的释放量和释放速度都降低，其抗盐酸侵蚀性能A<B<C，这与图6中的结果较一致。

Claims (6)

1.一种水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法，其特征在于，方法包括：

利用酸性溶液侵蚀待测试件，利用EDTA标准溶液滴定侵蚀液中待测试件的溶出物，所述待测试件为裹覆有水泥乳化沥青的矿料。

2.如权利要求1所述的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法，其特征在于，方法包括：

对于多个不同的待测试件，利用酸性溶液侵蚀各待测试件，利用EDTA标准溶液滴定不同时刻侵蚀液中各待测试件的溶出物；相同时间内，单位质量水泥乳化沥青溶出物多的待测试件裹覆均匀性差。

3.如权利要求1或2所述的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法，其特征在于，所述矿料为花岗岩、玄武岩、石灰岩、砂岩、石英岩、片麻岩或RAP。

4.如权利要求1或2所述的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法，其特征在于，所述酸性溶液为高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、盐酸、硫酸或硝酸。

5.如权利要求1或2所述的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法，其特征在于，所述酸性溶液中H⁺浓度为1.1mol/L-1.3mol/L。

6.如权利要求1或2所述的水泥乳化沥青对矿料裹覆程度的检测方法，其特征在于，所述待测试样粒径为4.75mm-19mm。