CN105067452A - 一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法 - Google Patents

Abstract

一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，涉及一种获得沥青材料性能评价指标的方法。本发明为了解决目前在评价沥青材料物理硬化性能过程中无法客观、准确地评价沥青材料的物理硬化性能的问题。本发明首先根据弯曲梁流变试验确定沥青材料的劲度模量曲线，基于粘弹材料时-温等效原理，将物理老化后沥青材料的模量曲线平移至参考条件下沥青材料的模量曲线，计算所对应的移位因子，然后计算时间-移位因子曲线斜率KZ；用以评价沥青材料物理硬化性能。本发明适用于沥青材料的评价和选择。

Description

一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法

技术领域

本发明涉及一种获得沥青材料性能评价指标的方法。

背景技术

沥青路面低温开裂是寒冷地区普遍存在的问题，是沥青路面的主要病害之一。已有研究表明，沥青的低温性能是影响路面低温抗裂性能的主要因素之一，因而沥青材料在低温条件下的力学行为多年来一直倍受研究者的关注与重视。

为了准确的评价沥青材料的低温性能，科研工作者已从理论分析、试验方法及评价指标等方面开展了大量的研究。虽然大多研究考虑了材料的强度特性、变形能力以及模量对沥青低温性能的影响，并提出了相应的评价指标，但采用上述研究成果所修筑的路面仍存在严重的低温开裂病害。其中的原因之一是因为传统的沥青低温抗裂性能评价方法只考虑了在特定温度、恒温特定时间状态下的力学性能，未考虑物理硬化对沥青材料低温性能的影响。国内外学者的研究已指出，物理硬化可能会导致原有沥青低温性能评价结果失效。

事实上，沥青长期在低温条件下服役会发生物理硬化现象，物理硬化将增大沥青的模量、降低其变形能力，对沥青的低温抗裂性能有显著劣化作用。在我国东北地区，沥青路面会在零度以下持续工作近三个月，这种劣化作用将会更加突出。因此，有必要准确评价出不同沥青材料的物理硬化性能，这对于缓解沥青路面低温开裂病害、节约道路养护维修费用具有重要实际价值。

发明内容

本发明为了解决目前在评价沥青材料物理硬化性能过程中无法客观、准确地评价沥青材料的物理硬化性能的问题。

一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，包括以下步骤：

步骤一、制备试件：将沥青加热至胶浆状后倒入弯曲梁流变仪试件模具中，待沥青降至室温后，进行脱模，试件备用；制备至少四个试件；将试件分为两组，一组记为试件a₀，另一组记为试件b₀；

步骤二、将步骤一制备得到的试件a₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温1小时，恒温的温度为拟评价产品要求的温度T℃，恒温完成后，得到试件a₁，对试件a₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线A，作为参考条件下的沥青材料模量曲线；至少进行两组平行试验，选取两组平行试验的结果一致的数据进行试验；

步骤三、将步骤一制备得到的试件b₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温t₂小时，恒温的温度与步骤二相同，恒温完成后，得到试件b₁，对试件b₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线B；至少进行两组平行试验，选取两组平行试验的结果一致的数据进行试验；

步骤四、基于粘弹材料的时-温等效原理，将步骤三得到的劲度模量曲线B在对数坐标系下平移至步骤二得到的劲度模量曲线A上，得到移位因子Δ_t；根据物理硬化的性质，所有材料发生物理硬化后，其移位因子均小于1；

步骤五、参考条件下的沥青材料模量曲线，即劲度模量曲线A相对于其本身的移位因子为1；根据步骤四得到移位因子Δ_t，在对数坐标系下绘制沥青材料的时间-移位因子关系曲线C；如图2所示：

步骤六、根据沥青材料的时间-移位因子关系曲线C，利用下式计算时间-移位因子曲线斜率KZ，用以评价沥青材料物理硬化性能；

$KZ=\frac{{\mathrm{\Δ}}_t-1}{t_2-1}$

式中，KZ为时间-移位因子曲线斜率，用以评价沥青材料物理硬化性能。KZ越大，材料抗物理硬化性能越好。

本发明是基于粘弹材料时-温等效原理，将物理老化后沥青材料的模量曲线平移至参考条件下沥青材料的模量曲线，计算所对应的移位因子，然后计算时间-移位因子曲线斜率KZ，用以评价沥青材料物理硬化性能。这种方法获得的沥青材料物理硬化性能评价不用考虑沥青材料的模量随加载时间变化而变化的因素，能够客观、准确地评价沥青材料的物理硬化性能，而且本发明还可以根据材料的服役工况，选择不同的恒温条件对沥青材料的物理硬化性能进行评价。本发明另一显著作用是，当使用传统方法评价沥青材料低温性能相同时，可使用本方法所提供的指标进一步评价材料性能，选择物理硬化性能较好的沥青材料，以缓解沥青路面低温开裂。使得在实际施工条件下能够准确的判断沥青材料的性能和使用寿命，给基建施工带来方便。

附图说明

图1为模量曲线A和模量曲线B的平移示意图；

图2为沥青材料的时间-移位因子关系曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：

一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，包括以下步骤：

步骤一、制备试件：将沥青加热至胶浆状后倒入弯曲梁流变仪试件模具中，待沥青降至室温后，进行脱模，试件备用；制备至少四个试件；将试件分为两组，一组记为试件a₀，另一组记为试件b₀；

步骤二、将步骤一制备得到的试件a₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温1小时，恒温的温度为拟评价产品要求的温度T℃，恒温完成后，得到试件a₁，对试件a₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线A，作为参考条件下的沥青材料模量曲线；至少进行两组平行试验，选取两组平行试验的结果一致的数据进行试验；

步骤三、将步骤一制备得到的试件b₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温t₂小时，恒温的温度与步骤二相同，恒温完成后，得到试件b₁，对试件b₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线B；至少进行两组平行试验，选取两组平行试验的结果一致的数据进行试验；

步骤四、基于粘弹材料的时-温等效原理，将步骤三得到的劲度模量曲线B在对数坐标系下平移至步骤二得到的劲度模量曲线A上，得到移位因子Δ_t；根据物理硬化的性质，所有材料发生物理硬化后，其移位因子均小于1；

步骤五、参考条件下的沥青材料模量曲线，即劲度模量曲线A相对于其本身的移位因子为1；根据步骤四得到移位因子Δ_t，在对数坐标系下绘制沥青材料的时间-移位因子关系曲线C；

步骤六、根据沥青材料的时间-移位因子关系曲线C，利用下式计算时间-移位因子曲线斜率KZ，用以评价沥青材料物理硬化性能；

$KZ=\frac{{\mathrm{\Δ}}_t-1}{t_2-1}$

式中，KZ为时间-移位因子曲线斜率，用以评价沥青材料物理硬化性能。KZ越大，材料抗物理硬化性能越好。

具体实施方式二：

本实施方式的步骤五中绘制沥青材料的时间-移位因子关系曲线C的步骤如下：

记录劲度模量曲线A对应的移位因子和时间，对应的点记为α；劲度模量曲线A的移位因子为1，时间为1小时，即α的坐标(1,1)；

记录劲度模量曲线B对应的移位因子和时间，对应的点记为β；劲度模量曲线B的移位因子为Δ_t，时间为t₂小时，即α的坐标(Δ_t,t₂)；

在对数坐标系下，以时间为横坐标，以移位因子为纵坐标，标记点α和点β，并连接两点，作为时间-移位因子关系曲线C。

其他步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

本实施方式所述t₂为6小时至24小时。

其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：

本实施方式所述的移位因子Δ_t是使用四单元广义Maxwell模型作为沥青劲度模量主曲线本构模型并结合EXCEL软件中的规划求解功能获得。

其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：

本实施方式在步骤一至六的基础上，还包括步骤七，具体步骤如下，

针对不同种类的沥青，在两种沥青模量相差不多时无法很好区分出两种沥青低温性能的优劣，分别求得两种沥青材料的时间-移位因子曲线斜率KZ后，沥青材料的时间-移位因子曲线斜率KZ越大，材料抗物理硬化性能越好。在施工时选取沥青材料的时间-移位因子曲线斜率KZ大的沥青材料。

其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

实施例

现有A、B两种沥青，通过弯曲梁流变(BBR)试验评价其低温等级均为PG64-28，且在-18℃条件下A沥青的60秒的模量为285MPa，B沥青的60秒的模量为283MPa。无法很好区分出两种沥青低温性能的优劣。为此，对两种沥青的物理硬化性能进行测试，以更地评价两种材料的低温性能。

以A沥青为例，说明物理硬化评价指标KZ的计算方法。

步骤一、制备试件：将沥青加热至胶浆状后倒入弯曲梁流变仪试件模具中，待沥青降至室温后，进行脱模，试件备用；制备至少四个试件；将试件分为两组，一组记为试件a₀，另一组记为试件b₀；

步骤二、将步骤一制备得到的试件a₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温1小时，恒温的温度为温度-18℃，恒温完成后，得到试件a₁，对试件a₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线A，作为参考条件下的沥青材料模量曲线；至少进行两组平行试验，选取两组平行试验的结果一致的数据进行试验；

步骤三、将步骤一制备得到的试件b₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温6小时，恒温的温度与步骤二相同，恒温完成后，得到试件b₁，对试件b₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线B；至少进行两组平行试验，选取两组平行试验的结果一致的数据进行试验；

步骤二和步骤三得到的试验结果如图1所示。

步骤四、基于粘弹材料的时-温等效原理，将步骤三得到的劲度模量曲线B在对数坐标系下平移至步骤二得到的劲度模量曲线A上，得到移位因子Δ_t。

移位因子Δ_t是使用四单元广义Maxwell模型作为沥青劲度模量主曲线本构模型并结合EXCEL软件中的规划求解功能获得。在计算移位因子Δ_t时，要求其相关系数R²大于0.98。

本例中，A沥青的移位因子Δ_t为0.486。按上述步骤，获得B沥青的移位因子Δ_t为0.332。

步骤五、参考条件下的沥青材料模量曲线，即劲度模量曲线A相对于其本身的移位因子为1；根据步骤四得到移位因子Δ_t，在对数坐标系下绘制沥青材料的时间-移位因子关系曲线图；如图2所示：

步骤六、根据沥青材料的时间-移位因子关系曲线图，利用下式计算时间-移位因子曲线斜率KZ，用以评价沥青材料物理硬化性能；

$KZ=\frac{{\mathrm{\Δ}}_t-1}{t_2-1}$

根据上式可得，A沥青的KZ为-0.1028；B沥青的KZ为-0.1336。根据KZ的意义可知，KZ越大，材料抗物理硬化性能越好。因此，A沥青的物理硬化性能要优于B沥青。

综合上述结果，建议选择A沥青修筑沥青路面，以缓解路面低温开裂病害。

Claims (4)

1.一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、制备试件：将沥青加热至胶浆状后倒入弯曲梁流变仪试件模具中，待沥青降至室温后，进行脱模，试件备用；制备至少四个试件；将试件分为两组，一组记为试件a₀，另一组记为试件b₀；

步骤二、将步骤一制备得到的试件a₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温1小时，恒温的温度为拟评价产品要求的温度T℃，恒温完成后，得到试件a₁，对试件a₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线A，作为参考条件下的沥青材料模量曲线；

步骤三、将步骤一制备得到的试件b₀放入弯曲梁流变仪中进行恒温t₂小时，恒温的温度与步骤二相同，恒温完成后，得到试件b₁，对试件b₁进行蠕变试验，得到材料的劲度模量曲线B；

步骤四、基于粘弹材料的时-温等效原理，将步骤三得到的劲度模量曲线B在对数坐标系下平移至步骤二得到的劲度模量曲线A上，得到移位因子△_t；

步骤五、参考条件下的沥青材料模量曲线，即劲度模量曲线A相对于其本身的移位因子为1；根据步骤四得到移位因子△_t，在对数坐标系下绘制沥青材料的时间-移位因子关系曲线C；

步骤六、根据沥青材料的时间-移位因子关系曲线C，利用下式计算时间-移位因子曲线斜率KZ，用以评价沥青材料物理硬化性能；

$KZ=\frac{{\mathrm{\Δ}}_t-1}{t_2-1}$

式中，KZ为时间-移位因子曲线斜率，用以评价沥青材料物理硬化性能。

2.根据权利要求1所述的一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，其特征在于步骤五所述的绘制沥青材料的时间-移位因子关系曲线C的步骤如下：

记录劲度模量曲线A对应的移位因子和时间，对应的点记为α；劲度模量曲线A的移位因子为1，时间为1小时，即α的坐标(1,1)；

记录劲度模量曲线B对应的移位因子和时间，对应的点记为β；劲度模量曲线B的移位因子为△_t，时间为t₂小时，即α的坐标(△_t,t₂)；

在对数坐标系下，以时间为横坐标，以移位因子为纵坐标，标记点α和点β，并连接两点，作为时间-移位因子关系曲线C。

3.根据权利要求1或2所述的一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，其特征在于所述t₂为6小时至24小时。

4.根据权利要求3所述的一种获得沥青材料物理硬化性能评价指标的方法，其特征在于所述移位因子△_t是使用四单元广义Maxwell模型作为沥青劲度模量主曲线本构模型并结合EXCEL软件中的规划求解功能获得。