CN106289682A - 一种评价沥青与集料裹附性的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程材料技术领域，尤其是涉及材料性能的测定及其应用，公开了一种评价沥青与集料裹附性的方法及其应用，以裹附性指数CI来评价沥青混合料中沥青与集料的裹附性能，该指数定义为粗集料的吸水率与松散沥青混合料中粗集料的吸水率的相对差值；所述粗集料是指配合比一定的沥青混合料中矿料级配确定的集料中的粗集料，所述松散沥青混合料中粗集料是指所述粗集料与一定量的沥青结合料拌和均匀后冷却至室温的混合料。本发明方法能够定量的评价沥青结合料与集料的裹附程度和裹附性能，具有操作简单便捷、误差小的优点，能够用于指导泡沫沥青温拌混合料配合比设计时确定适宜的发泡条件。

Description

一种评价沥青与集料裹附性的方法及其应用

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，尤其是涉及材料性能的测定及其应用。

背景技术

水损坏是沥青路面最常见的破坏现象之一，大量的研究表明，沥青混合料水损害主要是水浸入沥青混合料的集料与沥青膜之间产生破坏作用。沥青与集料的裹附性不好致使沥青混合料的抗水损害能力降低。由于集料和沥青是两种性质不同的材料，其之间的裹附性将直接或间接影响沥青混合料的使用性能。裹附性是一种复杂的物理与化学过程，指两种相同或不相同物质接触时发生的物质界面间的分子结合，这种结合既可以是分子间相互作用，也可以是发生的化学键合作用，还可以是界面上微观的机械连接作用。当裹附性能越好，则混合料将具有较强的抵抗水损坏的能力，因此要求沥青混合料具有较好的裹附特性，这样路面的使用寿命才会长久。

在现行的试验方法中，用沥青与粗集料的粘附性试验来评价粗集料的抗水剥离能力。沥青与粗集料的粘附性试验采用水煮法，但水煮法在试验操作的过程中，人的主观性大，产生的误差大，不能定量分析粗集料表面被沥青薄膜裹覆后，抵抗受水浸蚀造成剥落的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种评价沥青与集料裹附性的方法，能够定量的评价沥青结合料与集料的裹附程度和裹附性能，具有操作简单便捷、误差小的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种评价沥青与集料裹附性的方法，以裹附性指数CI来评价沥青混合料的裹附性能，该指数定义为粗集料与松散沥青混合料的吸水率的相对差值；

所述粗集料是指配合比一定的沥青混合料中矿料级配确定的集料中的粗集料，所述松散沥青混合料中粗集料是指所述粗集料与一定量的沥青结合料拌和均匀后冷却至室温的混合料。

本发明方法的原理在于：沥青与集料的裹附性是沥青胶结料与集料的裹附程度，其表现为集料被沥青薄膜裹附后其抵抗受水浸蚀造成剥落的能力。用裹附性指数(Coatability Index)来评价沥青混合料的裹附性能，该指数定义为粗集料与松散沥青混合料中粗集料的吸水率的相对差值。当裹附性指数越高，即沥青混合料中粗集料的吸水率相比没有裹附沥青的粗集料的吸水率更小，则表明沥青胶结料更容易裹附在集料表面，沥青与集料的裹覆程度越好，具有更好的裹附性能。

进一步地，所述裹附性指数CI按下式计算，

$CI=\frac{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}-{\mathrm{Abs\%}}_{loose}}{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}}\×100\%,$

式中，Abs％_agg为粗集料的吸水率，％；

Abs％_loose为沥青松散混合料中粗集料的吸水率，％。

进一步地，所述粗集料是指配合比一定的沥青混合料中矿料级配确定的集料中粒径大于9.5mm的粗集料。

进一步地，吸水率的测定按以下步骤:

将所述粗集料与松散沥青混合料中粗集料室温下在水中同时浸泡一段时间，使浸泡充分，然后分别测定所述粗集料与松散沥青混合料中粗集料的饱和面干状态下的质量，分别记为W_loose-SSD和W_agg-SSD，吸水率按下式进行计算：

${\mathrm{Abs\%}}_{loose}=\frac{W_{loose-SSD}-(m_b+W_b)}{m_b+W_b}\×100\%$

${\mathrm{Abs\%}}_{agg}=\frac{W_{agg-SSD}-m_b}{m_b}\×100\%$

式中，

m_b为所述粒径大于9.5mm的粗集料的质量，g；

W_b为裹附质量为m_b的粗集料所用沥青胶结料用量，亦即所述松散沥青混合料中沥青的用量g。

本发明按照《公路工程集料试验规程》(JTG E42)T 0304-2005试验方法，测量粗集料与松散沥青混合料中粗集料的吸水率。

进一步地，所述松散沥青混合料中沥青的用量W_b按下式计算得到，

$W_b=m_b\×\frac{P_b}{1-P_b}\×\frac{{\mathrm{SA}}_{coarse}}{SST}\×\frac{1}{P_{s-coarse}},$

式中：

m_b为所述粒径大于9.5mm的粗集料的质量，g；

P_b为所述沥青混合料的配合比中确定的最佳沥青用量，％；

SA_coarse为大于9.5mm粗集料的比表面积和，m²/kg；

SST为所述沥青混合料配合比中确定的集料比表面积总和，m²/kg；

P_s-coarse为大于9.5mm粗集料所占集料比重，％。

SA_coarse和SST参照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)附录B中表B.6.9集料的表面积系数计算示例进行计算。

作为优选，m_b＝4000。

进一步地，所述沥青混合料为热拌沥青混合料或泡沫沥青温拌混合料，所述泡沫沥青温拌混合料所用沥青为沥青在一定的发泡条件进行发泡制得。

进一步地，所述沥青混合料为热拌沥青混合料时，其配合比设计按照马歇尔试验配合比设计方法进行设计，以确定混合料的矿料级配和最佳沥青用量。所述沥青混合料为泡沫沥青温拌混合料时，采用等体积指标法确定混合料的拌合温度和成型温度。

如前所述的评价沥青与集料裹附性的方法在城市道路和公路工程中的应用。

如前所述的评价沥青与集料裹附性的方法的应用，包括在沥青混合料配合比设计和泡沫沥青温拌混合料发泡条件设计中的应用。

泡沫沥青温拌混合料发泡条件设计方法，测定不同发泡条件下泡沫沥青与粗集料的裹附性指数，并与普通热拌沥青混合料进行比较确定适宜的发泡条件。

其中，泡沫沥青温拌混合料采用与热拌沥青混合料相同的矿料级配和最佳油石比，并采用等体积指标法确定泡沫沥青温拌混合料的拌和温度和成型温度为，分别采用不同的发泡用水量和发泡温度制备多组泡沫沥青，并测定其裹附性指数。

所述等体积指标法即泡沫沥青温拌混合料的体积指标应最大限度的接近相同配合比的热拌沥青混合料的体积指标。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明试验方法操作简单便捷，能够通过试验计算出裹附性指数，定量的评价混合料的裹附性能，并能比较不同沥青结合料和集料混合料的裹附性能。

本发明方法的裹附性指数能够作为判断沥青混合料抗水损害能力的参考因素，数据定量，便于比较；能够用于指导沥青混合料配合比设计。

附图说明

图1为实施例裹附性指数CI与含水量在不同温度下的柱状关系曲线图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

本发明提出一种测定沥青与集料裹附性的试验方法，包括如下步骤：

1、进行沥青混合料配合比设计，确定矿料级配、最佳油石比和成型温度；

2、将粗集料进行筛分，选取大于9.5mm粒径的粗集料，将其分成两组，每组4000g；

3、将其中一组粗集料放入烘箱中加热至130℃，计算确定裹附4000g粗集料所需的沥青用量，将加热后的粗集料与热沥青拌和均匀；

4、待拌和好的混合料放置冷却至室温后，将裹附沥青的粗集料与未裹附沥青的粗集料在水中浸泡24小时，测定两组粗集料的吸水率；

5、计算集料的裹附性指数；

6、为减少试验误差，应进行3次平行试验，取其平均值。

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

以AC-13型沥青混合料为例，测定70#道路石油沥青与粗集料的裹附性指数。

步骤1：根据规范采用马歇尔配合比设计方法进行AC-13型热拌沥青混合料配合比设计，确定矿料级配和最佳油石比。

沥青混合料集料筛分通过百分率

按表沥青混合料集料筛分通过百分率所示的合成级配进行配料，按不同油石比制备五组沥青混合料，进行不同油石比下成型的马歇尔试件的体积和力学试验，得出其体积参数与力学指标。

AC-13热拌混合料马歇尔体积参数与力学指标结果

绘制各个指标与油石比的关系曲线图，结合各项指标，确定AC-13热拌沥青混合料配合比设计使用的最佳沥青用量为4.8％。

步骤2：按照步骤1确定的混合料的矿料级配将矿料拌和均匀，并对粗集料进行筛分，选取大于9.5mm粒径的粗集料，将其分成两组，每组4000g。

步骤3：将其中一组粗集料放入烘箱中加热至160℃～165℃，将70#道路石油沥青加热至160℃。利用数学公式计算裹附粗集料所需的沥青用量。

$W_b=4000\×\frac{P_b}{1-P_b}\×\frac{{\mathrm{SA}}_{coarse}}{SST}\×\frac{1}{P_{s-coarse}}$

其中：W_b—用于裹附4000g粗集料所用沥青胶结料用量(g)；

P_b—配合比设计中最佳沥青用量(％)；

SA_coarse—大于9.5mm粗集料比表面积(m²/kg)；

SST—配合比设计中集料比表面积总和(m²/kg)；

P_s-coarse—大于9.5mm粗集料所占集料比重(％)。

集料的比表面积计算

与粗集料裹附的沥青用量

将加热后的粗集料与热沥青拌和均匀。拌合后的混合料放入温度为160℃的烘箱中养护2个小时。

步骤4：待拌和的混合料放置冷却至室温后，将裹附沥青的粗集料与未裹附沥青的粗集料在水中浸泡24小时，测定两组粗集料的吸水率。

将松散混合料和粗集料的饱和面干状态下的质量分别记为W_loose-SSD和W_agg-SSD，则松散混合料和粗集料各自的吸水率按数学公式进行计算：

${\mathrm{Abs\%}}_{loose}=\frac{W_{loose-SSD}-(m_b+W_b)}{m_b+W_b}\×100\%$

${\mathrm{Abs\%}}_{agg}=\frac{W_{agg-SSD}-m_b}{m_b}\×100\%$

其中：Abs％_loose—松散混合料的吸水率；

Abs％_agg—粗集料的吸水率；

吸水率计算表

步骤5：按照数学公式计算集料的裹附性指数。

$CI=\frac{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}-{\mathrm{Abs\%}}_{loose}}{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}}\×100\%$

AC-13热拌沥青混合料粗集料裹附性指数为63.47％。

实施例2

以泡沫沥青温拌AC-13型沥青混合料为例，测定不同发泡条件下泡沫沥青与粗集料的裹附性指数，并与普通热拌沥青混合料进行比较确定适宜的发泡条件。

步骤1：采用与实施例1中AC-13型热拌沥青混合料相同的矿料级配和最佳油石比，采用等体积指标法确定泡沫沥青温拌AC-13混合料的拌和温度为130℃，成型温度为120℃。

步骤2：为测定不同发泡条件下泡沫沥青与粗集料的裹附性指数，分别进行发泡用水量(发泡用水与沥青的质量比)为0.75％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％，沥青加热温度为140℃、150℃、160℃下泡沫沥青与集料的裹附性试验。

步骤3：在确定的混合料的矿料级配下，将矿料拌和均匀，并对粗集料进行筛分，选取大于9.5mm粒径的粗集料，将其分成2组，每组4000g。

步骤4：将其中一组粗集料放入烘箱中加热至130℃，在120℃下与不同发泡条件的泡沫沥青进行拌和，拌合后的混合料放入温度为130℃的烘箱中养护2小时。利用数学公式计算裹附粗集料所需的泡沫沥青用量。

$W_b=4000\×\frac{P_b}{1-P_b}\×\frac{{\mathrm{SA}}_{coarse}}{SST}\×\frac{1}{P_{s-coarse}}$

其中：W_b—用于裹附4000g粗集料所用沥青胶结料用量(g)；

P_b—配合比设计中最佳沥青用量(％)；

SA_coarse—大于9.5mm粗集料比表面积(m²/kg)；

SST—配合比设计中集料比表面积总和(m²/kg)；

P_s-coarse—大于9.5mm粗集料所占集料比重(％)。

集料的比表面积计算

与粗集料裹附的泡沫沥青用量

步骤4：待混合料冷却至室温，将裹附沥青的粗集料与未裹附的粗集料都分别放置在水中浸泡1小时，测量两组不同的粗集料的吸水率。

将松散混合料和粗集料的饱和面干状态下的质量分别记为W_loose-SSD和W_agg-SSD，则松散混合料和粗集料各自的吸水率按数学公式进行计算：

${\mathrm{Abs\%}}_{loose}=\frac{W_{loose-SSD}-(m_b+W_b)}{m_b+W_b}\×100\%$

${\mathrm{Abs\%}}_{agg}=\frac{W_{agg-SSD}-m_b}{m_b}\×100\%$

其中：Abs％_loose—松散混合料的吸水率；

Abs％_agg—粗集料的吸水率；

步骤5：按照数学公式计算集料的裹附性指数。

$CI=\frac{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}-{\mathrm{Abs\%}}_{loose}}{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}}\×100\%$

集料的裹附性指数计算表

由表中试验结果得出裹附性指数的柱状关系曲线图，见附图1。

由图1可知，与热拌沥青混合料的粗集料裹附性指数相比，泡沫沥青粗集料仅在150℃1％和1.5％的发泡条件下拌合的粗集料混合料集料裹附性指数相对较高。通过裹附性能试验表明：当沥青温度为150℃，发泡用水量为1％～1.5％时，泡沫沥青裹附性能较优。

以上对本发明进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于：以裹附性指数CI来评价沥青混合料的裹附性能，该指数定义为粗集料的吸水率与松散沥青混合料中粗集料的吸水率的相对差值；

所述粗集料是指配合比一定的沥青混合料中矿料级配确定的集料中的粗集料，所述松散沥青混合料中粗集料是指所述粗集料与一定量的沥青结合料拌和均匀后冷却至室温的混合料。

2.根据权利要求1所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，所述裹附性指数CI按下式计算，

$CI=\frac{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}-{\mathrm{Abs\%}}_{loose}}{{\mathrm{Abs\%}}_{agg}}\×100\%,$

式中，Abs％_agg为粗集料的吸水率，％；

Abs％_loose为沥青松散混合料中粗集料的吸水率，％。

3.根据权利要求1或2所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，所述粗集料是指配合比一定的沥青混合料中矿料级配确定的集料中粒径大于9.5mm的粗集料。

4.根据权利要求3所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，吸水率的测定按以下步骤:

将所述粗集料与松散沥青混合料中的粗集料室温下在水中同时浸泡一段时间，使浸泡充分，然后分别测定所述粗集料与松散沥青混合料中粗集料的饱和面干状态下的质量，分别记为W_loose-SSD和W_agg-SSD，吸水率按下式进行计算：

${\mathrm{Abs\%}}_{loose}=\frac{W_{loose-SSD}-(m_b+W_b)}{m_b+W_b}\×100\%$

${\mathrm{Abs\%}}_{agg}=\frac{W_{agg-SSD}-m_b}{m_b}\×100\%$

式中，

m_b为所述粒径大于9.5mm的粗集料的质量，g；

W_b为裹附质量为m_b的粗集料所用沥青胶结料用量，亦即所述松散沥青混合料中沥青的用量g。

5.根据权利要求1或4所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，所述松散沥青混合料中沥青的用量W_b按下式计算得到，

$W_b=m_b\×\frac{P_b}{1-P_b}\×\frac{{\mathrm{SA}}_{coarse}}{SST}\×\frac{1}{P_{s-coarse}},$

式中：

m_b为所述粒径大于9.5mm的粗集料的质量，g；

P_b为所述沥青混合料的配合比中确定的最佳沥青用量，％；

SA_coarse为大于9.5mm粗集料的比表面积和，m²/kg；

SST为所述沥青混合料配合比中确定的集料比表面积总和，m²/kg；

P_s-coarse为大于9.5mm粗集料所占集料比重，％。

6.根据权利要求5所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，m_b＝4000。

7.根据权利要求1所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，所述沥青混合料为热拌沥青混合料或泡沫沥青温拌混合料，所述泡沫沥青温拌混合料所用沥青为沥青在一定的发泡条件下进行发泡制得。

8.根据权利要求7所述的评价沥青与集料裹附性的方法，其特征在于，所述沥青混合料为热拌沥青混合料时，其配合比设计按照马歇尔试验配合比设计方法进行设计，以确定混合料的矿料级配和最佳沥青用量；所述沥青混合料为泡沫沥青温拌混合料时，采用等体积指标法确定混合料的拌合温度和成型温度。

9.如权利要求1-8中任一所述的评价沥青与集料裹附性的方法的应用，其特征在于，在城市道路和公路工程中的应用。

10.如权利要求1-8中任一所述的评价沥青与集料裹附性的方法的应用，其特征在于，在沥青混合料配合比设计和泡沫沥青温拌混合料发泡条件设计中的应用。