CN106596610A - 一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法 - Google Patents

一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，包括以下步骤：步骤一：对旧料进行预处理；步骤二：采用纳米TiO2粉末对新沥青进行标记；步骤三：使用特定新集料，用以区分RAP集料，进行热再生沥青混合料配合比设计并成型试件；步骤四：将热再生沥青混合料试件切片，选择合适区域进行扫描电子显微镜试验的制样；步骤五：进行扫描电子显微镜微观观测以及能谱仪试验，根据硅元素、钛元素和硫元素的分布图确定再生沥青混合料中新旧沥青的溶合状态；步骤六：提取新旧沥青溶合度的定量指标。本发明借助扫描电子显微镜/能谱仪，直接观测再生混合料中新旧沥青的溶合状态，并精确测定溶合度，显著提高了测试方法的准确性。

Description

一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法
技术领域
本发明属于沥青路面再生技术领域，具体涉及一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度的试验方法及定量评价指标。
背景技术
二十多年来我国公路交通高速发展，其中修建的公路路面类型主要以沥青混凝土路面为主。近年来，公路建设高速发展，对原材料石料、沥青需求不断增加，开山采石对环境破坏越来越严重；另一方面已建公路大规模进入养护维修期，路面维修产生的废旧材料日益增多。采用沥青路面再生技术，可实现废料的重复利用。目前厂拌热再生是使用广泛、相对成熟的沥青混合料再生技术，热再生过程中，老化沥青从旧料表面分离出来与新沥青和再生剂溶合。热再生沥青混合料新旧沥青溶合程度不明确是限制高RAP掺量厂拌热再生技术的一个关键因素。目前大多数方法都只是通过间接试验方法评价新旧沥青的溶合程度，缺乏成熟的直接确定新旧沥青溶合程度的方法和定量指标。
发明内容
本发明的目的是针对现有测试方法的不足，提出一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，该方法借助扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)，直接观测再生混合料中新旧沥青的溶合状态，并精确测定溶合度，显著提高了测试方法的准确性。
本发明采用的技术方案为：一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，包括以下步骤：
步骤一：对旧料(RAP)进行预处理，将其筛分为两档，分别测定油石比和级配；所述旧料是指采用铣刨机对旧沥青路面进行铣刨处理后得到的回收料。
步骤二：采用纳米TiO2粉末对新沥青进行标记，TiO2和新沥青的质量比为1:5。将70#基质沥青加热至150℃左右，保持恒温；按质量掺量加入TiO2粉末，并使用高速剪切仪搅拌30min，形成均质的示踪沥青作为新沥青。
示踪沥青与原状沥青的135℃粘度相差不大，对沥青的拌合性能影响不大。
步骤三：使用特定新集料，用以区分RAP集料；选择AC-13为设计级配，根据热再生沥青混合料配合比设计，确定最佳油石比为4.9，使用旋转压实仪成型再生沥青混合料试件，控制空隙率为4％。
步骤四：将热再生沥青混合料试件切片，选择合适的区域，进行扫描电子显微镜(SEM)试验的制样。
步骤五：进行扫描电子显微镜微观观测以及能谱仪试验，根据SEM/EDS试验中硅(Si)元素、钛(Ti)元素和硫(S)元素的分布图确定再生沥青混合料中新旧沥青的溶合状态。
步骤六：提取新旧沥青溶合度的定量指标；根据能谱仪试验，测定再生料新集料表面沥青胶浆中示踪元素(Ti)与沥青特征元素(S)的质量比fTi:S，同时测定示踪沥青中初始的Ti:S质量比iTi:S，然后根据下式(1)计算热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度。
其中：
γ：新旧沥青溶合度；
OAC：再生混合料的最佳油石比；
Sa：旧沥青中S元素质量比；
Sv：新沥青中S元素质量比；
iTi:S：初始Ti:S的值；
fTi:S：溶合后Ti:S的值；
αn：RAP各档掺量；∑αn＝α即RAP掺量；
βn：RAP各档油石比。
新旧沥青溶合度公式的原理是：用示踪元素(Ti)与沥青特征元素(S)的质量比表征示踪剂和沥青的质量比；在热再生沥青混合料中，旧沥青从RAP集料表面分离出来，与新沥青(含示踪剂)发生溶合，溶合沥青中示踪剂的质量不变，而总沥青的质量变大；因而与新沥青中初始的Ti:S质量比相比，其值相应的减小，根据Ti:S减小的程度，推倒(1)式计算新旧沥青溶合度(γ)。
作为优选，所述步骤一中旧料筛分为0～4.75mm和4.75～13.2mm两档。
作为优选，所述步骤一中旧料油石比取燃烧法和抽提法试验测定值的平均值。
作为优选，所述步骤三中新集料为石灰岩，其颜色较淡，与RAP集料(玄武岩)可明显区别。
作为优选，所述步骤四中微观试验的制样方法需满足SEM观测的要求，尺寸约为5mm×5mm×3mm(长×宽×高)；并且将样品表面研磨抛光，在高真空环境下喷洒Au/Pd粉使试样表面导电。
有益效果：
1、本发明采用纳米TiO2标记新沥青，对沥青本身的性能影响较小；
2、本发明利用石灰岩作为新集料，用颜色区分旧集料(玄武岩)，而非用采用粒径区分新旧料，成型热再生沥青混合料试件与实际生产工艺更相符；
3、本发明借助SEM/EDS微观试验方法，对沥青混合料试件进行直接观测，根据元素分布图可直观呈现再生沥青混合料中的新旧沥青的溶合状态；
4、本发明提出的新旧沥青溶合度定量指标提取方法简单、方便并且准确；对于压实再生沥青混合料试件，可从不同层位，不同粒径集料周边获取大量数据，并据此分析再生沥青混合料中新旧沥青溶合度的变异性。
附图说明
图1为本发明实施例1中50％RAP热再生沥青混合料中新旧沥青溶合状态示意图。
图2为本发明实施例1～2中50％RAP和15％RAP掺量热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度。
具体实施方法
下面结合具体实施方式和说明书附图进一步阐明本发明的内容。
实施例1
本实施例测定热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度包括以下步骤：
步骤一：将RAP料筛分为>4.75mm和<4.75mm两档，通过燃烧法和抽提法测定旧料的级配和油石比，见表1。本实施例1使用的RAP料铣刨自沪宁高速上面层。
表1 实施例1-2RAP料级配和油石比
步骤二：将70#基质沥青加热至150℃左右，保持恒温；按质量掺量20％加入TiO2粉末，并使用高速剪切仪搅拌30min，形成均质的示踪沥青作为新沥青。
步骤三：选用石灰岩作为新集料，用以区分颜色较深的RAP集料(玄武岩)；选择AC-13为设计级配，RAP掺量为50％，根据热再生沥青混合料配合比设计，确定最佳油石比为4.9，设计级配与规范要求如表2所示；使用旋转压实仪成型直径100mm，高度63.5mm的再生沥青混合料试件，控制空隙率为4％。
表2 实施例1 50％RAP热再生沥青混合料级配和油石比
步骤四：将热再生沥青混合料试件切片，厚度为2～3mm左右；根据集料的颜色选择合适的观测区域，进行扫描电子显微镜(SEM)试验的制样。样品大小为5mm×5mm左右，使用砂纸将样品表面研磨抛光，并在高真空环境下喷洒Au/Pd粉使样品表面导电。
步骤五：进行扫描电子显微镜微观观测以及能谱仪(SEM/EDS)试验，选取RAP集料表面观测再生混合料中新旧沥青的溶合状态。分别测定硅(Si)元素、钛(Ti)元素和硫(S)元素的分布图，依次代表RAP集料，溶合沥青和全部沥青的分布情况。再借助图像处理技术得到RAP集料和溶合沥青的边界，如图1所示，可以直观的看出RAP集料表面仍有部分老化沥青未与新沥青溶合，热再生沥青混合料中新旧沥青仅发生部分溶合。
步骤六：选取新集料表面沥青胶浆区域进行EDS试验，在5个试样中，各选取4个区域进行试验，测定Ti:S质量比值fTi:S；同时测定示踪沥青中Ti:S质量比值iTi:S。根据(1)式计算50％RAP掺量热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度均值为44.5％，标准差为22.9％。可以看出，对于高RAP掺量(50％)热再生沥青混合料新旧沥青的溶合程度较低，并且具有较大的变异性。
实施例2
本实施例测定热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度包括以下步骤：
步骤一：将RAP料筛分为>4.75mm和<4.75mm两档，通过燃烧法和抽提法测定旧料的级配和油石比，见表1。本实施例2使用的RAP料铣刨自沪宁高速上面层。
步骤二：将70#基质沥青加热至150℃左右，保持恒温；按质量掺量20％加入TiO2粉末，并使用高速剪切仪搅拌30min，形成均质的示踪沥青作为新沥青。
步骤三：选用石灰岩作为新集料，用以区分颜色较深的RAP集料(玄武岩)；选择AC-13为设计级配，RAP掺量为15％，根据热再生沥青混合料配合比设计，确定最佳油石比为4.9，设计级配与规范要求如表3所示；使用旋转压实仪成型直径100mm，高度63.5mm的再生沥青混合料试件，控制空隙率为4％。
表3 实施例2 15％RAP热再生沥青混合料级配和油石比
步骤四：将热再生沥青混合料试件切片，厚度为2～3mm左右；根据集料的颜色选择合适的观测区域，进行扫描电子显微镜(SEM)试验的制样。样品大小为5mm×5mm左右，使用砂纸将样品表面研磨抛光，并在高真空环境下喷洒Au/Pd粉使样品表面导电。
步骤五：进行扫描电子显微镜微观观测以及能谱仪(SEM/EDS)试验，选取RAP集料表面观测再生混合料中新旧沥青的溶合状态。元素分布图表明15％RAP掺量的热再生沥青混合料新旧沥青溶合良好，RAP集料表面的老化沥青基本全部与新沥青溶合。
步骤六：选取新集料表面沥青胶浆区域进行EDS试验，在5个试样中，各选取4个区域进行试验，测定Ti:S质量比值fTi:S；同时测定示踪沥青中Ti:S质量比值iTi:S。根据(1)式计算15％RAP掺量热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度均值为96.7％，标准差为3.3％。可以看出，对于15％RAP掺量热再生沥青混合料新旧沥青基本完全溶合，并且溶合度也较为稳定。实施例1～2中50％RAP和15％RAP掺量热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度如图2所示。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对旧料进行预处理，将其筛分为两档，分别测定油石比和级配；所述旧料是指采用铣刨机对旧沥青路面进行铣刨处理后得到的回收料；
步骤二：将70#基质沥青加热至150℃，保持恒温；按质量掺量加入TiO2粉末，并使用高速剪切仪搅拌30min，形成均质的示踪沥青作为新沥青；采用纳米TiO2粉末对新沥青进行标记，TiO2和新沥青的质量比为1:5；
步骤三：使用新集料，用以区分RAP集料；选择AC-13为设计级配，根据热再生沥青混合料配合比设计，确定最佳油石比为4.9，使用旋转压实仪成型再生沥青混合料试件，控制空隙率为4％；
步骤四：将热再生沥青混合料试件切片，进行扫描电子显微镜试验的制样；
步骤五：进行扫描电子显微镜微观观测以及能谱仪试验，根据试验中硅元素、钛元素和硫元素的分布图确定再生沥青混合料中新旧沥青的溶合状态；
步骤六：提取新旧沥青溶合度的定量指标；根据能谱仪试验，测定再生料新集料表面沥青胶浆中示踪元素Ti与沥青特征元素S的质量比fTi:S，同时测定示踪沥青中初始的Ti:S质量比iTi:S，然后根据下式(1)计算热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度；
其中：
γ：新旧沥青溶合度；
OAC：再生混合料的最佳油石比；
Sa：旧沥青中S元素质量比；
Sv：新沥青中S元素质量比；
iTi:S：初始Ti:S的值；
fTi:S：溶合后Ti:S的值；
αn：RAP各档掺量；∑αn＝α即RAP掺量；
βn：RAP各档油石比。
2.根据权利要求1所述的一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，其特征在于：所述步骤一中旧料筛分为04.75mm和4.7513.2mm两档。
3.根据权利要求1所述的一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，其特征在于：所述步骤一中旧料油石比取燃烧法和抽提法试验测定值的平均值。
4.根据权利要求1所述的一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，其特征在于：所述步骤三中新集料为石灰岩。
5.根据权利要求1所述的一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，其特征在于：所述步骤四中微观试验的制样方法需满足SEM观测的要求，尺寸长×宽×高为：5mm×5mm×3mm；并且将样品表面研磨抛光，在高真空环境下喷洒Au/Pd粉使试样表面导电。
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