CN108375524A - 一种评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，包括升降系统、测试系统、温控系统、玻璃外罩，底座用来支撑整个机构装置。升降系统由升降控制箱、立柱、升降杆和横梁组成。升降控制箱由压头、弹簧、气阀和气压室组成。测试系统由称量装置和吊篮组成。温控系统由温度计、恒温水槽、石棉网、温度控制箱和触屏控制器组成。本发明公开了一种评价沥青老化对沥青膜阻水性能影响的试验方法、评价指标及评定标准。本发明公开了一种评价沥青老化程度对沥青膜阻水性能影响的试验方法、评价指标及评定标准。本发明不仅可以填补室内条件下关于沥青老化对沥青膜阻水性能影响的试验研究的空白，还具有试验结果可靠，参考价值较高。同时本发明设计的试验装置具有操作简便、节省人力、自动化程度高和测试效率高的特点。

Description

一种评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置及方法

技术领域

本发明属于公路工程沥青及沥青混合料试验装置技术领域，具体涉及到一种用于评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置及方法。

背景技术

近年来，随着我国公路事业的快速发展，公路总里程数不断增加，质量等级也不断提高。沥青路面因其具有很好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性、耐疲劳和行车舒适等一系列优点，故在新建或改建的公路项目中越来越备受欢迎，成为道路建设的首选材料。

然而，沥青路面在服役一定年限之后，由于长时间受到外界环境的影响，会导致沥青混合料表面沥青膜的老化，从而降低沥青膜的阻水性能，特别是在多雨季节。由于沥青膜阻水能力的减弱，会使部分雨水穿透沥青膜侵入沥青混合料内部，在集料与沥青界面形成一层水膜，而将集料和沥青膜隔离，这极大的降低沥青与集料之间的黏结能力，若处治不当，会导致沥青路面过早出现车辙、坑槽等病害，从而降低沥青路面的服务功能和使用寿命。因此由于沥青膜老化引起的沥青路面早期水损坏俨然已成为降低路面服务性能和路面结构稳定性的重要影响因素之一，逐渐引起公路行业研究者的普遍重视。

目前尚未有相关的研究人员在室内条件下从事沥青老化对沥青膜阻水性能影响的试验研究，也没有相应的评价指标作为参考。因此，针对现有研究的不足之处，本发明提了出一种用于评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置及方法，从而可以为工程实践提供切实可行的指导意见，进而达到提高沥青道路的路用性能、节约后期投资成本及延长道路使用寿命的目的。

发明内容

针对老化对沥青膜阻水性能影响问题，现有技术仍有不足之处，本发明提供一种原理简单、操作简便、测试快速并可以有效地评价沥青老化对沥青膜阻水性能影响的装置和方法。

一种可以评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，包括升降系统、测试系统、温控系统、玻璃外罩，底座用来支撑整个机构装置。

升降系统由立柱、升降控制箱、升降杆和横梁组成。

升降控制箱通过升降杆可以实现与横梁相连的测试系统沿立柱上升或下降，从而实现对沥青膜阻水性能测试试验的智能控制。

升降控制箱由压头、弹簧、气阀和气压室组成。

外界空气通过气阀可以实现对气压室的充气和排气，从而依靠气压来带动压头的上升和下降，弹簧主要起到缓冲和保护气阀避免压坏的作用。

测试系统由称量装置和吊篮组成。

称量装置可以测试吊篮中的沥青集料的质量(浸水前后)，吊篮可以盛放待测试的沥青集料，其半球形结构可以实现沥青集料与水充分接触，保证试验测得数据的可靠性。

温控系统由温度计、恒温水槽、石棉网、温度控制箱和触屏控制器组成。

位于横梁上的温度计可以用来测试恒温水槽中的水温是否为试验所需值。石棉网位于恒温水槽和温度控制箱之间，主要是保证当温度控制箱加热时恒温水槽中的水受热均匀。温度控制箱可以保证恒温水槽中的水位于某一稳定值。触屏控制器不仅可以控制温度控制箱和升降控制箱的工作状态，还可以记录称量装置测得的试验数据。

玻璃外罩可以保证整个装置在试验过程中与外界隔离形成一个透明、恒温和封闭的系统。同时，可以观察、记录老化对沥青膜阻水性能测试试验的试验现象和控制试验进程。

本发明的试验方法及评价指标：

1.沥青老化对沥青膜阻水性能影响的试验研究

(1)试验方法

取相同质量的未进行老化处理的沥青集料和经老化5h处理的沥青集料分别记为试件1和试件2。

首先，打开玻璃外罩，通过触屏控制器控制升降控制箱开始工作，此时升降控制箱通过控制升降杆的上升，进而实现与升降杆相连的测试系统沿立柱上升至合适位置，并将试件1和试件2分别放入吊篮中，记录此时称量装置反馈到触屏控制器上的读数m0。然后，升降控制箱控制整个测试系统沿立柱下降至初始位置，此时吊篮完全浸没在水中，同时通过触屏控制器控制温度控制箱开始工作并将加热温度定为25℃。再后，关闭玻璃外罩，开始进行沥青膜阻水性能的测试试验。最后，当完成浸水4h后，升降控制箱控制升降杆使测试系统上升至合适位置，静置一段时间后，当触屏控制器显示试件1和试件2的质量测试值稳定时，读取各自的浸水质量并记为m1和m2。

(2)评价指标

利用试验测定的数据计算阻水损失指数α，通过比较试验计算值与参照值的大小来反映沥青老化对沥青膜阻水性能影响的强弱程度。

其中：阻水损失指数α＝(m2-m0)/(m1-m0)。

阻水损失评定标准

阻水损失指数α	1～5	5～10	10～20	20～50	＞50
						评价指数	5	4	3	2	1
评价等级	优	良	中	差	极差

2.沥青老化程度对沥青膜阻水性能影响的试验研究

(1)试验方法

取相同质量的老化处理5h、10h、15h、20h的沥青集料分别记为试件2、试件3、试件4和试件5。

首先，打开玻璃外罩，通过触屏控制器控制升降控制箱开始工作，此时升降控制箱通过控制升降杆的上升，进而实现与升降杆相连的测试系统沿立柱上升至合适位置，并将试件分别放入吊篮中，记录此时称量装置反馈到触屏控制器上的读数m0。然后，升降控制箱控制整个测试系统沿立柱下降至初始位置，此时吊篮完全浸没在水中，同时通过触屏控制器控制温度控制箱开始工作并将加热温度定为25℃。之后，关闭玻璃外罩，开始进行沥青膜阻水性能的测试试验。最后，当完成浸水4h后，升降控制箱控制升降杆使测试系统上升至合适位置，静置一段时间后，当触屏控制器显示试件的质量测试值稳定时，读取各自的浸水质量并记为m2、m3、m4和m5。

(2)评价指标

利用试验测定的数据计算阻水损失指数β，通过比较试验计算值与参照值的大小来反映沥青老化对沥青膜阻水性能影响的强弱程度。

其中：阻水衰减系数β＝(mi-m0)/(m2-m0)(i＝3,4,5)

阻水衰减评定标准

阻水衰减系数β	0～1	1～2	2～5	5～10	＞10
						评价指数	5	4	3	2	1
评价等级	优	良	一般	差	极差

附图说明

图1为本发明整体机构图；

其中，1为底座，2为玻璃外罩，3为立柱，4为升降控制箱，5为升降杆，6为横梁，7为吊篮，8为称量装置，9为温度计，10为恒温水槽，11为石棉网，12为温度控制箱，13为触屏控制器。

图2为本发明中升降控制箱的结构示意图；

其中，4-1为压头，4-2为弹簧，4-3为气压室，4-4为气阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施一：沥青集料经5h老化处理，分析对沥青膜阻水性能影响研究

1.试件的制备

先将集料过9.5mm和13.2mm的筛，选取粒径为9.5mm～13.2mm形状规则的集料并用洁净水冲洗，再把集料置于105±5℃的干燥箱中进行烘干处理。预先加热沥青试样并控制其拌合温度，按照每100g集料加入5.5g±0.2g的比例称来取沥青，同时保证精确至0.1g，分别称取一定质量的集料1和集料2，接着分别倒入预先称取好的适量沥青的小型拌合容器中，并用金属铲分别进行均匀拌和1～1.5min，使集料完全被沥青薄膜裹覆，然后立即将裹有沥青的集料放在玻璃板上摊铺开，并在室温下冷却1h。对裹覆沥青的集料1不做处理，取质量为m0裹覆沥青的集料并记为试件1，对裹覆沥青的集料2先放置在温度为135℃±1℃的强制通风烘箱内加热5h进行老化处理，再将老化处理之后的沥青集料进行冷却，同样取质量为m0裹覆沥青的集料并记为试件2，以待后续测试沥青膜阻水性能试验使用。

2.试件的测试

试件的放置。首先，打开玻璃外罩2，通过触屏控制器13控制升降控制箱4开始工作，外界空气通过气阀4-4进入气压室4-3，随着气压室4-3气压的逐渐增加会推动压头4-1顶起升降杆5上升，进而实现与升降杆5相连的测试系统沿立柱3上升至合适位置，并将试件1和试件2分别放入吊篮7中，记录此时称量装置8反馈到触屏控制器13上的读数m0。然后，气压室4-3内的空气通过气阀4-4排出，随着气压室4-3气压的逐渐减小会使压头4-1回落，带动升降杆5下降，进而实现与升降杆5相连的测试系统沿立柱3下降至初始位置，此时吊篮7完全浸没在水中，同时通过触屏控制器13控制温度控制箱12开始工作，并将加热温度定为25℃。最后，关闭玻璃外罩2，开始进行沥青膜阻水性能的测试试验。

试件的测试。当完成浸水处理4h后，升降控制箱4控制升降杆5使测试系统上升至合适位置，静置一段时间后，当触屏控制器13显示试件1和试件2的质量测试值稳定时，读取各自的浸水质量并记为m1和m2。最后，打开玻璃外罩2取出试件，升降控制箱4控制升降杆5使测试系统下降至初始位置，关闭玻璃外罩2，结束测试试验。

3.试验结果分析

利用试验测定的数据m0、m1和m2可以计算阻水损失指数α，通过比较试验计算值与参照值的大小来反映沥青老化对沥青膜阻水性能影响的强弱程度，参照值如表1所示。

其中：阻水损失指数α＝(m2-m0)/(m1-m0)

表1阻水损失评定标准

阻水损失指数α	1～5	5～10	10～20	20～50	＞50
						评价指数	5	4	3	2	1
评价等级	优	良	中	差	极差

实施二：探究老化处理不同时长对沥青膜阻水性能的影响

1.试件的制备可参考实施案例1中试件的制备，其中，试件2、试件3、试件4和试件5需放置在温度为135℃±1℃的强制通风烘箱内分别加热5h、10h、15h和20h进行老化处理。

2.试件的测试

试验步骤可参考实施案例1中的试验步骤。其中，可在触屏控制器13上读得各试件经浸水处理后的质量并记为m2、m3、m4和m5。

3.试件结果分析

利用试验测定的数据m2、m3、m4和m5可以计算阻水衰减系数β，通过比较试验计算值与参照值的大小来反映沥青老化程度对沥青膜阻水性能影响的强弱趋势，参照值如表2所示。

其中：阻水衰减系数β＝(mi-m0)/(m2-m0)(i＝3,4,5)

表2阻水衰减评定标准

阻水衰减系数β	0～1	1～2	2～5	5～10	＞10
						评价指数	5	4	3	2	1
评价等级	优	良	一般	差	极差

Claims (8)

1.一种评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，包括升降系统、测试系统、温控系统、玻璃外罩(2)，底座(1)支撑整个机构装置。

2.根据权利要求1所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，升降系统包括立柱(3)、升降控制箱(4)、升降杆(5)和横梁(6)，其中，立柱(3)升固定于底座(1)上端，升降控制箱(4)固定于立柱(3)与升降杆(5)之间，横梁(6)固定于升降杆(5)的顶端。

3.根据权利要求1所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，测试系统包括称量装置(8)和吊篮(7)，其中，称量装置(8)固定于横梁(6)的下端，吊篮(7)悬吊于称量装置(8)上。

4.根据权利要求1所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，温控系统包括温度计(9)、恒温水槽(10)、石棉网(11)、温度控制箱(12)和触屏控制器(13)，其中，温度计(9)悬吊于横梁(6)的下端，温度控制箱(12)固定于底座(1)上端，石棉网(11)固定于温度控制箱(12)与恒温水槽(10)之间，触屏控制器(13)固定于玻璃外罩(2)外端。

5.根据权利要求1所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，玻璃外罩(2)下端固定于底座(1)上端。

6.根据权利要求2所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，升降控制箱(4)包括压头(4-1)、弹簧(4-2)、气阀(4-4)和气压室(4-3)，其中，气阀(4-4)固定于立柱(3)的顶端，弹簧(4-2)固定于立柱(3)和压头(4-1)之间，压头(4-1)顶端固定于升降杆(5)的底端，气压室(4-3)为立柱(3)和压头(4-1)形成封闭的空间。

7.根据权利要求1所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，其特征在于，称量装置(8)为天平。

8.一种评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验方法，其特征在于，基于权利要求1所述的评价老化对沥青膜阻水性能影响的试验装置，包括以下步骤：

取相同质量的未经老化处理、经老化5h、10h、15h和20h处理的沥青集料分别记为试件1、试件2、试件3、试件4和试件5。

打开玻璃外罩(2)，触屏控制器(13)控制升降控制箱(4)开始工作，此时升降控制箱(4)通过控制升降杆(5)的上升，进而实现与升降杆(5)相连的测试系统沿立柱(3)上升至合适位置，并将试件放至吊篮(7)中，记录此时称量装置(8)反馈到触屏控制器(13)上的读数m0。然后，升降控制箱(4)控制整个测试系统沿立柱(3)下降至初始位置，此时吊篮(7)完全浸没于水中，同时通过触屏控制器(13)控制温度控制箱(12)开始工作并将加热温度设置为25℃。再后，关闭玻璃外罩(2)，开始进行沥青膜阻水性能的测试试验。最后，当完成浸水4h后，升降控制箱(4)控制升降杆(5)使测试系统上升至合适位置，静置一段时间后，当触屏控制器(13)显示试件质量测试值稳定时，读取各自的浸水质量并记为m1、m2、m3、m4和m5。

根据试验测定的数据m0、m1和m2计算阻水损失指数α评估老化对沥青膜阻水性能的影响，其中α＝(m2-m0)/(m1-m0)；

根据试验测定的数m0、m2、m3、m4和m5计算阻水衰减系数β评估老化处理不同时长对沥青膜阻水性能的影响，其中β＝(mi-m0)/(m2-m0)，其中(i＝3,4,5)。