CN108918663B - 一种高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性的评价方法 - Google Patents

一种高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性的评价方法，包括以下步骤：1)在待检区域内，按各取样点的直线距离不小于0.5m，单个取样重量不小于10kg的方式均匀取样，压实，制得待测样品试件；2)以待测沥青混合料中高模量沥青改性剂的设计掺量为标准掺量，以所述设计掺量为100％计，从0％至100％均匀布置不少于6个掺量的标准值，压实，制得标准比对试件；3)采用超声检测，获得标准比对试件和待测样品试件的波速；4)根据所获得的声速判断所述待测样品试件中高模量沥青改性剂的掺量以及分散性。本发明采用超声波进行试验，试验条件简单，试验方法便于操作，评价指标真实可靠且易于计算得到。

Description

一种高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性的评价方法
技术领域
本发明涉及道路交通技术领域，具体涉及一种高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性的评价方法。
背景技术
沥青作为一种柔性高分子材料，以其优异的路用性能以及普遍的适用性在道路交通领域得以广泛应用。然而，随着我国公路里程的不断增加，车流量和轴载也随之增加，为了增加路面承载能力和使用寿命，各种改性沥青也应运而生。
其中，高模量改性沥青混合料是指模量高于其他改性沥青混合料的特种沥青混合料。目前高模量沥青混合料主要是在混合料拌和过程中掺加高模量剂以达到提高沥青混合料模量的目的。高模量沥青混合多用于重载交通、高温地区、长大纵坡路段以及机场道面，主要解决路面强度不足，沥青混合料高温性能不良而造成的车辙、拥包等变形类病害。
在实际工程项目中，可能出现由于机械故障或管理不善导致的高模量改性剂掺量与设计掺量出现偏差，或由于原材料以及拌合工艺等影响，高模量改性剂在沥青混合料中会出现分散不均匀导致混合料改性效果不良等影响。
对于高模量改性沥青混合料中高模量剂掺量和分散性能，现行规程、规范或标准并未给出一套试验检测方法。目前对于混合料中改性剂掺量基本停留在人为监控方面，而对混合料成品中的高模量剂掺量尚未有较好的检测方法。国内在高模量改性沥青混合料中高模量剂分散性测试方法方面研究甚少，仅有少数科研工作者发表相关论文文献。文献(陈雍春.高模量剂掺拌方法及掺量的研究[J].中国水运，2017(7)：370-372)提出了一种高模量沥青混合料中高模量改性剂分散性评价方法，该方法通过“染色示踪”对沥青混合料中高模量改性沥青进行荧光染色，切片后借助显微镜对沥青混合料中高模量剂进行微观观测，评价其分散性的好坏。
公开的文献中提出的高模量剂分散性评价方法多为微观测试法，测试难度大，人为影响因素较大。已公开试验手段无法在现场进行便捷高效的评价高模量剂在沥青混合料中的分散性。
发明内容
基于上述问题，本发明提出了一种高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性的评价方法。所述评价方法基于超声波在固体介质中的传播机理，提出了高模量沥青混合料中改性剂掺量及分散性试验条件、试验方法、评价指标，为高模量沥青混合料质量控制提供参考。
所述评价方法采用超声波对测法对目标混合料试件进行试验，试验条件简单，试验方法便于操作，评价指标真实可靠且易于计算得到；一种高模量沥青混合料中改性剂掺量评价方法包括以下步骤：
1)在待检区域内，按各取样点的直线距离不小于0.5m，单个取样重量不小于10kg的方式均匀取样，再将取得的沥青混合料样品经压实后，制得n个获得待测样品试件；
2)以待测沥青混合料中高模量沥青改性剂的设计掺量为标准掺量，配以除所述高模量沥青改性剂外的所述高模量沥青混合料的全部物料；以所述设计掺量为100％计，从0％至100％均匀布置不少6个掺量的标准值，按步骤1)相同的方法压实后，制得不同掺量的标准比对试件；
3)将所述标准比对试件和所述待测样品试件分别采用超声检测，分别获得所述标准比对试件的声速为Vb0～Vb1，及其所述待测样品试件的声速V1～Va，并计算所述n个待测样品试件的声速的平均值Vm；
4)根据步骤3)中所述的Vm在Vb0～Vb1中的区间值，判断所述待测样品试件中高模量沥青改性剂的掺量。
其中，所述超声检测具体在室温条件下(25℃)进行。
本发明提供一种高模量改性沥青混合料的分散性的评价方法，包括上述步骤1)～步骤3)；仅步骤4)不同；
4)根据步骤3)中所述待测样品试件的声速，采用如下公式计算分散系数，判断所述待测样品试件高模量沥青改性剂的分散性：
Figure BDA0001606408430000031
式中：
Vmd—分散性系数；
Vmax—所有待测样品试件中取样点平均声速的最大值，m/s；
Vmin—所有待测样品试件中每个取样点平均声速的最小值，m/s；
Vm—所有待测样品试件的声速的平均值，m/s。
本发明所述的评价方法主要针对高模量改性沥青混合料，尤其的模量提升越大，检测效果越突出。尤其是当所述高模量沥青混合料的模量不低于14000MPa(15℃、10Hz)，检测更为准确。
本发明所述的标准比对试件具体根据待检测样品的设计配比进行制备的。所述设计掺量具体为配合比设计报告中详细记录的掺量类型和掺量配比为标准掺量。即标准比对试件和待检测样品的原料是完全相同的；仅是高模量改性剂掺量的比例不同，其他成分所采用的重量及配比与待检测样品一致。上述0％～100％中0％是不添加高模量改性剂，100％为高模量改性剂掺量为设计值；若所述设计掺量占所述高模量沥青混合料总质量的0.6％，则100％即为所述高模量沥青混合料总质量的0.6％。
本发明进一步提出的，所述压实具体为：将取样的混合料或配制的混合料，压实成型为大型马歇尔试件；
优选地，所述试件空隙率为设计目标的空隙率±0.2％。所述设计目标具体指待检测样品的设计情况。比如所述待检测样品在设计报告中详细记录制备成的空隙率为4，则所述试件的空隙率制成4±0.2％；一般情况，所述待检测样品为混合料。
其中，所述马歇尔试件尺寸为152.4mm×95.3mm
优选地，采用旋转压实仪进行压实成型。
本发明进一步提出的，所述待测样品试件检测前维持出料温度。
其中，出料温度为175-180℃；可采用如下方式维持温度：将所述待测样品试件分别置入恒温烘箱内保温30min。
本发明进一步提出的，所述取样点不少于9个；
优选地，所述步骤1)中每个取样点的成型的试件数量不低于3个。
优选地，每个取样点的声速平均值为Vn。即每个取样点测得的声速计算平均值，分别为V1、V2、V3······Vn。
所述Vm采用如下公式计算得到：
Figure BDA0001606408430000041
式中：
Vm—平均声速，m/s；
Vn—每个取样点的声速平均值，m/s；
n—取样点的数量。
通过比对Vm与Vb0～Vb1的数值，可以确定高模量改性剂掺量区间。
本发明所述的分散性评价方法中的步骤4)，通过分散性系数可以将高模量改性沥青混合料高模量剂分散性区分为三个区间，如下表所示：
表1改性沥青混合料分散性系数参照表
V<sub>md</sub> 0～0.1 0.1～0.2 ≥0.2
高模量剂分散性 良好 一般 差
本发明进一步提出的，所述步骤1)还包括验证，所述验证具体为：检测所有待测样品试件的密度值，所述密度值的数值差异不大于5％，判断所述待测样品试件可用；若数值大于5％时，判断所述待测样品试件不可用，需重新取样，重复步骤1)；
优选地，采用核子密度仪检测密度值。
优选地，每个待测样品试件波速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件。
本发明进一步提出的，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
本发明提供一种优选方案，所述的评价方法，包括以下步骤：
1)在待检区域内，按各取样点的直线距离不小于0.5m，取样重量不小于10kg的方式均匀取样，再将取得的沥青混合料样品经压实后，制得n个待测样品试件；所述取样点不低于9个；每个取样点成型的试件数量不低于3个，每个取样点成型的试件空隙率为设计目标的空隙率±0.2％；
检测所有待测样品试件的密度值，所有待测样品试件密度的数值差异不大于5％；
2)以待测沥青混合料中高模量沥青改性剂的设计掺量为标准掺量，配以除所述高模量沥青改性剂外的所述高模量沥青混合料的全部物料；以所述设计掺量为100％计，从0％至100％均匀布置不少6个掺量的标准值，按步骤1)相同的方法压实后，制得不同掺量的标准比对试件；
3)将所述标准比对试件和所述待测样品试件分别采用超声检测，分别获得所述标准比对试件的声速为Vb0～Vb1，及其所述待测样品试件的声速V1～Vn，并计算n个所述待测样品试件的声速的平均值Vm；
4)根据步骤3)中所述的Vm在Vb0～Vb1中的区间值，判断所述待测样品试件中高模量沥青改性剂的掺量；
或，4)根据步骤3)中所述待测样品试件的声速，采用如下公式计算分散性系数，判断所述待测样品试件高模量沥青改性剂的分散性：
Figure BDA0001606408430000061
式中：
Vmd—分散性系数；
Vmax—所有待测样品试件中取样点平均声速的最大值，m/s；
Vmin—所有待测样品试件中取样点平均声速的最小值，m/s；
Vm—所有待测样品试件的声速的平均值，m/s。
本发明至少具有如下有益效果：
1)可以对某一批次高模量改性沥青混合料的高模量改性剂掺量及分散性进行快速无损检测，较其他微观测试法节约时间和成本。
2)试件成型简单，不需要其他辅助材料和仪器设备，试验仪器较为普遍，绝大多数实验室都具备。
3)本发明准确率高、功耗低，便于携带、方便操作，节约人力物力。
附图说明
图1为待检测混合料的取样点图示；
图2为试件测点的示意图。
具体实施方式
为了更加形象地释义本试验方法，结合附图说明和实施例对本发明的内容进行进一步的阐释。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本试验采用AC-13密级配沥青混合料级配，所使用高模量剂为法国的PR FLEXModule高模量添加剂，其中改性剂掺量比例为高模量沥青混合料总质量的0.6％(设计掺量)。
如下实施例采用如下仪器：
1、采用旋转压实仪将待测样品试件和标准比对试件压实成型为大型马歇尔试件；尺寸为152.4mm×95.3mm(空隙率4％，为目标设计空隙率)；
2、采用核子密度仪检测密度；
3、采用非金属超声波检测仪测得声波。
实施例1
本实施例提供一种高模量沥青混合料中改性剂掺量的评价方法，包括以下步骤：
1)在待检区域内，按各取样点的直线距离为0.5m，取样重量为10kg的方式均匀取样，再将取得的沥青混合料样品经压实后，制得待测样品试件；所述待测样品试件的取样点不低于9个(如图1所示)；每个取样点的取样数量不低于3个，每个取样点的取样空隙率为4±0.2％；
检测所有待测样品试件的密度值，所述密度值的数值差异不大于5％，判断所述待测样品试件可用；若数值大于5％时，判断所述待测样品试件不可用，需重新取样；其中，每个待测样品试件波速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件(如图2所示)；
2)以待测沥青混合料中高模量沥青改性剂的设计掺量为标准掺量，配以除所述高模量沥青改性剂外的所述高模量沥青混合料的全部物料；以所述设计掺量为100％计，从0％、20％、40％、50％、60％、100％布置6个掺量的标准值，按步骤1)相同的方法压实后，制得不同掺量的标准比对试件；
3)将所述标准比对试件和所述待测样品试件分别采用超声检测，分别获得所述标准比对试件的声速为Vb0、Vb0.2、Vb0.4、Vb0.6、Vb0.8、Vb1，及其所述待测样品试件的声速V1～Vn，并计算所述待测样品试件的声速的平均值Vm；
4)根据步骤3)中所述的Vm在Vb0～Vb1中的区间值，判断所述待测样品试件中高模量沥青改性剂的掺量；
所述Vm采用如下公式计算得到：
Figure BDA0001606408430000081
式中：
Vm—平均声速，m/s；
Vn—每个取样点的声速平均值，m/s；
n—取样的数量。
通过比对Vm与Vb0～Vb1的数值，可以确定高模量剂掺量区间。
通过料车实际取样测算出的数据如下表所示：
表2
Figure BDA0001606408430000082
表3
参数 V<sub>b0</sub> V<sub>b0.2</sub> V<sub>b0.4</sub> V<sub>b0.6</sub> V<sub>b0.8</sub> V<sub>b1</sub>
声速(m/s) 2889.67 3155.33 3376.67 3533.67 3661.33 3855.33
由上表数据可以看出Vm∈(Vb0.8，Vb1)，且与Vb1更加接近，因此，所测区域高模量剂掺量在设计掺量的80％与100％之间且更加靠近100％；
实施例2
本实施例提供一种高模量沥青混合料分散性的评价方法，包括实施例1中的步骤1)～步骤3)；
4)根据步骤3)中所述待测样品试件的声速，采用如下公式计算分散系数，判断所述待测样品试件高模量沥青改性剂的分散性：
Figure BDA0001606408430000091
式中：
Vmd—分散性系数；
Vmax—所有待测样品试件中取样点平均声速的最大值，m/s；
Vmin—所有待测样品试件中取样点平均声速的最小值，m/s；
Vm—所有待测样品试件的声速的平均值，m/s。
Vmd为0.0645∈(0～0.1)，说明其高模量改性剂分散性良好。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (44)

1.一种高模量沥青混合料中改性剂掺量的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在待检区域内，按各取样点的直线距离不小于0.5m，单个取样重量不小于10kg的方式均匀取样，再将取得的沥青混合料样品经压实后，制得n个待测样品试件；
2)以待测沥青混合料中高模量沥青改性剂的设计掺量为标准掺量，配以除所述高模量沥青改性剂外的所述高模量沥青混合料的全部物料；以所述设计掺量为100％计，从0％至100％均匀布置不少于6个掺量的标准值，按步骤1)相同的方法压实后，制得不同掺量的标准比对试件；
3)将所述标准比对试件和所述待测样品试件分别采用超声检测，分别获得所述标准比对试件的声速为Vb0～Vb1，及其所述待测样品试件的声速V1～Vn，计算所述n个待测样品试件的声速的平均值Vm；
4)根据步骤3)中所述的Vm在Vb0～Vb1中的区间值，判断所述待测样品试件中高模量沥青改性剂的掺量。
2.一种高模量改性沥青混合料的分散性的评价方法，其特征在于，包括权利要求1中所述的步骤1)～步骤3)；
4)根据步骤3)中所述待测样品试件的声速，采用如下公式计算分散性系数，判断所述待测样品试件高模量沥青改性剂的分散性：
Figure FDA0002589402800000011
式中：Vmd—分散性系数；Vmax—所有待测样品试件中取样点平均声速的最大值，m/s；Vmin—所有待测样品试件中每个取样点平均声速的最小值，m/s；Vm—所有待测样品试件的声速的平均值，m/s。
3.根据权利要求1或2所述的评价方法，其特征在于，所述压实具体为：将取样的混合料或配制的混合料，压实成型为大型马歇尔试件。
4.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述试件的空隙率为设计目标的空隙率±0.2％。
5.根据权利要求4所述的评价方法，其特征在于，采用旋转压实仪进行压实成型。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的评价方法，其特征在于，所述待测样品试件检测前，在175-180℃温度下保温。
7.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述待测样品试件检测前，在175-180℃温度下保温。
8.根据权利要求1、2、4、5或7所述的评价方法，其特征在于，所述取样点不少于9个。
9.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述步骤1)中每个取样点成型的试件数量不低于3个。
10.根据权利要求9所述的评价方法，其特征在于，Vn代表每个取样点所成型的试件的声速平均值。
11.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述取样点不少于9个。
12.根据权利要求11所述的评价方法，其特征在于，所述步骤1)中每个取样点成型的试件数量不低于3个。
13.根据权利要求12所述的评价方法，其特征在于，Vn代表每个取样点所成型的试件的声速平均值。
14.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，所述取样点不少于9个。
15.根据权利要求14所述的评价方法，其特征在于，所述步骤1)中每个取样点成型的试件数量不低于3个。
16.根据权利要求15所述的评价方法，其特征在于，Vn代表每个取样点所成型的试件的声速平均值。
17.根据权利要求1、2、4、5、7、9-16任一项所述的评价方法，其特征在于，所述步骤2)还包括验证，所有待测样品试件密度的数值差异不大于5％。
18.根据权利要求17所述的评价方法，其特征在于，采用核子密度仪检测密度值。
19.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述步骤2)还包括验证，所有待测样品试件密度的数值差异不大于5％。
20.根据权利要求19所述的评价方法，其特征在于，采用核子密度仪检测密度值。
21.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，所述步骤2)还包括验证，所有待测样品试件密度的数值差异不大于5％。
22.根据权利要求21所述的评价方法，其特征在于，采用核子密度仪检测密度值。
23.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述步骤2)还包括验证，所有待测样品试件密度的数值差异不大于5％。
24.根据权利要求23所述的评价方法，其特征在于，采用核子密度仪检测密度值。
25.根据权利要求1、2、4、5、7、9-16、18-24任一项所述的评价方法，其特征在于，每个待测样品试件声速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件。
26.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，每个待测样品试件声速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件。
27.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，每个待测样品试件声速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件。
28.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，每个待测样品试件声速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件。
29.根据权利要求17所述的评价方法，其特征在于，每个待测样品试件声速的检测点不少于5个，且均匀分布于所述待测样品试件。
30.根据权利要求1、2、4、5、7、9-16、18-24、26-29任一项所述的评价方法，其特征在于，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
31.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
32.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
33.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
34.根据权利要求17所述的评价方法，其特征在于，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
35.根据权利要求25所述的评价方法，其特征在于，所述超声检测具体为：在所述待测样品试件和标准样品试件的下表面待测位置涂抹耦合剂，静置45-60s后，将超声波探头紧贴在待测位置表面，测得声速。
36.根据权利要求1或2所述的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在待检区域内，按各取样点的直线距离不小于0.5m，取样重量不小于10kg的方式均匀取样，再将取得的沥青混合料样品经压实后，制得n个待测样品试件；所述取样点不低于9个，每个取样点的取样数量不低于3个，每个取样点成型的试件空隙率为设计目标的空隙率±0.2％；
检测所有待测样品试件的密度值，所有待测样品试件密度的数值差异不大于5％；
2)以待测沥青混合料中高模量沥青改性剂的设计掺量为标准掺量，配以除所述高模量沥青改性剂外的所述高模量沥青混合料的全部物料；以所述设计掺量为100％计，从0％至100％均匀布置不少于6个掺量的标准值按步骤1)相同的方法压实后，制得不同掺量的标准比对试件；
3)将所述标准比对试件和所述待测样品试件分别采用超声检测，分别获得所述标准比对试件的声速为Vb0～Vb1，及其所述待测样品试件的声速V1～Vn，计算所述n个待测样品试件的声速的平均值Vm；
4)根据步骤3)中所述的Vm在Vb0～Vb1中的区间值，判断所述待测样品试件中高模量沥青改性剂的掺量；
或，4)根据步骤3)中所述待测样品试件的声速，采用如下公式计算分散系数，判断所述待测样品试件高模量沥青改性剂的分散性：
Figure FDA0002589402800000051
式中：Vmd—分散性系数；Vmax—所有待测样品试件中取样点平均声速的最大值，m/s；Vmin—所有待测样品试件中每个取样点平均声速的最小值，m/s；Vm—所有待测样品试件的声速的平均值，m/s。
37.根据权利要求1、2、4、5、7、9-16、18-24、26-29、31-35任一项所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
38.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
39.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
40.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
41.根据权利要求17所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
42.根据权利要求25所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
43.根据权利要求30所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
44.根据权利要求36所述的评价方法，其特征在于，所述高模量改性沥青混合料的模量不低于14000MPa。
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