CN109490192A - 一种沥青与粗集料黏附性的试验方法 - Google Patents

一种沥青与粗集料黏附性的试验方法 Download PDF

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孙光旭
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    • G01N19/04—Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating

Abstract

本发明公开了一种沥青与粗集料黏附性的试验方法。包括以下步骤：准备试验用沥青胶结料及符合要求的5颗粗集料样品，利用分析天平称取粗集料质量M1～M5，并利用3D面积测定仪对粗集料进行扫描得到其表面积A1～A5，然后将集料加热烘干后浸入预先加热至流淌状态的沥青胶结料中，使沥青胶结料充分裹覆粗集料后拿出；待集料表面的沥青膜固化后，逐个用线提起样品，等待样品完全凝固后再放入自制仪器进行冲刷水煮试验。试验后再次称量样品质量M′1～M′5，并通过公式计算粗集料样品表面仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度。本发明克服了水煮法人为因素影响较大和评价指标不定量的缺陷，也避免了质量损失法中将未参与集料裹覆的自由沥青也计算成水煮质量损失而引起的不可预估的试验误差。

Description

一种沥青与粗集料黏附性的试验方法
技术领域
本发明涉及一种沥青与粗集料黏附性的试验方法，属于公路沥青混合料试验技术领域。
背景技术
沥青路面自诞生之日起，凭借着其良好的行车舒适性、抗滑性能和低噪音等一系列优点，在我国获得了长足的发展。但沥青路面发展过程中一直存在着早期损坏的现象，水损害是造成沥青路面早期损坏的主要原因之一。沥青路面的水损害是指沥青路面在有水存在的条件下，经过行车荷载和温度胀缩的反复作用，水分逐步侵入到沥青与集料界面上，在动水作用下，沥青膜逐渐的从集料表面剥离，最终导致沥青与集料之间的黏结力丧失而发生的路面破坏过程。因此，沥青胶结料与集料之间的黏附性是评价沥青路面抗水损害性能的关键因素。
黏附性是指沥青膜在集料表面的附着和抗剥落能力。工程中常用水煮法检测沥青与集料的黏附性，但该方法具有人为因素影响较大和评价指标不定量的缺陷。质量损失法是在水煮法的基础上改进而来的评价方法，该方法虽然提出了以定量指标来评价沥青与集料的黏附性，但仍存在较大的不可避免的试验误差。比如将浸入沥青胶结料中的粗集料取出静置后，一般浸泡后的粗集料表面均存在不同程度多余的自由沥青，这部分自由沥青未参与结构沥青与集料的裹覆作用，但是在该方法中会被计算到损失的质量中，从而引起不可预估的试验误差。因此质量损失指标也无法准确评价黏附性的优劣。
沥青膜厚度是体现沥青与集料的黏附性的关键因素，因此本发明采用冲刷水煮试验后粗集料表面仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度作为评价指标，可以定量地评价沥青与集料的黏附性，更符合沥青与集料界面黏附机理。同时，采用自制冲刷水煮测试仪模拟实际路面所受的动水作用，更符合工程实际情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种试验方法，该试验方法可以有效地反映沥青与粗集料的界面黏附机理，可更好的模拟路面的实际工作情况。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于包括以下几个步骤：
1)随机选取5颗粗集料样品，将粗集料样品放入烘箱加热烘干；
2)将加热后的粗集料样品从烘箱中取出并冷却至室温，再将样品放入3D面积测定仪的托盘中，点击测量，对粗集料样品进行扫描，得到每颗粗集料样品的表面积，分别记为A1～A5；
3)将扫描后的粗集料样品从3D面积测定仪中取出，并利用细线将样品系牢，放入分析天平上称取，得到粗集料样品的质量，分别为M1～M5；
4)准备约350g的沥青胶结料，测得沥青胶结料的密度ρ，并将沥青胶结料放入烘箱，在一定温度下加热至流淌状态；
5)将粗集料样品逐颗浸入预先加热融化待评价的沥青胶结料中60～80s，使粗集料被沥青胶结料完全裹覆，再将粗集料从沥青胶结料中移除，待表面多余的沥青胶结料流净后在常温下继续冷却15min；
6)向自制冲刷水煮测试仪的水浴缸中倒入大约110L的蒸馏水，调节水温，等待水温稳定，使蒸馏水保持微沸状态；
7)水温稳定后，将表面裹覆沥青胶结料的所有粗集料样品系在自制的支架挂钩上，再将支架放入水浴缸中，开启抽水开关，进行冲刷水煮试验3min；
8)将冲刷水煮后的粗集料样品从水浴缸中拿出晾干，晾干后从挂钩上卸下，称重，得到粗集料样品冲刷水煮试验后的质量，为M′1～M′5；
9)通过如下公式计算得到冲刷水煮试验后粗集料样品表面仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度平均值H，作为沥青与粗集料黏附性的评价指标：
H1～H5为每颗粗集料样品的沥青膜厚度，公式I为计算单颗粗集料样品的沥青膜厚度，公式II为计算5颗粗集料样品的平均沥青膜厚度。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤1)中所述的粗集料样品粒径为13.2～19mm，每组样品5颗，烘干温度为100±5℃。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤3)中所述的3D面积测定仪可一次测定5个粗集料样品，在所测得图像中选中单个样品，可获得单个样品的表面积。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤4)中所述的沥青胶结料密度测定方法依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0603-2011中的要求。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤4)中所述的沥青胶结料加热温度，基质沥青为160±5℃，改性沥青170±5℃。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤6)中所述的自制冲刷水煮测试仪外观上分为水浴缸和仪器控制面板两个部分。水浴缸尺寸为700mm×500mm×400mm，水浴缸固定在测试仪内部，不可拆卸。水浴缸体内部设置U型加热圈，与水体接触。仪器控制面板含有温度调节装置、抽水开关和仪器开关三个部分。温度调节装置可设置水体加热温度，温度调节范围为25～100℃；抽水开关控制抽水系统启停；仪器开关控制仪器启停。
根据权利要求6所述的自制冲刷水煮测试仪，其特征在于：仪器工作系统分为加热和抽水两个部分。加热部分为3个U型加热圈，加热圈与加热控制器所连接，并含有过热保护装置。当水体温度升至100℃时，过热保护装置启动，仪器自动关闭。抽水部分为水管、抽水控制器和小型加压器组成。抽水控制器控制水体流速，水流速度设置为0.75m/s，速度不可更改；水管控制水流方向；小型加压器可增加水体压力，从而增加水体流速，防止水体流速降低。仪器设置抽水装置目的是为了模仿路面在行车荷载作用下进入路面内部的水体所产生的动水压力作用，使试验更符合路面实际情况。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤6)中所述的蒸馏水加入量为加入到支架上刻度线以上30～40mm处。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤6)中所述的加热至微沸状态，一般为90℃。不同地区气压不同，使水体微沸温度不同，试验前可调节温度，达到试验需求。
根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤7)中所述的自制的支架尺寸为500mm×300mm×500mm，包括支承架、上下刻度线、载物板和挂钩。上下刻度线为粗集料所在支架位置范围，上刻度线位于支撑架300mm处，下刻度线位于支撑架100mm处，载物板固定于支承架上部，挂钩焊接于载物板下部，细线系于挂钩上。
本发明的有益效果为：本发明通过测量冲刷水煮试验后粗集料表面仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度，较为直观地反映沥青与集料界面的黏附状况，从而定量地评价沥青与集料的黏附性能。相较于其它沥青与集料黏附性试验来说，本试验方法是通过围绕剩余结构沥青膜厚度是影响沥青与集料黏附性的关键因素这一主要作用机理而进行的，试验结果更为定量和客观，减少了因人为或其它因素引起的试验误差，比如通过目测来判断黏附性等级以及在计算结构沥青剥落质量损失时无法区分多余的自由沥青质量等。同时，本发明采用动水循环系统，模拟实际路面在行车荷载作用下产生的动水压力或孔隙水反复冲刷，从而造成沥青膜从集料表面剥落的状态，更符合工程实际情况。
附图说明
图1为粗集料进行冲刷水煮试验前裹覆的沥青膜厚度，包括冲刷水煮试验后仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度DA1、冲刷水煮试验中剥落的结构沥青膜厚度DA2和冲刷水煮试验中剥落的自由沥青膜厚度DA3。
图2为粗集料进行冲刷水煮试验后仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度(DA1)。
图3为正立面支架结构示意图。
其中1为裹覆沥青胶结料的粗集料，2为细线，3为挂钩，4为刻度线，5为支撑柱，6为载物板。
图4为侧立面支架结构示意图。
图5为自制仪器结构示意图。
其中7为水浴缸，8为仪器控制面板。
图6为自制仪器内部结构示意图。
其中9为U型加热圈，10加热控制器，11为抽水控制器，12为水管，13为小型加压器。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种沥青与粗集料黏附性的试验方法，采用的材料和仪器包括：1、5颗直径在13.2～19mm大小的石灰岩粗集料；2、350g基质沥青；3、分析天平；4、3D面积测定仪和软件处理系统；5、烘箱，加热温度可达200℃；6、细线；7、500ml烧杯，用于盛放沥青；8、110L蒸馏水；9、自制冲刷水煮仪器；10、自制支架。11、沥青密度测量相关材料和仪器依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0603-2011中的要求。
1)将选取好的5颗粗集料样品放入烘箱加热烘干；
2)将加热后的粗集料样品从烘箱中取出并冷却至室温，再将样品放入3D面积测定仪的托盘中，点击测量，对粗集料样品进行扫描，使用鼠标选中一颗样品，可得该样品表面积A1，重复以上步骤，可得其余四种样品的表面积，分别记为A2～A5；
3)将扫描后的粗集料样品从3D面积测定仪中取出，并利用细线将样品系牢，放入分析天平上称取，得到粗集料样品的质量，分别为M1～M5；
4)将350g基质沥青倒入烧杯中，在160℃的烘箱中加热至流淌状态；
5)依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0603-2011中的测试方法测量出该基质沥青的密度ρ；
6)将粗集料样品逐颗浸入预先加热融化后的基质沥青胶结料中60～80s，使粗集料被沥青胶结料完全裹覆，再将粗集料从沥青胶结料中移除，待表面多余的沥青胶结料流净后在常温下继续冷却15min；
7)将110L的蒸馏水倒入自制冲刷水煮测试仪的水浴缸中，打开仪器开关，并设置温度为90℃，等待水温稳定，使蒸馏水保持微沸状态；
8)水温稳定后，将表面裹覆沥青胶结料的所有粗集料样品系在自制的支架挂钩上，再将支架放入水浴缸中；
9)开启抽水开关，进行冲刷水煮试验3min；
10)冲刷水煮试验后，将粗集料样品从水浴缸中拿出晾干，晾干后从挂钩上卸下，称重，得到粗集料样品冲刷水煮试验后的质量，为M′1～M′5；
11)通过公式I和公式II计算出粗集料样品表面在冲刷水煮试验后仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度平均值H评价粗集料的黏附性，具体结果如表1：
表1粗集料样品沥青膜厚度
为使试验具有对比性，采用质量损失法进行对比试验，质量损失法中涉及的水煮试验步骤依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0616-1993中的要求，粗集料样品来源与本发明实例相同，样品粒径同为13.2～19mm，样品数量为5个；沥青与本发明实例相同，采用同一生产批次的基质沥青。其试验结果如表2：
表2粗集料样品质量损失
本试验方法通过围绕剩余结构沥青膜厚度是影响沥青与集料黏附性的关键因素这一主要作用机理而进行的，粗集料的黏附性主要通过集料表面所黏附的结构沥青所体现，本发明利用粗集料表面结构沥青膜厚度来表征其黏附性，更符合其黏附性机理。因沥青膜厚度较小，在称取质量时，空气流动和其他扰动便可导致数值变动，本发明采用分析天平，进一步避免其它因素所造成的误差，并可获得精准质量参数。同时，采用3D面积测定仪测量粗集料样品的表面积，可全方位扫描粗集料表面，自动生成数据，使所得数据更加精准。本试验采用水煮加冲刷两者结合试验方法，使试验环境更加恶劣，同时也模拟路面所受动水压力作用。
从试验结果来看，采用水煮法前后的质量损失评价粗集料黏附性的试验数据波动较大，变异系数为15.1％，而采用本发明所测得沥青膜厚度波动较小，变异系数仅为7.53％，5组样品沥青膜的平均厚度为7.82μm。与传统试验相比，本发明涉及的粗集料评价黏附性的试验方法更符合实际道路使用状况，测试准确性较高，变异性更小，试验误差大大减少。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于包括以下几个步骤：
1)随机选取5颗粗集料样品，将粗集料样品放入烘箱加热烘干；
2)将加热后的粗集料样品从烘箱中取出并冷却至室温，再将样品放入3D面积测定仪的托盘中，点击测量，对粗集料样品进行扫描，得到每颗粗集料样品的表面积，分别记为A1～A5；
3)将扫描后的粗集料样品从3D面积测定仪中取出，并利用细线将样品系牢，放入分析天平上称取，得到粗集料样品的质量，分别为M1～M5；
4)准备约350g的沥青胶结料，测得沥青胶结料的密度ρ，并将沥青胶结料放入烘箱，在一定温度下加热至流淌状态；
5)将粗集料样品逐颗浸入预先加热融化待评价的沥青胶结料中60～80s，使粗集料被沥青胶结料完全裹覆，再将粗集料从沥青胶结料中移除，待表面多余的沥青胶结料流净后在常温下继续冷却15min；
6)向自制冲刷水煮测试仪的水浴缸中倒入大约110L的蒸馏水，调节水温，等待水温稳定，使蒸馏水保持微沸状态；
7)水温稳定后，将表面裹覆沥青胶结料的所有粗集料样品系在自制的支架挂钩上，再将支架放入水浴缸中，开启抽水开关，进行冲刷水煮试验3min；
8)将冲刷水煮后的粗集料样品从水浴缸中拿出晾干，晾干后从挂钩上卸下，称重，得到粗集料样品冲刷水煮试验后的质量，为M′1～M′5；
9)通过如下公式计算得到冲刷水煮试验后粗集料样品表面仍能裹覆的剩余结构沥青膜厚度平均值H，作为沥青与粗集料黏附性的评价指标：
H1～H5为每颗粗集料样品的沥青膜厚度，通过公式I计算单颗粗集料样品的沥青膜厚度，通过公式II计算5颗粗集料样品的平均沥青膜厚度。
2.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤1)中所述的粗集料样品粒径为13.2～19mm，每组样品5颗，烘干温度为100±5℃。
3.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤3)中所述的3D面积测定仪可一次测定5个粗集料样品，在所测得图像中选中单个样品，可获得单个样品的表面积。
4.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤4)中所述的沥青胶结料密度测定方法依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0603-2011中的要求。
5.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤4)中所述的沥青胶结料加热温度，基质沥青为160±5℃，改性沥青170±5℃。
6.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤6)中所述的自制冲刷水煮测试仪外观上分为水浴缸和仪器控制面板两个部分。水浴缸尺寸为700mm×500mm×400mm，水浴缸固定在测试仪内部，不可拆卸。水浴缸体内部设置U型加热圈，与水体接触。仪器控制面板含有温度调节装置、抽水开关和仪器开关三个部分。温度调节装置可设置水体加热温度，温度调节范围为25～100℃；抽水开关控制抽水系统启停；仪器开关控制仪器启停。
7.根据权利要求6所述的自制冲刷水煮测试仪，其特征在于：仪器工作系统分为加热和抽水两个部分。加热部分为3个U型加热圈，加热圈与加热控制器所连接，并含有过热保护装置。当水体温度升至100℃时，过热保护装置启动，仪器自动关闭。抽水部分为水管、抽水控制器和小型加压器组成。抽水控制器控制水体流速，水流速度设置为0.75m/s，速度不可更改；水管控制水流方向；小型加压器可增加水体压力，从而增加水体流速，防止水体流速降低。仪器设置抽水装置目的是为了模仿路面在行车荷载作用下进入路面内部的水体所产生的动水压力作用，使试验更符合路面实际情况。
8.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤6)中所述的蒸馏水加入量为加入到支架上刻度线以上30～40mm处。
9.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤6)中所述的加热至微沸状态，一般为90℃。不同地区气压不同，使水体微沸温度不同，试验前可调节温度，达到试验需求。
10.根据权利要求1所述的沥青与粗集料黏附性的试验方法，其特征在于：步骤7)中所述的自制的支架尺寸为500mm×300mm×500mm，包括支承架、上下刻度线、载物板和挂钩。上下刻度线为粗集料所在支架位置范围，上刻度线位于支撑架300mm处，下刻度线位于支撑架100mm处，载物板固定于支承架上部，挂钩焊接于载物板下部，细线系于挂钩上。
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