CN109596456B - 一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，包括如下步骤：一)利用水煮法对裹覆沥青的集料进行处理，计算裹覆沥青的集料在水煮后的沥青剥落率；二)利用水损害敏感性测试仪模拟路面的真实水损害方式，计算裹覆沥青的集料在动水损害后的沥青剥落率，拟合动水损害处理后的剥落率与水煮后的剥落率，得到动水损害与水煮损害后的沥青剥落率的关系式；三)利用水损害敏感性测试仪的温度、压力及次数来计算沥青路面的实际损害年限，计算实际路面不同年限下的沥青与集料的剥落率。本发明实现了通过水煮法计算沥青混凝土路面不同使用年限下的沥青与集料的剥落率，定量化计算，操作方便、成本低，测试结果可信度高、符合路面工程实际。

Description

一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法。

背景技术

在道路建筑材料领域，集料和沥青之间的粘附性能的好坏是评价沥青混合料抗水损害能力的重要指标，早期水损害是影响高等级沥青路面服役年限的重要因素。这种损坏表现形式是沥青从集料表面剥落，从而降低沥青与集料的粘结力，降低沥青路面的强度以及稳定性。因此，能够利用简单的方法对实际路面中水损害情况进行模拟，并计算沥青与集料的剥落情况，对沥青路面水损害的防治与养护具有十分重要的意义。

目前，沥青与集料剥落率主要表征沥青与集料的粘附性，分为定性表征和定量表征。定性方法主要有水煮法、水浸法等，这两种方法试验操作简单，但水煮与水浸均为净水损害方式，且温度不可控，与实际路面水损害方式吻合度不高，且实验结果人为因素较大。定量方法主要包括光电比色法、光电分光度法等，光电比色法试验结果偏大，计算获得的沥青剥膜落量还包括沥青膜在溶液中溶解的量，试验结果重现性差，操作复杂；而搅动水净吸附法重现好，外界干扰因素少，但是其技术难度大。以上几种方法从试验条件上都只能简单模拟沥青与集料在特定环境下的剥落率，无法模拟路面实际水损害情况。因此，有必要寻找一种方法，不仅能够操作简单、控制实验误差，还要真实模拟实际路面的雨水、融雪与车轮碾压作用，更好的评价沥青混凝土路面沥青与集料的粘附性。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，以定量计算沥青混凝土路面的沥青剥落率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，包括如下步骤：

一)首先利用水煮法对裹覆沥青的集料进行处理，计算裹覆沥青的集料在水煮后的沥青剥落率；

二)然后利用水损害敏感性测试仪模拟路面的真实水损害方式，计算裹覆沥青的集料在动水损害后的沥青剥落率，拟合动水损害处理后的剥落率与水煮后的剥落率，得到动水损害与水煮损害后的沥青剥落率的关系式；

三)利用水损害敏感性测试仪的温度、压力及次数来计算沥青路面的实际损害年限，分析计算实际路面不同年限下的沥青与集料的剥落率。

作为优选，所述步骤一)中，选取多个粒径在13mm～19mm且形状规则的粗集料，多个所述粗集料分别裹覆上沥青后，浸在水中沸煮3分钟后取出，计算沸煮后裹覆沥青的集料的质量损失，以此表征裹覆沥青的集料在水煮处理后的沥青剥落率。

作为优选，所述裹覆沥青的集料在水煮处理后的沥青剥落率的计算过程如下：

1)所述粗集料经过水洗烘干后，称重W₁；

2)经步骤1)烘干的多个粗集料分别悬挂并浸没于预先加热的沥青中，使粗集料中的集料颗粒完全被沥青膜包裹，然后拿出并静置一段时间，称重W₂。

3)将步骤2)中多个裹覆沥青的粗集料放入微沸的水中加热，加热过程中始终保持裹覆沥青的粗集料完全浸入水中浸煮，然后取出冷却，称重W₃。

4)裹覆沥青的粗集料经水煮后的沥青剥落率P_i的计算公式为：

P_i＝(W₂-W₃)/(W₂–W₁)

P_i为水煮法实验中第i个集料的沥青剥落率。

作为优选，所述裹覆沥青的集料在动水损害后的沥青剥落率的计算过程如下：

(1)将上述多个裹覆沥青的粗集料放入水损害敏感性测试仪内，注入纯净水，设置压力、温度与动水循环次数，待动水循环损害处理完后，取出称重W₄；

(2)多个裹覆沥青的粗集料在动水损害后的沥青剥落率L_i的计算公式为：

L_i＝(W₂–W₄)/(W₂–W₁)

L_i为动水循环损害后第i个集料的沥青剥落率。

作为优选，设置温度为40℃，压力值为40psi，动水损害循环次数为2000次，拟合水煮法的剥落率与动水损害的剥落率的对应关系如下：

L＝-106.99P³+180.41P²-100.03P+18.525

其中，L为动水损害后的沥青剥落率，P为水煮法后的沥青剥落率。

作为优选，设置温度为20℃，压力值为30psi，动水损害循环次数为2000次，拟合水煮法的剥落率与动水损害的剥落率的对应关系如下：

L＝-80.018P³+141.6P²-82.794P+16.254L

其中，L为动水损害后的沥青剥落率，P为水煮法后的沥青剥落率。

作为优选，沥青路面的实际损害年限y的计算公式如下：

y＝(a×f+b×t+c×p)/η

其中，f为动水损害次数，t为设置的温度，p为设置的压力，a＝0.004、b＝0.2、c＝0.2分别为动水损害次数、温度和压力的使用年限因子，η为水损害敏感性测试仪的动水损害真实模拟度η＝95％。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过将水煮法处理后的沥青剥落率与动水循环损害后的沥青剥落率进行曲线拟合，并建立两者之间的联系，定义动水损害的温度、压力、水损害次数三个参数对应的沥青混凝土路面水损害年限，因此实现了通过水煮法计算沥青混凝土路面不同使用年限下的沥青与集料的剥落率，操作方便、成本低，测试结果可信度高、符合路面工程实际。

附图说明

图1为本发明中一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法的水损害敏感性测试仪的动水损害原理图；

图2为本发明中一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法实施例一的动水损害的沥青剥落率与水煮法沥青剥落率的曲线拟合图(实线为原始数据线，虚线为拟合线)；

图3为本发明中一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法的实施例二的动水损害的沥青剥落率与水煮法沥青剥落率的曲线拟合图(实线为原始数据线，虚线为拟合线)。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明公开了一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，包括如下步骤：

一)首先利用水煮法对裹覆沥青的集料进行处理，计算裹覆沥青的集料在水煮后的沥青剥落率；

二)然后利用水损害敏感性测试仪(MIST)模拟路面的真实水损害方式，计算裹覆沥青的集料在动水损害后的沥青剥落率，拟合动水损害处理后的剥落率与水煮后的剥落率，得到动水损害与水煮损害后的沥青剥落率的关系式；

三)利用水损害敏感性测试仪的温度、压力及次数来计算沥青路面的实际损害年限，分析计算实际路面不同年限下的沥青与集料的剥落率。

实施例一：

步骤一)中，选取粒径在13mm～19mm且形状规则的粗集料，粗集料裹覆上沥青后，浸在水中沸煮3分钟后取出，计算沸煮后裹覆沥青的集料的质量损失，以此表征裹覆沥青的集料在水煮处理后的沥青剥落率。

裹覆沥青的集料在水煮处理后的沥青剥落率的计算过程如下：

1)将5个洗净且形状规则的粗集料(编号1^#～5^#)置于105℃±5℃的烘箱内1h，然后分别用细绳悬挂在分析天平上称重，分别测量5个粗集料的干燥质量，称重W₁。

2)向一容器中倾入适量沥青，升温至150℃，将经步骤1)烘干并系有细线的粗集料分别浸入沥青中，期间保持温度稳定在150℃附近。浸没1分钟后，使粗集料中的集料颗粒完全被沥青膜包裹，轻轻取出裹覆沥青的集料并悬挂，下方垫一张白纸，静置一段时间(30min～60min)，使多余的沥青流掉，然后悬挂在分析天平上称重，分别测量5个裹覆沥青的集料质量，称重W₂。

3)将步骤2)中裹覆沥青的粗集料放入微沸的水中加热，加热过程中始终保持裹覆沥青的粗集料完全浸入水中浸煮，3min后取出，待沥青完全滴落，在空气中干燥1h后称重W₃。

4)根据步骤1)、2)、3)所测得的W₁、W₂、W₃，分别计算5组裹覆沥青的粗集料经水煮法后的质量损失率，参见表1，以此来表征沥青在集料上的剥落率，裹覆沥青的粗集料经水煮后的沥青剥落率P_i的计算公式为：

P_i＝(W₂-W₃)/(W₂–W₁)，P_i为水煮法实验中第i个集料的沥青剥落率。

表1水煮3分钟后的沥青剥落率

本发明中一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，通过改进《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》中测定沥青与粗集料粘附性的水煮法试验，通过测量裹覆沥青的粗集料的质量损失，计算沥青的剥落率，实现了水煮法的定量分析。

裹覆沥青的集料在动水损害后的沥青剥落率的计算过程如下：

(1)将上述5组粗集料用汽油洗净至无沥青粘附，并用无水乙醇浸泡后烘干，然后重复上述步骤1)、2)，以再次得到W₁、W₂。将裹覆沥青的粗集料放入水损害敏感性测试仪(MIST)内，注入纯净水，设置温度为40℃，压力值为40psi，动水损害循环次数为2000次，待动水循环损害处理完后，取出称重W₄；

水损坏敏感性测试仪(MIST)可模拟沥青混凝土路面在动水压力下的水损害，能最大程度还原汽车轮胎在路面的动水循环过程，其工作原理参见图1，利用气压与动水循环模拟真实路面中水被轮胎先挤压进混合料空隙再被带出这一过程，其模拟真实水损害的可靠度高达95％，远高于传统浸水损害模拟的80％的可靠度。试件采用标准马歇尔试件和集料试快均可，水损坏敏感性测试仪中水损害的关键因素主要为压力、温度与动水循环损害时间。

(2)根据步骤(1)所测得的W₁、W₂、W₄，分别计算5组裹覆沥青集料样品经动水循环损害后的质量损失率，如表2所示，以此来评价沥青在集料上的剥落率,5组裹覆沥青的粗集料在动水损害后的沥青剥落率L_i的计算公式为：L_i＝(W₂–W₄)/(W₂–W₁)

L_i为动水循环损害后第i个集料的沥青剥落率。

表2 40℃、40psi、2000次动水损害后的沥青剥落率

本发明中一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，利用水损害敏感性测试仪对裹覆沥青的粗集料进行动水循环损害，这种动水损害方式更接近实际路面水损害情况，即真实模拟雨水在车轮碾压下循环冲刷沥青混合料的沥青膜，模拟度高达95％。因此测量动水循环损害下的沥青剥落率，更好地评价实际沥青混凝土路面中沥青与集料的粘附性。

沥青混凝土路面实际损害年限y的计算

将参数代入公式y＝(a×f+b×t+c×p)/η(f为动水损害次数、t为温度、p为压力，a＝0.004、b＝0.2、c＝0.2分别为动水损害次数、温度、压力的使用年限因子，η为动水损害真实模拟度)，水损害敏感性测试仪的动水损害真实模拟度η＝95％，得到温度为40℃、压力值为40psi、动水损害循环次数为2000次对应的沥青混凝土路面实际损害年限y为25.3年。

对水煮后的沥青剥落率与动水损害后的沥青剥落率进行曲线拟合，参见图2，建立水煮法沥青剥落率与动水循环损害后的沥青剥落率的关系式，通过曲线拟合发现，两者关系近似于关系式：

L＝-106.99P³+180.41P²-100.03P+18.525(P为水煮后沥青剥落率，L为沥青混凝土路面25.3年后的沥青剥落率，单位：％)

回归方程的拟合度R²＝0.9913

该式即为水煮法剥落率对应沥青混凝土路面25.3年后的沥青与集料剥落率。

本发明中一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，通过曲线拟合得到水煮法处理与动水循环损害处理的沥青剥落率的关系，可定义动水损害的参数对应的实际路面水损害年限。在实际工程应用中可以只进行水煮法沥青剥落率测试，利用两者的关系式计算动水循环损害条件下的剥落率，从而实现利用水煮法准确计算沥青混凝土路面不同水损害年限下的沥青与集料的粘附效应，该方法兼具水煮法与动水循环损害的优势，实验操作方便、成本低，测试结果可信度高、符合路面工程实际。

实施例二：

对实施例一的步骤(1)中的水损害敏感性测试仪参数设置进行改动，设置温度为20℃，压力值为30psi，动水循环损害次数为2000次，其余步骤均与实施例一的一致。将参数代入公式y＝(a×f+b×t+c×p)/η(f为动水损害次数、t为温度、p为压力，a＝0.004、b＝0.2、c＝0.2分别为动水损害次数、温度、压力的使用年限因子，η为动水损害真实模拟度)，水损害敏感性测试仪的动水损害真实模拟度η＝95％，得到温度为20℃、压力值为30psi、动水损害循环次数为2000次对应的沥青混凝土路面实际损害年限为18.9年；

水煮法的沥青剥落率参照实施例一中的表1，动水循环损害后的沥青剥落率参见表3

表3 20℃、30psi、、2000次动水损害后的沥青剥落率

对水煮后的沥青剥落率与动水损害后的沥青剥落率进行曲线拟合，建立水煮法沥青剥落率与动水循环损害后的沥青剥落率的关系式，参见图3，通过曲线拟合发现，两者关系近似于关系式：

L＝-80.018P³+141.6P²-82.794P+16.254(P为水煮后沥青剥落率，L为沥青混凝土路面18.9年后的沥青剥落率，单位：％)

回归方程的拟合度R2＝0.9962

该式即为水煮法剥落率对应沥青混凝土路面18.9年后的沥青与集料剥落率。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

一)首先利用水煮法对裹覆沥青的多个集料进行处理，分别计算得到裹覆沥青的多个集料在水煮法后的沥青剥落率；

二)然后利用水损害敏感性测试仪模拟路面的真实水损害方式，分别计算得到步骤一)中裹覆沥青的多个相同的集料在动水损害后的沥青剥落率，拟合动水损害处理后的多个剥落率与水煮后的多个剥落率，得到以动水损害为因变量、以水煮损害后的沥青剥落率为变量的关系式，其关系式为L＝αP³+βP²-θP+γ；其中，L为动水损害后的沥青剥落率，P为水煮法后的沥青剥落率；α，β，θ，和γ均为曲线拟合时的参数；

三)利用水损害敏感性测试仪的温度、压力及次数来计算沥青路面的实际损害年限，所述沥青路面的实际损害年限y的计算公式如下：y＝(a×f+b×t+c×p)/η；其中，f为动水损害次数，t为设置的温度，p为设置的压力，a＝0.004、b＝0.2、c＝0.2分别为动水损害次数、温度和压力的使用年限因子，η为水损害敏感性测试仪的动水损害真实模拟度η＝95％；即可对应路面不同实际损害年限下步骤二)所得到的沥青与集料的剥落率L。

2.根据权利要求1所述的一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，其特征在于，所述步骤一)中，选取多个粒径在13mm～19mm且形状规则的粗集料，多个所述粗集料分别裹覆上沥青后，浸在水中沸煮后取出，计算沸煮后裹覆沥青的集料的质量损失，以此表征裹覆沥青的集料在水煮处理后的沥青剥落率。

3.根据权利要求2所述的一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，其特征在于，所述裹覆沥青的集料在水煮处理后的沥青剥落率的计算过程如下：

1)所述粗集料经过水洗烘干后，称重W₁；

2)经步骤1)烘干的多个粗集料分别悬挂并浸没于预先加热的沥青中，使粗集料中的集料颗粒完全被沥青膜包裹，然后拿出并静置一段时间，称重W₂；

3)将步骤2)中多个裹覆沥青的粗集料放入微沸的水中加热，加热过程中始终保持裹覆沥青的粗集料完全浸入水中浸煮，然后取出冷却，称重W₃；

4)裹覆沥青的粗集料经水煮后的沥青剥落率P_i的计算公式为：

P_i＝(W₂-W₃)/(W₂–W₁)

P_i为水煮法实验中第i个集料的沥青剥落率。

4.根据权利要求3所述的一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，其特征在于，所述裹覆沥青的集料在动水损害后的沥青剥落率的计算过程如下：

(1)将上述多个裹覆沥青的粗集料放入水损害敏感性测试仪内，注入纯净水，设置压力、温度与动水循环次数，待动水循环损害处理完后，取出称重W₄；

(2)多个裹覆沥青的粗集料在动水损害后的沥青剥落率L_i的计算公式为：

L_i＝(W₂–W₄)/(W₂–W₁)

L_i为动水循环损害后第i个集料的沥青剥落率。

5.根据权利要求4所述的一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，其特征在于，设置温度为40℃，压力值为40psi，动水损害循环次数为2000次进行拟合。

6.根据权利要求4所述的一种沥青路面沥青与集料剥落率的计算方法，其特征在于，设置温度为20℃，压力值为30psi，动水损害循环次数为2000次进行拟合。

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