CN111122725A - 一种老化沥青性能恢复评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种老化沥青性能恢复评价方法,主要通过对再生沥青混合料进行分层萃取,并利用凝胶渗透色谱对分层萃取得到的各层沥青进行定量检测其大分子LMS含量,经过对比分析确定老化沥青性能的恢复程度。该方法测试时间短,操作简单,精度高,同时可以模拟沥青混合料在使用过程中发生的沥青老化过程,可以更好、更准确地评价出老化沥青的性能恢复程度,为沥青路面的再生沥青提供新的方法和参数。
Description
技术领域
本发明属于沥青路面领域,特别涉及一种老化沥青性能恢复评价方法。
背景技术
截至2018年年底,我国高速公路总里程达14.3万公里,二级及以上等级公路总里程为64.78万公里。据此估算我国每年产生至少2亿吨的废旧沥青回收料即铣刨料(RAP),合理再生利用这些RAP料具有巨大的经济、社会和生态效益。沥青混合料热再生技术是RAP常用的再生技术。热再生技术通常需要加入再生剂或者新沥青来改善再生沥青的性能,其性能评价主要通过软化点、针入度和黏度等指标来评价。然而,现有评价指标即使全部合格,再生沥青混凝土路面更加容易出现开裂、松散、坑槽等病害,因此,急需要新的评价指标来优化控制再生沥青的性能。
本发明拟采用凝胶渗透色谱法,提出K值来控制再生沥青的性能。凝胶渗透色谱是基于体积排阻的分离机理,通过具有分子筛性质的固定相,得到待分析物质的分子量分布。许多研究人员将凝胶渗透色谱(GPC)应用于沥青化学性质分析,主要研究的是聚合物改性沥青和沥青的再生机理。分层抽提法和凝胶渗透色谱法被用于评价沥青再生机理,然而现有文献并未考虑将其用于优化控制再生沥青的性能。
对于再生沥青混合料,其技术要求在于将已经老化的沥青通过再生技术重新恢复其性能。因此及时对老化沥青的性能进行评价判断其是否适用于路面,对于保证道路工程质量与安全具有重大意义。综合国内外现状,目前针对再生沥青混合料已有大量的研究,在实际道路工程中也有丰富的工程应用经验,但是对于再生沥青混合料与新拌沥青混合料可以发现,再生沥青混合料的使用性能始终都低于新拌沥青混合料。越来越多的研究指出,实验室中将铣刨料进行再生得到的再生沥青混合料与实际工程中得到的再生沥青混合料具有相当的差别。实际工程中再生沥青混合料的老化沥青性能恢复状态不及实验室中制备的再生沥青混合料的老化沥青性能恢复状态。因此,再生沥青混合料的老化沥青性能恢复评价是影响再生沥青混合料性能的重要因素,急需一种简单可行的室内试验方法能够针对再生沥青混合料的老化沥青性能恢复进行试验分析与评价,进而为再生方案的调整提供有力依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于凝胶渗透色谱的老化沥青性能恢复评价方法,该方法科学合理、准确有效。
为解决上述技术问题,本发明采用以下方案:
一种基于凝胶渗透色谱的老化沥青评价方法,通过测定铣刨料(RAP)、再生沥青混合料、新拌沥青混合料中沥青中大分子(LMS)的百分率,并以此做指标对老化沥青性能进行评价,具体步骤如下:
获取某一沥青路面A的铣刨料,并测定该铣刨料中老化沥青的含量;
按沥青路面A的原沥青混合料配合比配制矿料,将该矿料与铣刨料按重量比1:1混合,再加入与铣刨料中老化沥青含量相同的新沥青制备再生沥青混合料;
根据沥青路面A的原沥青混合料的配合比制备新拌沥青混合料;
将铣刨料、再生沥青混合料、新拌沥青混合料三种混合料进行分层萃取、蒸馏回收沥青,并按从外到内的顺序将沥青进行分层,通过凝胶渗透色谱确定三种混合料每一分层的大分子(LMS)的百分率,并取其平均值,分别命名为并通过以下公式对老化沥青性能进行评价,
其中,为铣刨料的大分子的平均百分率,为再生沥青混合料的大分子的平均百分率,为新拌沥青混合料的大分子的平均百分率,K值从0至正无穷波动,K值越靠近0,表明老化沥青的性能恢复越好,K值越大,表明老化沥青的性能恢复越差。
与现有技术相比,本发明通过测定老化沥青在新沥青的改善前后沥青中LMS的百分率,以此为指标对老化沥青性能恢复进行评价。该方法测试时间短,操作简单,精度高,试验指标与老化沥青的变化密切相关,同时可以模拟沥青混合料在使用过程中发生的沥青老化过程。因此本发明采用的基于凝胶渗透色谱的老化沥青性能恢复评价方法可以更好、更准确地评价出老化沥青的性能恢复程度,为沥青路面的再生沥青提供新的方法和参数。
附图说明
图1为铣刨料、再生沥青混合料、新拌沥青混合料中不同抽提位置沥青中LMS百分率。
具体实施方式
针对目前老化沥青性能评价方法存在的问题,本发明通过凝胶渗透色谱建立了一种基于凝胶渗透色谱的老化沥青性能恢复评价方法。该方法至少包括:
步骤一、获取某一沥青路面A的铣刨料,并测定铣刨料(RAP)中老化沥青的含量为4.50%。收集沥青路面A所用沥青混合料的矿料级配比例和油石比,见表1。
表1沥青路面A所用沥青混合料的矿料级配比例和油石比
其中,1#、2#、3#料为镇江茅迪石灰岩、山东石灰岩,最大公称粒径分别为13.2mm、4.75mm、2.36mm。
步骤二、再生沥青混合料的制备:选用SBS改性沥青作为再生沥青混合料中的新沥青,这种沥青相较于普通沥青,其自身性能已有较大的提升,非常适合运用到再生混合料中。SBS改性沥青的性能指标见表2。
表2 SBS改性沥青性能指标
按沥青路面A的原沥青混合料配合比配制新集料和矿粉(即矿料),称取相同质量(比例为1:1)的RAP,以及4.50%SBS改性沥青。分别在165℃下预加热新集料、矿粉、RAP料4h、预加热SBS改性沥青2h;将新集料、RAP放入165℃拌锅中拌和90s;加入SBS改性沥青拌和90s;加入矿粉拌和90s。待拌和结束后取出再生沥青混合料。
步骤三、新拌沥青混合料的制备:将按原路面设计配合比配置的新集料、矿粉置于165℃的恒温烘箱中预加热4h,将SBS改性沥青置于165℃的恒温烘箱中预加热2h,将拌锅温度控制在165℃。拌和时,在拌锅中依次放入新集料、SBS改性沥青、矿粉,并且每次加入材料后设置拌和时间为90s。拌和结束后,取出新拌沥青混合料。
步骤四、RAP料中沥青的提取:三氯乙烯通常被用作分层萃取沥青的溶剂,沥青抽提试验通过离心分离器进行。
(1)称取4份50g的RAP料,依次将4份RAP料进行抽提,设置抽提时间为1min,并将抽提出的沥青溶液混合,定义为最外层沥青溶液。
(2)将(1)中抽提过的4份RAP料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青溶液混合,定义为外层沥青溶液。
(3)将(2)中抽提过的4份RAP料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青混合,定义为内层沥青溶液。
(4)将(3)中抽提过的4份RAP料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青混合,定义为最内层沥青溶液。
步骤五、再生沥青混合料中沥青的抽提:三氯乙烯通常被用作分层萃取沥青的溶剂,沥青抽提试验通过离心分离器进行。
(1)称取4份50g的再生沥青混合料,依次将4份再生沥青混合料进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青溶液混合,定义为最外层沥青溶液。
(2)将(1)中抽提过的4份再生沥青混合料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青溶液混合,定义为外层沥青溶液。
(3)将(2)中抽提过的4份再生沥青混合料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青混合,定义为内层沥青溶液。
(4)将(3)中抽提过的4份再生沥青混合料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青混合,定义为最内层沥青溶液。
步骤六、新拌沥青混合料中沥青的提取:三氯乙烯通常被用作分层萃取沥青的溶剂,沥青抽提试验通过离心分离器进行。
(1)称取4份50g的新拌沥青混合料,依次将4份新拌沥青混合料进行抽提,设置抽提时间为1min,并将抽提出的沥青溶液混合,定义为最外层沥青溶液。
(2)将(1)中抽提过的4份新拌沥青混合料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青溶液混合,定义为外层沥青溶液。
(3)将(2)中抽提过的4份新拌沥青混合料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青混合,定义为内层沥青溶液。
(4)将(3)中抽提过的4份新拌沥青混合料再依次进行抽提,设置抽提时间为1min,并将这次抽提出的沥青混合,定义为最内层沥青溶液。
步骤七、沥青与三氯乙烯的分离:通过水浴加热分别将RAP料沥青溶液、再生沥青混合料沥青溶液、新拌沥青混合料沥青溶液中的三氯乙烯蒸发,并将溶液瓶置于80℃的真空干燥箱中。
步骤八、凝胶渗透色谱试验:所述凝胶渗透色谱试验采用TOSOH EcoSEC公司生产的凝胶渗透色谱仪,三根色谱柱串联,流动相为四氢呋喃,试样溶液浓度为1.0mg/ml,试验时间为15min。实验结果汇总于表3。
表3沥青中LMS百分率(%)
实验结果图见图1和表1,RAP料沥青中LMS平均百分率为10.06%,再生沥青混合料沥青中LMS平均百分率为7.19%,新拌沥青混合料沥青中LMS平均百分率为5.15%。
Claims (3)
1.一种老化沥青性能恢复评价方法,其特征在于,通过测定铣刨料、再生沥青混合料、新拌沥青混合料中沥青中大分子LMS的百分率,并以此做指标对老化沥青性能进行评价,具体步骤如下:
获取某一沥青路面A的铣刨料,并测定该铣刨料中老化沥青的含量;
按沥青路面A的原沥青混合料配合比配制矿料,将该矿料与铣刨料按一定重量比混合,再加入与铣刨料中老化沥青含量相同的新沥青制备再生沥青混合料;
根据沥青路面A的原沥青混合料的配合比制备新拌沥青混合料;
通过以下公式对老化沥青性能进行评价,
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,按沥青路面A的原沥青混合料配合比配制矿料,将该矿料与铣刨料按重量比1:1混合。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将铣刨料、再生沥青混合料、新拌沥青混合料三种混合料进行分层萃取、蒸馏回收沥青,并按从外到内的顺序将沥青进行分层,通过凝胶渗透色谱确定三种混合料每一分层的大分子LMS的百分率,并取其平均值。
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