CN111982996B - 一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法 - Google Patents

一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，该方法包括以下内容：（a）实验室内将不同发泡用水量的沥青样品进行发泡处理；（b）实验室内用全自动水分测试仪测定不同沥青样品的水分残存量；（c）实验室内用Zate电位仪测试不同沥青样品的电化学阻抗谱（EIS），获得其阻抗值；（d）建立沥青样品水分残存量与阻抗值的拟合方程；（e）现场利用Zate电位仪测得泡沫温拌沥青阻抗值，从（d）中拟合方程，推算阻抗值对应的水分残存量，获取现场泡沫温拌沥青水分的残存量。本发明能快速、准确的测定泡沫沥青的Zeta电位，通过实验建立的标准曲线，获取实际情况下泡沫温拌沥青的水分残存量。

Description

一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法。
背景技术
沥青混合料温拌技术因具有节能减排、绿色环保等优势而受到国内外公路界的广泛关注。泡沫温拌技术无需添加任何化学添加剂，成本优势明显，施工温度降低幅度和节能减排效果显著,是真正意义上的"绿色、低碳"筑路技术。
泡沫温拌沥青注水发泡后，在搅拌作用下气泡不断的破灭，水分也逐渐散失，但是由于沥青混合料拌合时间较短(0-2min)，仍有部分发泡水不能被完全蒸发和有效排除，从而残存在沥青内部，水的残存会使得泡沫温拌沥青混合料水稳定性受到影响。因此，为确保泡沫温拌沥青混合料路面性能，需探明水分的残存情况，为后续水分残存量的控制和改善提出建议。
由于施工现场一般较为偏远，将泡沫沥青从施工现场转移到实验室，耗费时间较长，沥青内部的水分残存状态容易被干扰，所测残存数量无法准确反映施工阶段的残存水量，也无法据此提出及时、针对性的控制建议。为及时、精确探明水分的残存情况，需要在施工现场快速测量。但目前缺少有效的设备和方法，尽管全自动水分测试仪可以获得泡沫温拌沥青中的水分，由于该仪器较大，试剂较多，耗时较长，无法作为现场快速检测设备。而部分商用zeta电位仪较小，便于携带，测试快捷，可用于现场快速测试。
Zeta电位(Zetapotential)是指剪切面(ShearPlane)的电位，又叫电动电位或电动电势(ζ-电位或ζ-电势)，是表征胶体分散系稳定性的重要指标。其结果电化学阻抗谱主要是通过电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流信号，测量交流信号电压与电流的比值(此比值即为系统的阻抗)随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变化。进而分析电极过程动力学、双电层和扩散等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。
但zeta电位仪属于通用设备，仅能获得试样的电化学阻抗谱的特征，而阻抗谱与残存水量的到底存在何种定量关系，目前尚不知悉。因此，缺乏一种能在施工现场中及时、精确探明泡沫温拌沥青中水分残存情况的方法。
发明内容
针对当前泡沫温拌沥青水分残存量方法存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，该方法结合了电化学的方法，利用水分残存量与阻抗值的标准关系曲线图，精确探测现场泡沫温拌沥青的水分残存量，为后续施工阶段的残存水量的控制和优化，提出及时、针对性的建议。本发明测试原理简单，方便，为测定泡沫温拌沥青水分残存量提供了新的分析方法。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，该方法包括以下步骤：
(a)准备与现场泡沫温拌沥青相同的沥青作为沥青样品，将沥青样品加热到发泡温度后，分别按不同的发泡用水量加入水分，搅拌均匀后进行发泡，得到n份发泡沥青样品，记发泡用水量为c1，c2，…，cn；
(b)用全自动水分测试仪测定不同发泡用水量的发泡沥青样品的水分残存量；
(c)用Zate电位仪测试不同发泡用水量的发泡沥青样品的电化学阻抗谱，获得其阻抗值；
(d)将沥青样品水分残存量与阻抗值关系进行拟合，得到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关系的拟合方程；
(e)用Zate电位仪测定现场泡沫温拌沥青，获得其阻抗值，然后带入到拟合方程中，推算阻抗值对应的水分残存量，即获取现场泡沫温拌沥青水分的残存量。
所述步骤(a)中，n为3-10。
所述步骤(a)中，0％＜c1<c2<…<cn≤10％。
所述步骤(a)中，所述沥青样品为基质沥青或改性沥青，若沥青样品为基质沥青，发泡温度为150℃-160℃，立即将水分注入沥青中，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青；若沥青样品为改性沥青，发泡温度为160℃-180℃时，立即将水分注入沥青中，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青。
所述步骤(c)中，用Zate电位仪测试不同发泡用水量下沥青样品的电化学阻抗谱(EIS)，其中Zate电位仪的两极分别为铝板和碳棒，铝板长为10cm、宽为2cm、厚度为0.5cm；取适量的泡沫沥青立即浇筑在铝板，均匀自然流平，并采用尺寸长10cm、宽2cm，厚度2mm的硅胶环，控制沥青膜厚度为2mm；对样品施加振幅为150mv的电压进行扰动，扫描频率为300KHz～9mHz，样品的测试面积为14.6cm2，试验数据采用Z-view2(ScribnerAssociates,Inc)软件进行处理拟和，获得其阻抗值。
所述步骤(e)中，现场测试时，从现场发泡设备取出100g沥青样品，将泡沫沥青制成沥青薄膜置于铝板上，然后测其Zate电位获取阻抗值。
有益效果：本发明结合了电化学方法，实现了对现场泡沫温拌沥青的水分残存量的精确探测，方法简单、准确，可操控性强且能获得丰富的信息，为测定泡沫温拌沥青水分残存量提供了新的分析方法，便于现场测试。
附图说明
图1为实施例1中基质沥青的水分残存量与阻抗值的标准关系曲线图。
图2为实施例2中SBS改性沥青的水分残存量与阻抗值的标准关系曲线图。
图3为实施例3中SBS改性沥青的水分残存量与阻抗值的标准关系曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，包括以下步骤：
(1)在实验室中准备3份100g的基质沥青(与后续现场所用沥青一致)加热150℃；
(2)立即往3份沥青中注入2g，4g，6g的水分，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青；
(3)用全自动水分测试仪测定不同发泡用水量(发泡用水量＝发泡用水的重量/沥青的重量*100％)的泡沫温拌沥青的水分残存量，如表1所示。
表1.实施例1水分残存量
发泡用水量(％) 2 4 6
残留水(％) 0.012 0.035 0.046
(4)用Zate电位仪测试不同发泡用水量下沥青样品的电化学阻抗谱(EIS)，其中Zate电位仪的两极分别为铝板和碳棒，铝板尺寸长10cm、宽2cm、厚0.5cm；取10g左右制备的泡沫温拌沥青立即浇筑在铝板，均匀自然流平，并采用尺寸长10cm、宽2cm，厚度2mm的硅胶环，控制沥青膜厚度为2mm；
(5)对样品施加振幅为150mv的电压进行扰动，扫描频率为300KHz～9mHz，样品的测试面积为14.6cm2，试验数据采用Z-view2(ScribnerAssociates,Inc)软件进行处理拟和得到阻抗值Zw，如表2所示。
表2.实施例1阻抗值
发泡用水量(％) 2 4 6
阻抗值Zw(Ω) 158.6 399.7 588.89
(6)将沥青样品水分残存量与阻抗值关系进行拟合，得到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关系的拟合方程；同时以水分残存量为横坐标，阻抗图为纵坐标，绘制曲线图；如图1所示。
(7)现场测试时，从现场发泡设备取出100g泡沫温拌沥青样品，将样品制成沥青薄膜置于铝板上，然后测其Zeta电位获取阻抗值为355.8Ω。
(8)通过现场测得阻抗值，代入到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关的拟合方程中，可推算现场泡沫温拌沥青的水分残存量为0.0313％。
将全自动水分测试仪运至现场，对现场泡沫温拌沥青的水分残存量进行同步测定，结果为0.0315％，其误差范围为0.63％，符合《GBT260-2016-石油产品水含量的测定蒸馏法》、《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0612-1993沥青含水量试验)等本领域规范和规程方法中关于重复性试验误差小于2％的要求。表明本发明方法具备良好的精度和可靠性。
实施例2
一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，包括以下步骤：
(1)在实验室中准备5份100g的SBS改性沥青(与后续现场所用沥青一致)加热160℃；
(2)立即往5份沥青中注入2g，4g，6g，8g，10g的水分，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青；
(3)用全自动水分测试仪测定不同发泡用水量(发泡用水量＝发泡用水的重量/沥青的重量*100％)的泡沫温拌沥青的水分残存量，如表3所示。
表3.实施例2水分残存量
发泡用水量(％) 2 4 6 8 10
残留水(％) 0.022 0.047 0.065 0.083 0.173
(4)用Zate电位仪测试不同发泡用水量下沥青样品的电化学阻抗谱(EIS)，其中Zate电位仪的两极分别为铝板和碳棒，铝板尺寸长10cm、宽2cm、厚0.5cm；取10g左右制备的泡沫温拌沥青立即浇筑在铝板，均匀自然流平，并采用尺寸长10cm、宽2cm，厚度2mm的硅胶环，控制沥青膜厚度为2mm；
(5)对样品施加振幅为150mv的电压进行扰动，扫描频率为300KHz～9mHz，样品的测试面积为14.6cm2，试验数据采用Z-view2(ScribnerAssociates,Inc)软件进行处理拟和得到阻抗值Zw，如表4所示。
表4.实施例2阻抗值
发泡用水量(％) 2 4 6 8 10
阻抗值Zw(Ω) 175.8 419.5 635.6 875.2 1128.3
(6)将沥青样品水分残存量与阻抗值关系进行拟合，得到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关系的拟合方程；同时以水分残存量为横坐标，阻抗图为纵坐标，绘制曲线图；如图2所示。
(7)现场测试时，现场测试时，从现场发泡设备取出100g泡沫温拌沥青样品，将泡沫沥青制成沥青薄膜置于铝板上，然后测其Zeta电位获取阻抗值为361.5Ω。
(8)通过现场测得阻抗值，代入沥青样品水分残存量与阻抗值线性关的拟合方程中，可推算现场泡沫温拌沥青的水分残存量为0.0380％。
将全自动水分测试仪运至现场，对现场泡沫温拌沥青的水分残存量进行同步测定，结果为0.0382％，其误差范围为0.53％，符合《GBT260-2016-石油产品水含量的测定蒸馏法》、《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0612-1993沥青含水量试验)等本领域规范和规程方法中关于重复性试验误差小于2％的要求。表明本发明方法具备良好的精度和可靠性。
实施例3
一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，包括以下步骤：
(1)在实验室中准备10份100g的橡胶改性沥青(与后续现场所用沥青一致)加热160℃；
(2)立即往10份沥青中注入1g、2g，3g、4g，5g、6g，7g、8g，9g、10g的水分，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青；
(3)用全自动水分测试仪测定不同发泡用水量(发泡用水量＝发泡用水的重量/沥青的重量*100％)的泡沫温拌沥青的水分残存量，如表5所示。
表5.实施例3水分残存量
发泡用水量(％) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
残留水(％) 0.012 0.048 0.064 0.086 0.102 0.145 0.192 0.255 0.278 0.292
(4)用Zate电位仪测试不同发泡用水量下沥青样品的电化学阻抗谱(EIS)，其中Zate电位仪的两极分别为铝板和碳棒，铝板尺寸长10cm、宽2cm、厚0.5cm；取10g左右制备的泡沫温拌沥青立即浇筑在铝板，均匀自然流平，并采用尺寸长10cm、宽2cm，厚度2mm的硅胶环，控制沥青膜厚度为2mm；
(5)对样品施加振幅为150mv的电压进行扰动，扫描频率为300KHz～9mHz，样品的测试面积为14.6cm2，试验数据采用Z-view2(ScribnerAssociates,Inc)软件进行处理拟和得到阻抗值Zw，如表6所示。
表6.实施例3阻抗值
Figure BDA0002607537720000061
(6)将沥青样品水分残存量与阻抗值关系进行拟合，得到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关系的拟合方程；同时以水分残存量为横坐标，阻抗图为纵坐标，绘制曲线图；如图1所示，然后沥青样品水分残存量与阻抗值关系进行拟合，得到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关系的拟合方程。
(7)现场测试时，现场测试时，从现场发泡设备取出约100g泡沫温拌沥青样品，将样品制成沥青薄膜置于铝板上，然后测其Zeta电位获取阻抗值为800.95Ω。
(8)通过现场测得阻抗值，代入沥青样品水分残存量与阻抗值线性关的拟合方程中，可推算现场泡沫温拌沥青的水分残存量为0.192％。
将全自动水分测试仪运至现场，对现场泡沫温拌沥青的水分残存量进行同步测定，结果为0.195％，其误差范围为1.5％，符合《GBT260-2016-石油产品水含量的测定蒸馏法》、《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0612-1993沥青含水量试验)等本领域规范和规程方法中关于重复性试验误差小于2％的要求。表明本发明方法具备良好的精度和可靠性。

Claims (5)

1.一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（a）准备与现场泡沫温拌沥青相同的沥青作为沥青样品，将沥青样品加热到发泡温度后，分别按不同的发泡用水量加入水分，搅拌均匀后进行发泡，得到n份发泡沥青样品，记发泡用水量为c 1 ，c 2 ，…，c n ；
（b）用全自动水分测试仪测定不同发泡用水量的发泡沥青样品的水分残存量；
（c）用Zeta电位仪测试不同发泡用水量的发泡沥青样品的电化学阻抗谱，获得其阻抗值，其中Zeta电位仪的两极分别为铝板和碳棒，铝板长为10cm、宽为2cm、厚度为0.5cm；取适量的泡沫沥青立即浇筑在铝板，均匀自然流平，并采用尺寸长10cm、宽2cm，厚度2mm的硅胶环，控制沥青膜厚度为2mm：对样品施加振幅为150mv的电压进行扰动，扫描频率为300KHz-9mHz，样品的测试面积为14.6cm2，试验数据采用Z-view2软件进行处理拟和，获得其阻抗值；
（d）将沥青样品水分残存量与阻抗值关系进行拟合，得到沥青样品水分残存量与阻抗值线性关系的拟合方程；
（e）用Zeta电位仪测定现场泡沫温拌沥青，获得其阻抗值，然后带入到拟合方程中，推算阻抗值对应的水分残存量，即获取现场泡沫温拌沥青水分的残存量。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，其特征在于，所述步骤（a）中，n为3-10。
3.根据权利要求2所述的一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，其特征在于，所述步骤（a）中，0%<c 1 <c 2 <…<c n ≤10%。
4.根据权利要求1所述的一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，其特征在于，所述步骤（a）中，所述沥青样品为基质沥青或改性沥青，若沥青样品为基质沥青，发泡温度为150℃-160℃，立即将水分注入沥青中，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青：若沥青样品为改性沥青，发泡温度为160℃-180℃时，立即将水分注入沥青中，并持续搅拌1min，制备泡沫温拌沥青。
5.根据权利要求1所述的一种基于Zeta电位技术的泡沫温拌沥青水分残存量分析方法，其特征在于，所述步骤（e）中，现场测试时，从现场发泡设备取出100g沥青样品，将泡沫沥青制成沥青薄膜置于铝板上，然后测其Zeta电位获取阻抗值。
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