CN111983006B - 一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，包括以下步骤：将标记氢元素的水按照预定发泡水量注入处于流动状态的沥青中，使其发泡，得到泡沫温拌沥青；对生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青进行飞行时间二次离子质谱测试，获得泡沫温拌沥青水分散失规律。本发明可方便快捷地获得泡沫温拌沥青中水分的散失规律。

Description

一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，属于沥青材料检测领域。
背景技术
随着“绿色交通”和“低碳减排”理念逐渐成为社会关注的焦点和未来发展的趋势。如何促进沥青路面施工过程向节能、环保和低能耗的方向发展，建设以低碳减排为核心的绿色铺面技术已成为当前道路界面临的重大课题。泡沫温拌沥青技术无需添加任何化学添加剂，仅通过注入微量水分使沥青发泡，即可有效降低施工温度，实现沥青路面的施工低碳化。
由于发泡水分的存在，在泡沫的消散过程中，如果温度降低得很快，水分蒸发不够及时，就会滞留在沥青混凝土中，滞留的水会降低沥青与集料间的粘结能力，也会因冻融作用引发沥青混凝土的破坏。因此，有必要掌握泡沫破裂后沥青内部的水分残存情况。
然而由于沥青及沥青混合料为黑色不透明材料，水分在其内部的残存无法透过肉眼观察。已有研究表明，可以通过干燥质量变化、电阻测定、卡尔费休水分测定来探测沥青混凝土中的水分。但前期研究表明，发泡水在沥青内部的残留量非常少，在1‰以下，常见的含水量测试方法定无法探测到痕量水分存在。
发明内容
本发明是提供一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，可方便快捷地获得泡沫温拌沥青中水分的散失规律。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，包括以下步骤：将标记氢元素的水按照预定发泡水量注入处于流动状态的沥青中，使其发泡，得到泡沫温拌沥青；对生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青进行飞行时间二次离子质谱测试，获得泡沫温拌沥青水分散失规律。
优选地，所述预定发泡水量为1.5%~3.5%。
优选地，基质沥青注入的所述预定发泡水量2.0±0.5%，改性沥青注入的所述预定发泡水量为3.0±0.5%。
优选地，所述生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青的制备包括以下步骤：利用硅化防脱载玻片将制备好的泡沫温拌沥青制成样品，并置于95%的氮气环境箱中；对制作好的样品进行保温，根据保温时间的不同，分别模拟施工过程中生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段。
优选地，所述保温温度为135±5℃；生产阶段样品的保温时间为 0min，运送阶段样品的保温时间为5±1min，铺筑阶段样品的保温时间为45±5min，压实阶段样品的保温时间为90±10min，施工结束阶段样品的保温时间为150±15min。
优选地，所述氢元素同位素置换后的水为氘化水。
优选地，所述飞行时间二次离子质谱测试采用25±2keV的Bi+脉冲离子源作为初级分析源，电流频率为 10±1 kHz，电流为0~1.0 pA，扫描面积为（500±50）×（500±50）μm2，扫描位置为溅射坑的正中心，采集时间3±0.5 min，分析靶室真空度为（5±0.5） × 10-7 Pa。
优选地，所述获得泡沫温拌沥青水分散失规律包括以下步骤：将得到的飞行时间二次离子质谱图谱，利用离子溅射模式清除泡沫温拌沥青样品表面分析区域的杂质，成像模式实现泡沫温拌沥青样品表面元素成像，高精度模式用于测定氢的同位素相对含量；按照质谱的裂分规律, 根据质量亏损规律区分有机和无机元素碎片离子，从而确定氢的同位素在泡沫温拌沥青中的相对含量，进而得到各阶段泡沫沥青残存的水分含量；根据所述残存的水分含量绘制残存水-消散时间的曲线。
本发明通过使用标记氢元素的水制作泡沫温拌沥青，并对生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青进行飞行时间二次离子质谱测试，从而可以对泡沫温拌沥青中水分散失规律的精确探测。且本操作步骤简单，切实可行。
附图说明
图1为本发明实施例中的泡沫温拌沥青中水分散失规律。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
本发明公开了一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，尤其适用于泡沫温拌沥青水分散失规律的探测，具体包括以下步骤：
步骤一，将氢元素同位素置换后的水注入处于流动状态的沥青中，使其发泡。其中，氢元素同位素置换后的水可选为D2O，即氘化水。
1、对沥青进行加热，使其处于流动状态，加热温度为155℃~175℃。
采用100g沥青将其置于铝制器皿盒（直径10cm，高10cm）中，基质沥青的加热温度为160±5℃，改性沥青的加热温度为170±5℃，将沥青加热至流动状态。
2、将氘化水注入处于流动状态的沥青中，其注入的发泡水量为1.5%~3.5%。其中，基质沥青注入的发泡水量2.0±0.5%，改性沥青注入的发泡水量为3.0±0.5%。采用10ml的注射器（最小刻度0.1ml）和10号针头（外径1.02mm），将D2O迅速注入流动状态的沥青底部，采用玻璃棒快速搅拌50次，使沥青均匀发泡，在水分注入时，仍然保持的沥青加热温度。
步骤二，对生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青进行飞行时间二次离子质谱测试，获得泡沫温拌沥青水分散失规律。
1、制备泡沫温拌沥青样品，所述泡沫温拌沥青样品包括生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青。
考虑泡沫温拌沥青的不稳定性，利用玻璃棒蘸取1g已制备好的泡沫沥青滴于硅化防脱载玻片中央，使其均匀流平为1±0.2cm面积的圆形制成样品，并置于95%的氮气环境箱中。对制作好的样品进行保温，根据保温时间的不同，分别模拟施工过程中生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段，保温温度为135±5℃；生产阶段样品的保温时间为 0min，运送阶段样品的保温时间为5±1min，铺筑阶段样品的保温时间为45±5min，压实阶段样品的保温时间为90±10min，施工结束阶段样品的保温时间为150±15min。
2、对五个阶段的样品进行飞行时间二次离子质谱测试，并得到泡沫温拌沥青的水分散失规律。
飞行时间二次离子质谱测试采用25±2keV的Bi+脉冲离子源作为初级分析源，电流频率为 10±1 kHz，电流为0~1.0 pA，扫描面积为（500±50）×（500±50）μm2，扫描位置为溅射坑的正中心，采集时间3±0.5min，分析靶室真空度为（5±0.5） × 10-7 Pa。
将得到的飞行时间二次离子质谱图谱，利用离子溅射模式清除泡沫温拌沥青样品表面分析区域的杂质，成像模式实现泡沫温拌沥青样品表面元素成像，高精度模式用于测定氢的同位素相对含量；按照质谱的裂分规律, 根据质量亏损规律区分有机和无机元素碎片离子，进而确定氢的同位素D元素在泡沫温拌沥青中的相对含量，从而获得D2O的相对含量，进而得到各阶段泡沫沥青残存的水分含量。
将不同时间段泡沫沥青的残存水量绘制残存水-消散时间的曲线，进而得到泡沫温拌沥青的水分散失规律。
（1）采用100g的70号沥青将其置于铝制器皿盒（直径10cm，高10cm）中，将沥青加热为165℃至流动状态；
（2）按照基质沥青发泡用水量2.5%，采用10ml的注射器（最小刻度0.1ml）和10号针头（外径1.02mm），将针头插入呈流动状态的沥青底部，迅速注入D2O，采用玻璃棒快速搅拌50次，使沥青均匀发泡，在水分注入时，仍然保持沥青加热温度为165℃；
（3）利用玻璃棒蘸取1g泡沫沥青滴于硅化防脱载玻片中央，使其均匀流平为1.2cm面积的圆形，并置于95%的氮气环境箱中，将各泡沫温拌沥青样品在135℃温度下保温一定时间（0min，3min，30min，60min，120min），分别模拟施工过程中拌和、运输、摊铺、压实和施工结束五个阶段，获得对应阶段泡沫温拌沥青样品；
（4）飞行时间二次离子质谱测试采用25keV的Bi+脉冲离子源作为初级分析源，电流频率为 10 kHz，电流为0~1.0 pA，扫描面积为（500±50）×（500±50）μm2，扫描位置为溅射坑的正中心，采集时间3min，分析靶室真空度为5 × 10-7 Pa；
（5）确定氢的同位素D元素在拌和、运输、摊铺、压实和施工结束五个阶段的相对含量依次为10.8‰、8.6‰、6.3‰、4.5‰和3.1‰，从而获得D2O的相对含量为5.4‰、4.3‰、3.15‰、2.25‰和1.55‰，进而得到各阶段泡沫沥青残存水分含量为5.4‰、4.3‰、3.15‰、2.25‰和1.55‰。
将不同时间段泡沫沥青的残存水量绘制残存水-消散时间的曲线，如图1所示，进而得到泡沫温拌沥青的水分散失规律。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氢元素同位素置换后的水按照预定发泡水量注入处于流动状态的沥青中，使其发泡，得到泡沫温拌沥青；
对生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青进行飞行时间二次离子质谱测试，获得泡沫温拌沥青水分散失规律。
2.根据权利要求1所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：所述预定发泡水量为1.5%～3.5%。
3.根据权利要求2所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：基质沥青注入的所述预定发泡水量2.0±0.5%，改性沥青注入的所述预定发泡水量为3.0±0.5%。
4.根据权利要求1所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：所述生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段中的泡沫温拌沥青的制备包括以下步骤：
利用硅化防脱载玻片将制备好的泡沫温拌沥青制成样品，并置于95%的氮气环境箱中；对制作好的样品进行保温，根据保温时间的不同，分别模拟施工过程中生产、运送、铺筑、压实和施工结束五个阶段。
5.根据权利要求4所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：
所述保温温度为135±5℃；生产阶段样品的保温时间为 0min，运送阶段样品的保温时间为5±1min，铺筑阶段样品的保温时间为45±5min，压实阶段样品的保温时间为90±10min，施工结束阶段样品的保温时间为150±15min。
6.根据权利要求1所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：所述氢元素同位素置换后的水为氘化水。
7.根据权利要求1所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：所述飞行时间二次离子质谱测试采用25±2keV的Bi+脉冲离子源作为初级分析源，电流频率为 10±1 kHz，电流为0～1.0 pA，扫描面积为（500±50）×（500±50）μm2，扫描位置为溅射坑的正中心，采集时间3±0.5 min，分析靶室真空度为（5±0.5） × 10-7 Pa。
8.根据权利要求1所述泡沫温拌沥青水分散失规律的探测方法，其特征在于：所述获得泡沫温拌沥青水分散失规律包括以下步骤：
将得到的飞行时间二次离子质谱图谱，利用离子溅射模式清除泡沫温拌沥青样品表面分析区域的杂质，成像模式实现泡沫温拌沥青样品表面元素成像，高精度模式用于测定氢的同位素相对含量；
按照质谱的裂分规律, 根据质量亏损规律区分有机和无机元素碎片离子，从而确定氢的同位素在泡沫温拌沥青中的相对含量，进而得到各阶段泡沫沥青残存的水分含量；
根据所述残存的水分含量绘制残存水-消散时间的曲线。
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