CN112162116A - 环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制表征方法，属于沥青路面养护技术领域，解决已有的环氧乳化沥青与旧沥青融合试样难以制备及相融机制不明的问题。首先，按规范制备短期老化及长期老化的旧沥青；然后，在25℃条件下，借助常规的沥青弹性恢复试验试模制备竖直方向和水平方向的环氧乳化沥青与旧沥青融合试样；最后，利用原子力显微镜对制备的不同试样进行观测，计算高度均方根和高度平均值作为粗糙度参数指标，并研究旧沥青种类、旧沥青老化程度、乳化沥青与旧沥青的质量比例对融合沥青试样的“峰状”结构参数影响规律，阐明环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制。本发明对延长沥青路面使用寿命、推广冷再生技术应用具有重要意义。

Description

环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法

技术领域

本发明是一种环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法，属于沥青路面养护技术领域。

背景技术

多年来，我国公路建设快速发展，仅2019年，我国新增公路通车里程16.6万公里，其中高速公路7000公里，截至2019年末，全国高速公路通车总里程已达14.96万公里，保持世界第一。资料显示，高等级公路沥青路面的设计寿命为15年，但从我国实际情形看，大部分沥青混凝土路面在运营后，短的3～5年，长的6～9年就进入大面积维修和改造期。在沥青路面养护翻修和升级改造的过程中，将产生大量的可回收沥青混合料。已有研究表明，30年前新建道路中材料运输成本仅占1/3，原材料占2/3，如今却恰恰相反，新建道路建设时总成本的2/3为运输成本，原材料仅占1/3，导致这种结构成本变化的主要原因是原材料过度使用导致新建工程所需材料的运距不断增长、运输单价增加，从而使得新建道路的建设成本不断增加，并且造成了旧路面材料资源浪费、环境污染加剧等问题。

沥青路面再生技术使废旧沥青混合料得以再利用，节约了大量的沥青和砂石材料，减少了新材料的开采，同时解决了旧沥青混合料的运输和废料堆弃的问题。沥青路面再生过程中，在旧沥青混合料中添加新沥青可使旧沥青性能得到一定程度的恢复，从而提高再生料抗低温开裂及耐疲劳性能，达到废料再生利用的目的。其中，新、旧沥青的相融机制对再生沥青混合料性能的恢复情况影响显著。

目前，环氧乳化沥青冷再生混合料中新环氧乳化沥青、旧沥青相融机制不明是旧沥青混合料使用率低及冷再生沥青混合料性能不佳的关键影响因素之一，主要因为冷再生技术在常温下进行，环氧乳化沥青与旧沥青的融合试样在常温下难以制备，且目前并无合适的相融机制表征方法。此外，目前为了推广冷再生技术应用，常将旧沥青混合料作为一种“黑色碎石”或集料对待，忽略了环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制，这些化繁为简的方法在研究初期是可行且有效的，但随着研究的深入，这种思路下的研究工作是不可取的，会缩短沥青路面的使用寿命。

研究指出，利用原子力显微镜试验手段可以较好的观测到旧沥青表面的“蜂状”结构，通过“蜂状”结构常用的粗糙度参数指标，高度均方根、高度平均值，可以进一步研究旧沥青的老化程度。鉴于此，本发明将利用常规的沥青弹性恢复试验试模(见图1)，获取竖直方向和水平方向的环氧乳化沥青与旧沥青融合试样(见图2)，并通过原子力显微镜试验研究不同条件下环氧乳化沥青与旧沥青的融合状况，包括旧沥青种类、旧沥青老化程度、乳化沥青与旧沥青的质量比例，从而表征环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制，为沥青路面冷再生养护技术的推广提供参考，延长冷再生沥青路面的使用寿命。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法，解决目前沥青路面冷再生过程环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青融合试样难以制备、相融机制表征方法欠缺、相融机理不明确、旧沥青混合料使用率低、冷再生沥青混合料路用性能较差等问题。

(2)技术方案

为了解决目前沥青路面冷再生过程环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青融合试样难以制备、相融机制表征方法欠缺、相融机理不明确、旧沥青混合料使用率低、冷再生沥青混合料路用性能较差等问题，本发明提供一种环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法。采取的技术方案如下：首先，根据《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中旋转薄膜烘箱老化试验、压力老化试验制备短期老化及长期老化的旧沥青；然后，在25℃条件下，借助常规的沥青弹性恢复试验试模(见图1)制备竖直方向和水平方向的环氧乳化沥青与旧沥青融合试样(见图2)；最后，通过原子力显微镜试验，对制备的不同环氧乳化沥青与旧沥青融合试样进行观测，计算高度均方根和高度平均值作为粗糙度参数指标，研究旧沥青种类、旧沥青老化程度、乳化沥青与旧沥青的质量比例对融合沥青试样的“蜂状”结构参数影响规律，进而达到表征环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制的目的。

(3)有益效果

沥青路面冷再生技术是将环氧乳化沥青作为再生结合料加入旧沥青混合料中，使旧沥青性能得到一定程度的恢复，提高旧沥青混合料的性能，达到废料再生利用的目的。然而，冷再生沥青混合料中新、旧沥青相融机制不明对旧料使用率及再生料性能影响显著。环氧乳化沥青冷再生混合料性能优越，早期强度优势明显，阐明环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制对延长冷再生沥青路面使用寿命意义重大。因此，本发明将提供一种环氧乳化沥青与旧沥青的相融机制表征方法，以解决已有的环氧乳化沥青与旧沥青融合试样难以制备及相融机制不明的问题，为沥青路面冷再生养护技术的推广与应用提供理论支撑。

附图说明

图1(a)-沥青弹性恢复试验试模的主视图；

图1(b)-沥青弹性恢复试验试模的俯视图；

图1(c)-沥青弹性恢复试验试模的左视图；

1-沥青弹性恢复试验试模的端模，2-沥青弹性恢复试验试模的直线侧模

图2(a)装有融合沥青试样的沥青弹性恢复试验试模的俯视图

图2(b)装有融合沥青试样的沥青弹性恢复试验试模A-A面剖视图

1-环氧乳化沥青，2-融合沥青试样中间部分的融合沥青，3-旧沥青，4-环氧乳化沥青与旧沥青的融合界面，5-水平方向(长度)，6-水平方向(宽度)，7-竖直方向(厚度)。

具体实施方式

本发明提供一种环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法，具体实施步骤如下：

(1)将沥青弹性恢复试验的试模置于涂有隔离剂的洁净玻璃板上，根据《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中旋转薄膜烘箱老化试验、压力老化试验分别制备短期老化及长期老化的旧沥青；

(2)将加热至150℃的旧沥青缓缓倒入试模中，使旧沥青厚度为试模高度的一半，再按比例称取一定量环氧乳化沥青，在25℃条件下，缓慢倒在已冷却2h的旧沥青表面，直至填满整个试模；

(3)将一定浓度的氢氧化钠溶液滴入上层的环氧乳化沥青中，促使其快速破乳，用吸管吸除表面水分后置于25℃条件下养护24h，期间每隔6h用吸水纸吸拭环氧乳化沥青表面残留水分，制备环氧乳化沥青与旧沥青融合试样；

(4)将装有融合沥青试样的试模连同玻璃板一起放入5℃冰箱中静置30min后脱模，选择融合沥青试样中间部分的融合沥青切割成长、宽、厚分别为20mm、2mm、20mm的竖直方向试样，以及长、宽、厚分别为20mm、20mm、2mm的水平方向试样，再将竖直方向试样和水平方向试样分别置于载玻片等待试验；

(5)借助原子力显微镜，对制备的竖直方向试样和水平方向试样进行观测，根据原子力显微镜试验结果计算高度均方根和高度平均值作为粗糙度参数指标，研究旧沥青种类、旧沥青老化程度、乳化沥青与旧沥青的质量比例对融合沥青试样的“蜂状”结构参数影响规律，揭示环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制。

Claims (1)

1.一种环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制表征方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

(1)将沥青弹性恢复试验的试模置于涂有隔离剂的洁净玻璃板上，根据《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中旋转薄膜烘箱老化试验、压力老化试验分别制备短期老化及长期老化的旧沥青；

(2)将加热至150℃的旧沥青缓缓倒入试模中，使旧沥青厚度为试模高度的一半，再按比例称取一定量环氧乳化沥青，在25℃条件下，缓慢倒在已冷却2h的旧沥青表面，直至填满整个试模；

(3)将一定浓度的氢氧化钠溶液滴入上层的环氧乳化沥青中，促使其快速破乳，用吸管吸除表面水分后置于25℃条件下养护24h，期间每隔6h用吸水纸吸拭环氧乳化沥青表面残留水分，制备环氧乳化沥青与旧沥青融合试样；

(4)将装有融合沥青试样的试模连同玻璃板一起放入5℃冰箱中静置30min后脱模，选择融合沥青试样中间部分的融合沥青切割成长、宽、厚分别为20mm、2mm、20mm的竖直方向试样，以及长、宽、厚分别为20mm、20mm、2mm的水平方向试样，再将竖直方向试样和水平方向试样分别置于载玻片等待试验；

(5)借助原子力显微镜，对制备的竖直方向试样和水平方向试样进行观测，根据原子力显微镜试验结果计算高度均方根和高度平均值作为粗糙度参数指标，研究旧沥青种类、旧沥青老化程度、乳化沥青与旧沥青的质量比例对融合沥青试样的“蜂状”结构参数影响规律，揭示环氧乳化沥青与冷再生集料上旧沥青的相融机制。

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