CN112213474B - 一种沥青老化系数的测定方法 - Google Patents

一种沥青老化系数的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种沥青老化系数的测定方法，其包括将生产用沥青老化得到老化沥青，并测定沥青老化前后的针入度、延度和软化点；将老化沥青以不同比例添加到生产用沥青之中，得到混合沥青，进而采用混合沥青制备沥青混合料，测定沥青混合料的抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变；然后采用老化沥青添加量和梁底最大弯拉应变构建带拐点的曲线，通过拐点的添加量、抗弯拉强度值和梁底最大弯拉应变值计算沥青老化度A，进而通过老化度、针入度变化率、延度变化率、软化点变化率计算沥青老化系数。本发明中的测定方法，可真实客观地反映沥青老化程度对于沥青综合性能的影响，对于评判沥青质量和指导现场生产具有积极意义。

Description

一种沥青老化系数的测定方法
技术领域
本发明涉及沥青检测技术领域，具体涉及一种沥青老化系数的测定方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展，人民对交通的需求也逐渐增长，近些年来我国修建了大量的沥青路面。伴随着沥青路面的大量修建，暴露出了不少问题。一般而言，新修建的沥青路面会在通车4～5年后，由于沥青老化，和行车荷载等问题产生裂缝。近年来，部分公路路面在修建完成后第二个冬天即产生了大量的裂缝，这些裂缝沿着行车方向大约5～8m会出现一条，经过调查发现，过早产生裂缝的原因是施工过程中沥青存储时间过久，同时拌合过程中加热温度过高，造成了沥青的过早老化，从而引起了沥青路面抗裂性不足，裂缝过早产生。
目前，我国规范仅对沥青老化后的延度、针入度比、软化点等指标进行了规定；然而，这些参数在相同老化情况下的变化趋势往往不尽相同。如对SBS沥青而言，其老化时间较短时，软化点、延度、针入度均呈下降趋势；但随着老化时间延长，延度、针入度呈持续下降趋势，但软化点却呈上升趋势。这种不同的变化趋势往往使得对沥青老化程度难以进行有效判断。
此外，上述的测试指标为沥青本身的性能，不能直接针对沥青混合料进行测试，这就造成了和现场实际情况的不匹配。一方面，实际生产过程中，使用的沥青由于现场条件限制，其老化程度千差万别，仅采用针入度比、软化点、延度这些指标来代表实际使用的沥青老化情况是不合理的；另一方面，由于各个参数的变化趋势不尽相同，判断困难，难以直接、客观地反应沥青的老化程度，难以适用于现场生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，本发明提供一种沥青老化系数的测定方法，其测定方法简单，可良好地适应现场生产；同时，其可有效评价沥青的老化程度，给出直接客观的量化指标，为判断沥青性能和指导沥青混合料的生产提供依据。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种沥青老化系数的测定方法，其包括：
(1)取生产用沥青，测定所述生产用沥青的针入度PIb、延度DFb和软化点SPb；
(2)将所述生产用沥青老化，得到老化沥青，并测定所述老化沥青的针入度PIa、延度DFa和软化点SPa；
(3)在所述生产用沥青中添加不同量的老化沥青，得到多组混合沥青；其中，第i组混合沥青中，老化沥青的添加量为ni；
(4)将所述混合沥青与集料、填料按照预设比例拌合，得到多组沥青混合料；
(5)将所述沥青混合料制备成棱柱体试样；
(6)测定所述棱柱体试样的抗弯拉强度RBi和梁底最大弯拉应变εBi；
(7)以不同老化沥青添加量情况下的梁底最大弯拉应变构建带拐点的曲线，并取最靠近拐点处的沥青添加量值nk、抗弯拉强度值RBk和梁底最大弯拉应变值εBk；
(8)按照下述公式组计算生产用沥青的老化系数：
B＝0.5A+0.3expΔPI+0.1expΔDF+0.1expΔSP
A＝ΔεB-lgΔRB
Figure BDA0002666169200000021
Figure BDA0002666169200000022
Figure BDA0002666169200000023
Figure BDA0002666169200000024
Figure BDA0002666169200000025
其中，B为生产用沥青的老化系数，△PI为老化前后针入度的变化率，△DF为老化前后延度的变化率，△SP为老化前后软化点的变化率，A为生产用沥青的老化度；
△εB为一般下降阶段梁底最大弯拉应变变化率，εBt为混合沥青中老化沥青添加量为100％时，棱柱体试样的梁底最大弯拉应变；
△RB为一般下降阶段抗弯拉强度变化率，RBt为混合沥青中老化沥青添加量为100％时，棱柱体试样的抗弯拉强度。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)、(2)中，根据JTG E20-2011中T0604中的方法测定针入度，根据T0605中的方法测定延度，根据T0606中的方法测定软化点；
步骤(6)中，根据JTG E20-2011中T0715中的方法测定所述棱柱体试样的抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，将生产用沥青摊铺成厚度为2～5mm的薄膜，然后在150～180℃，常压下进行老化，老化时间为0.5～5h；或
将生产用沥青摊铺成厚度为2～5mm的薄膜，然后在2～2.5MPa，80～110℃下进行老化，老化时间为18～28h。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，按照JTG E20-2011中T0610的方法对所述生产用沥青进行老化。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，不同组所述混合沥青中，老化沥青的添加量不同；所述老化沥青的添加量呈递增变化趋势。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述ni的取值依次为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％和100％。
作为上述技术方案的改进，所述生产用沥青为SBS改性沥青。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，所述沥青混合料主要包括下述重量份的原料：
混合沥青2～5份，集料90～98份，填料0～5份。
作为上述技术方案的改进，所述沥青混合料为冷拌沥青混合料或热拌沥青混合料。
作为上述技术方案的改进，步骤(5)中，根据JTG E20-2011中T0703中的方法制备棱柱体试样。
实施本发明，具有以下有益效果：
1.本发明将生产用沥青老化得到老化沥青，并将老化沥青以不同比例添加到生产用沥青之中，得到混合沥青，进而采用混合沥青制备沥青混合料，测定沥青混合料的抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变；然后采用老化沥青添加量和梁底最大弯拉应变数据构建带拐点的曲线，通过拐点的添加量、抗弯拉强度值和梁底最大弯拉应变值计算沥青老化度A；进而将沥青老化度A与针入度变化率、延度变化率和软化点变化率综合，得到沥青老化系数B。。本发明中的测定方法，直接以沥青混合料为基体进行测试，可真实客观地反映沥青老化程度对于沥青混合料低温抗裂性能的影响，对于评判沥青质量和指导现场生产具有积极意义。同时，本发明中的测定方法简单直接，可良好适应现场生产。
2.本发明综合了现有的针入度、延度、软化点等老化评价指标和新设立的老化度指标，建立了新的沥青老化系数，这种多指标体系的综合评价可更加准确地反映沥青的老化程度。
附图说明
图1是本发明一种沥青老化系数的测定方法流程图；
图2是本发明实施例1中不同老化沥青添加量下梁底最大弯拉应变曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，本发明提供了一种沥青老化系数的测定方法，其包括以下步骤：
S1：取生产用沥青，测定其针入度、延度和软化点；
具体的，可根据JTG E20-2011中T0604中的方法测定针入度，根据T0605中的方法测定延度，根据T0606中的方法测定软化点；但不限于此。
具体的，本发明的测定方法可适用于各种沥青；优选的，本发明中的测定方法更适应于评价SBS改性沥青的老化情况。SBS改性沥青是在基质沥青中添加一定的SBS改性剂后得到的沥青；其老化过程中，软化点、针入度、延度的变化规律与基质沥青不同，采用现有的体系难以有效评价SBS改性沥青的老化情况。
S2：将生产用沥青老化，得到老化沥青；并测定其针入度、延度和软化点；
具体的，可将生产用沥青摊铺成厚度为2～5mm的薄膜，然后在150～180℃，常压下进行老化，老化时间为0.5～5h；或
将生产用沥青摊铺成厚度为2～5mm的薄膜，然后在2～2.5MPa，80～110℃下进行老化，老化时间为18～28h。
优选的，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0610的方法对生产用沥青进行老化；具体的，其老化条件为温度163±0.5℃，老化时间为85min。
具体的，可根据JTG E20-2011中T0604中的方法测定针入度，根据T0605中的方法测定延度，根据T0606中的方法测定软化点；但不限于此。
S3：在生产用沥青中添加老化沥青，得到混合沥青；
具体的，将生产用沥青和老化沥青加热至90～120℃，然后将两者混合，搅拌5～15分钟，然后采用高速剪切机以3000～6000r/min的速率剪切30～50分钟，即得到混合沥青。在此混合条件下，老化沥青和生产用沥青充分混合，得到的混合沥青性能均一，从而良好地反映混合沥青以及老化沥青的性能。
不同组混合沥青中，老化沥青的添加量不同，其呈递增变化趋势，具体的可为梯度递增、线性递增或呈指数式递增等，但不限于此。
优选的，混合沥青中老化沥青添加量ni的取值依次为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％和100％。
S4：将混合沥青与集料、填料按照预设比例拌合，得到沥青混合料；
具体的，沥青混合料为冷拌沥青混合料或热拌沥青混合料。优选的为热拌沥青混合料，进一步的，控制热拌合温度为95～140℃。
具体的，本发明对于沥青混合料的组成没有特殊要求，本领域技术人员可根据实际应用情况决定；或者根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2017)中有关规定进行沥青混合料配比。
优选的，本发明中，沥青混合料主要包括下述重量份的原料：混合沥青2～5份，集料90～98份，填料0～5份。
S5：将沥青混合料制备成棱柱体试样；
具体的，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0703中的方法制备棱柱体试样。
S6：测定棱柱体试样的抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变；
具体的，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0715中的方法(试验温度-10℃±0.5℃)测定每组棱柱体试样的抗弯拉强度RBi和梁底最大弯拉应变εBi。
S7：以不同老化沥青添加量情况下的梁底最大弯拉应变构建带拐点的曲线，并取最靠近拐点处的沥青添加量值、抗弯拉强度值和梁底最大弯拉应变值；
具体的，以老化沥青添加量ni为横坐标，以梁底最大弯拉应变εBi为纵坐标，以不同老化沥青添加量情况下的梁底最大弯拉应变构建曲线，并获取曲线的拐点，以及最靠近拐点处的沥青添加量值nk、抗弯拉强度值RBk和梁底最大弯拉应变值εBk。
其中，曲线的构建方法为：以老化沥青添加量ni为自变量，以梁底最大弯拉应变εBi为因变量；将多组对应数据采用以自然常数e为底的指数函数进行拟合，做出趋势线，并写出方程和误差检验值，即得到曲线。其中，指数函数可采用y＝y0+Ae-x/t或
Figure BDA0002666169200000066
(y0、t、t1、t2均为常数)，但不限于此。
S8：计算生产用沥青的老化系数；
具体的，根据下述公式组计算生产用沥青的老化系数：
B＝0.5A+0.3expΔPI+0.1expΔDF+0.1expΔSP
A＝ΔεB-lgΔRB
Figure BDA0002666169200000061
Figure BDA0002666169200000062
Figure BDA0002666169200000063
Figure BDA0002666169200000064
Figure BDA0002666169200000065
其中，B为生产用沥青的老化系数，△PI为老化前后针入度的变化率，△DF为老化前后延度的变化率，△SP为老化前后软化点的变化率，A为生产用沥青的老化度；
△εB为一般下降阶段梁底最大弯拉应变变化率，εBt为混合沥青中老化沥青添加量为100％时，棱柱体试样的梁底最大弯拉应变；
△RB为一般下降阶段抗弯拉强度变化率，RBt为混合沥青中老化沥青添加量为100％时，棱柱体试样的抗弯拉强度。
PIb为生产用沥青的针入度，PIa为老化沥青的针入度；DFb为生产用沥青的延度，DFa为老化沥青的延度；SPb为生产用沥青的软化点，SPa为老化沥青的软化点。
发明人在进行沥青老化研究过程中发现：SBS改性沥青在老化过程中，针入度、延度和软化点的变化趋势与普通沥青不同；通过现有的指标体系难以有效判断其老化程度。进一步的，发明人通过大量研究发现，沥青老化对于沥青低温性能的影响是趋于一致的：即随着沥青老化程度的提升，沥青混合料的低温性能会呈现先急剧下降，然后平缓下降的趋势。此外，发明人对SBS改性沥青研究过程中发现，延度、软化点随老化程度的变化幅度较小，敏感程度低，而老化度、针入度随老化程度的变化幅度较大，敏感程度高。基于上述因素，发明人设计了上述老化系数的测定方法。本发明中的方法，将老化度、针入度、延度、软化点综合考虑，可较为真实的反应沥青的老化程度，对于评判沥青质量和指导实际生产具有积极意义。
相应的，本发明还提供了上述沥青老化系数的测定方法的应用。具体的，其涉及在沥青混合料制备中的应用，还可涉及在沥青性能测定、评价中的应用。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种沥青老化系数的测定方法，其包括以下步骤：
(1)取生产用沥青，分别按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0604、T0605、T0606试验方法测定其针入度PIb、延度DFb和软化点SPb；
(2)将生产用沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0610试验方法老化，得到老化沥青；并分别按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0604、T0605、T0606试验方法测定其针入度PIa、延度DFa和软化点SPa；
生产用沥青、老化沥青的各项数据如下表：
针入度PI(0.1mm) 延度DF(5℃，cm) 软化点SP(℃)
生产用沥青 21 35.5 89.4
老化沥青 10 8.3 87.4
(3)取老化沥青以0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的比例代替生产用沥青，形成混合沥青；
(4)取不同老化程度的混合沥青按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2017)制备AC-25型热拌沥青混合料；
(5)以不同老化程度的沥青混合料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0703试验方法成型棱柱体试样；
(6)按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0715试验方法进行沥青混合料低温弯曲试验，测试不同老化程度棱柱体试样的抗弯拉强度RBi和梁底最大弯拉应变εBi；
其具体值如下表：
n<sub>i</sub>/％ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ε<sub>Bi</sub>/με 3804 3615 3214 2854 2518 2115 1916 1834 1756 1688 1598
R<sub>Bi</sub>/MPa 14.925 14.555 14.104 13.672 13.014 12.494 12.268 12.106 11.884 11.746 11.655
(7)以老化沥青添加量ni为横坐标，梁底最大弯拉应变εBi纵坐标作图，并添加指数函数趋势线、公式和误差值，结果如图2所示；
由图2可以看出，当添加量为60％时，梁底最大弯拉应变的递减趋势变缓，与添加量＜60％不同。因此，选择n7＝60％为拐点。
(8)计算老化系数；
具体的，老化度A的计算表格如下：
n<sub>k</sub> ε<sub>Bk</sub>/με R<sub>Bk</sub>/MPa △ε<sub>B</sub> △R<sub>B</sub> A
60％ 1916 12.268 7.95 0.015 9.76
具体的，老化系数B的计算表格如下：
A △PI △DF △SP B
9.76 0.52 0.77 0.02 5.71
实施例2
本实施例公开一种沥青老化系数测定方法的应用；
具体的，取两种沥青，编号为AS1和AS2，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0610试验方法老化，然后进行延度和针入度比试验，并采用与实施例1相同级配和油石比的试样，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0715试验方法进行低温弯曲试验，得到抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变；具体如下表：
Figure BDA0002666169200000091
根据传统指标可知，AS2沥青的残留延度、针入度比、软化点均比AS1沥青的相关指数大。可得出结论：AS2沥青的抗老化性能更好。对于低温抗裂性能而言，AS1沥青和AS2沥青并无显著性差异。
按照本发明实施例1的方法进行测定，其结果如下表：
Figure BDA0002666169200000092
Figure BDA0002666169200000101
根据表中可以看出，AS1沥青的老化系数B为3.18，小于AS2沥青的3.55；因此，老化对AS1沥青的各项性能的影响较弱。因此，选用AS1沥青作为施工用沥青。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种沥青老化系数的测定方法，其特征在于，包括：
(1)取生产用沥青，测定所述生产用沥青的针入度PIb、延度DFb和软化点SPb；
(2)将所述生产用沥青老化，得到老化沥青，并测定所述老化沥青的针入度PIa、延度DFa和软化点SPa；
(3)在所述生产用沥青中添加不同量的老化沥青，得到多组混合沥青；其中，第i组混合沥青中，老化沥青的添加量为ni；
(4)将所述混合沥青与集料、填料按照预设比例拌合，得到多组沥青混合料；
(5)将所述沥青混合料制备成棱柱体试样；
(6)根据JTG E20-2011中T0715中的方法测定所述棱柱体试样的抗弯拉强度RBi和梁底最大弯拉应变εBi；
(7)以不同老化沥青添加量情况下的梁底最大弯拉应变构建带拐点的曲线，并取最靠近拐点处的沥青添加量值nk、抗弯拉强度值RBk和梁底最大弯拉应变值εBk；
(8)按照下述公式组计算生产用沥青的老化系数：
B＝0.5A+0.3expΔPI+0.1expΔDF+0.1expΔSP
A＝ΔεB-lgΔRB
Figure FDA0003507025180000011
Figure FDA0003507025180000012
Figure FDA0003507025180000013
Figure FDA0003507025180000014
Figure FDA0003507025180000015
其中，B为生产用沥青的老化系数，△PI为老化前后针入度的变化率，△DF为老化前后延度的变化率，△SP为老化前后软化点的变化率，A为生产用沥青的老化度；
△εB为一般下降阶段梁底最大弯拉应变变化率，εBt为混合沥青中老化沥青添加量为100％时，棱柱体试样的梁底最大弯拉应变；
△RB为一般下降阶段抗弯拉强度变化率，RBt为混合沥青中老化沥青添加量为100％时，棱柱体试样的抗弯拉强度。
2.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(1)、(2)中，根据JTG E20-2011中T0604中的方法测定针入度，根据T0605中的方法测定延度，根据T0606中的方法测定软化点。
3.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(2)中，将生产用沥青摊铺成厚度为2～5mm的薄膜，然后在150～180℃，常压下进行老化，老化时间为0.5～5h；或
将生产用沥青摊铺成厚度为2～5mm的薄膜，然后在2～2.5MPa，80～110℃下进行老化，老化时间为18～28h。
4.如权利要求1或3所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(2)中，按照JTGE20-2011中T0610的方法对所述生产用沥青进行老化。
5.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(3)中，不同组所述混合沥青中，老化沥青的添加量不同；所述老化沥青的添加量呈递增变化趋势。
6.如权利要求1或5所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(3)中，所述ni的取值依次为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％和100％。
7.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，所述生产用沥青为SBS改性沥青。
8.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(4)中，所述沥青混合料主要包括下述重量份的原料：
混合沥青2～5份，集料90～98份，填料0～5份。
9.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，所述沥青混合料为冷拌沥青混合料或热拌沥青混合料。
10.如权利要求1所述的沥青老化系数的测定方法，其特征在于，步骤(5)中，根据JTGE20-2011中T0703中的方法制备棱柱体试样。
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