CN112834390A - 一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法 - Google Patents

一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，制备不少于5个掺量梯度的温拌剂添加量制备温拌改性沥青；通过粘韧性指标检测，根据粘韧性指标及相关指标确定温拌剂最佳掺量，针对最佳温拌剂掺量下的温拌改性沥青，分别测试不少于4个温度条件下的旋转黏度，绘制黏‑温曲线，以黏‑温曲线上以粘温曲线上两点处黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，根据拟合结果，分别计算温拌改性沥青与温拌沥青样品原材料对应的拌和温度与压实温度，两者拌合温度之差或压实温度之差即为降温幅度。该方法对于不同的沥青类型更具区分度，省去了费时费力的验证过程，更加快捷实用，具有良好的施工指导性。

Description

一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法
技术领域
本发明涉及一种温拌型沥青路面降温幅度的快速测试方法，尤其涉及一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法。
背景技术
沥青温拌技术(WMA，Warm Mix Asphalt)是通过采用特定技术或添加剂，使混合料在施工过程中的拌合及压实温度处于热拌沥青混合料和冷拌技术沥青混合料之间，同时又能保证其和热拌沥青混合料具有相同的路用性能以及施工和易性。相比于热拌沥青混合料，WHA的拌和温度可降低15～30℃，CO2排放量可以减少20％左右，能源消耗减少30～35％，其它烟尘的排放量也可以减少40％左右，可以延长设备的使用寿命，修改热拌沥青混合料设备的费用也不大。其它潜在益处包括寒冷天气施工，减少材料温度离析，延长施工时间，改善和易性、施工后更早开放交通、改善工人作业环境(减少沥青烟的排放)、降低沥青胶结料的老化等方面。
有机降黏型温拌剂的工作机理是通过减小沥青结合料的高温黏度，但不降低其低温粘度，从而降低沥青混合料的拌和温度，而又不影响其路用性能。现有技术采用沥青降粘剂在实际施工中，不论何种类型沥青，均以厂家建议的温拌剂掺量与降温幅度在进行性能验证后直接应用，不具备区分度，难以达到最佳掺量效果，且不够经济，同时，由于验证过程较为缓慢，不利于施工效率的提升。
有鉴于上述现有的温拌剂掺量及降温幅度测定存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实务经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，该方法对于不同的沥青类型更具区分度，省去了费时费力的验证过程，更加快捷实用，具有良好的施工指导性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，通过绘制黏-温曲线来确定温拌沥青混合料的施工温度，确定合理降温幅度，节省了现有技术的验证过程。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提出的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，包括如下操作步骤：
S1.选取一种满足工程要求的改性沥青作为制备温拌沥青样品的原材料；
S2.基于添加的温拌剂建议用量范围，根据掺量间隔为0.5％～1.0％，分别选择不少于5个掺量梯度的温拌剂添加量制备温拌改性沥青；
S3.对步骤S2制备的不同掺量的温拌改性沥青进行粘韧性指标检测，得到温拌剂掺量与粘韧性指标的关系拟合曲线，根据粘韧性指标要求的取值范围，计算温拌剂最大掺量：
y＝ax+b R2≥0.95
式中：y为粘韧性指标，x为温拌剂掺量，a、b为常数，R2为线性拟合相关系数；
S4.对不同掺量的温拌改性沥青进行三大指标检测，考虑到降温效果随着温拌剂掺量的增大而提高，因此在经济条件允许的情况下，可选三大指标满足规范要求时的最大掺量作为最佳掺量；
S5.针对最佳温拌剂掺量下的温拌改性沥青，分别测试不少于4个温度条件下的旋转黏度，以黏度的对数值作为纵坐标，以温度作为横坐标，绘制黏-温曲线，并进行线性拟合：
m＝cn+d R2≥0.95
式中：m为黏度的对数值，n为温度，c、d为常数，R2为线性拟合相关系数；
S6.以黏-温曲线上以粘温曲线上0.35±0.05Pa·s与1.15±0.05Pa·s黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，根据拟合结果，分别计算温拌改性沥青与温拌沥青样品原材料对应的拌和温度与压实温度，两者压实温度之差即为降温幅度。
作为进一步优选的，制备温拌改性沥青前需要对温拌沥青样品的原材料进行加热，针对温拌沥青样品的原材料加热温度随种类不同而不同，一般沥青加热温度为160℃～165℃；高粘沥青加热温度为170℃～180℃；橡胶沥青加热温度为175℃～185℃。
作为进一步优选的，在步骤S3中，一般改性沥青粘韧性指标不小于16N·m；高粘改性沥青与橡胶改性沥青粘韧性指标不小于20N·m。
作为进一步优选的，在步骤S4中，三大指标包括针入度、软化点和5℃延度。
作为进一步优选的，在步骤S5中，测试不同温度下的旋转黏度时，温度间隔不低于10℃～15℃，优选为115℃、135℃、155℃、175℃等；间隔过小，获取的数值参考意义不大，数值间隔过大，导致材料的性能变化太大，不利于得到有效的拟合曲线。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)本发明方法包括温拌沥青沥青混合料中有机降黏温拌剂最佳掺量以及降温幅度的确定过程，根据加入不同掺量温拌剂的沥青的粘韧性指标确定温拌剂最大掺量的阈值，结合温拌沥青三大指标检测结果，综合考虑混合料降温需求及经济性确定有机降黏温拌剂的最佳掺量；
2)本发明方法基于其在不同温度条件下的旋转黏度检测结果，通过绘制黏-温曲线来确定温拌沥青混合料的施工温度，确定合理降温幅度；相对于现有技术中以“厂家推荐掺量+温拌沥青混合料验证”的确定方式，该方法对于不同的沥青类型更具有针对性和准确性，省去了费时费力的验证过程；
3)本发明方法中，以一般改性沥青粘韧性要求不小于16N·m，高粘改性沥青与超重交通改性沥青粘韧性要求不小于20N·m作为主要控制指标，从而快速确定有机降黏温拌剂的最佳掺量，同时以黏-温曲线上0.35±0.05Pa·s与1.15±0.05Pa·s黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，快速确定有机降黏型温拌沥青混合料降温幅度。
附图说明
图1所示为实施例1粘韧性指标与温拌剂掺量拟合曲线；
图2所示为实施例1拟合的黏-温曲线；
图3所示为实施例2粘韧性指标与温拌剂掺量拟合曲线；
图4所示为实施例2拟合的黏-温曲线；
图5所示为实施例3粘韧性指标与温拌剂掺量拟合曲线；
图6所示为实施例3拟合的黏-温曲线。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
本发明快速获取有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度的方法包括以下步骤：
(1)实验仪器的准备，准备600mL烧杯，搅拌棒，各五套，烘箱，保温炉和电子天平(精确到0.01g)，一套；
(2)在五个600ml烧杯中各称量300g加热至160℃的SBS改性沥青。所有样品置于160℃～165℃的保温炉内，分别加入4.5g、7.5g、10.5g、13.5g、16.5g有机降黏温拌剂A(建议掺量3％～4％)，掺量间隔为1％，即掺量分别选择1.5％、2.5％、3.5％、4.5％、5.5％等5个掺量梯度，加入过程中，快速而均匀地搅拌，加入完成后继续搅拌8～10分钟，使其充分熔化并均匀分布于沥青中；
(3)分别取适量的制作完成的温拌沥青样品，在25℃条件下进行粘韧性试验检测，并进行线性拟合，拟合曲线如图1所示。根据粘韧性检测值不小于16N·m计算最大掺量，当y＝16时，x＝5.14％，考虑到降温效果随着温拌剂掺量的增大而提高，因此在经济条件允许的情况下，可选三大指标满足要求的最大掺量作为最佳掺量。三大指标检测结果及要求如表1所示，研究中最佳掺量为3.5％。
表1
Figure BDA0002878547910000041
(4)分别取适量的制作完成的温拌沥青样品，在115℃、135℃、155℃、175℃等四个梯度下进行旋转黏度试验检测，以黏度的对数值作为纵坐标，以温度作为横坐标，绘制黏-温曲线，并进行线性拟合，黏-温曲线如图2所示，图中0.35±0.05Pa·s与1.15±0.05Pa·s黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，降温幅度即原样沥青与温拌沥青压实温度之差。
实施例2
本发明快速获取有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度的方法包括以下步骤：
(1)实验仪器的准备，准备600mL烧杯，搅拌棒，各五套，烘箱，保温炉和电子天平(精确到0.01g)，一套；
(2)在五个600ml烧杯中各称量300g加热至175℃的成品高粘沥青。所有样品置于175℃±5℃的保温炉内，分别加入4.5g、7.5g、10.5g、13.5g、16.5g有机降黏温拌剂A(建议掺量3％～4％)，掺量间隔为1％，即掺量分别选择1.5％、2.5％、3.5％、4.5％、5.5％等5个掺量梯度，加入过程中，快速而均匀地搅拌，加入完成后继续搅拌8～10分钟，使其充分熔化并均匀分布与沥青中；
(3)分别取适量的制作完成的温拌沥青样品，在25℃条件下进行粘韧性试验检测，并进行线性拟合，拟合曲线如图3所示。根据粘韧性检测值不小于20N·m计算最大掺量，当y＝20时，x＝4.46％，考虑到降温效果随着温拌剂掺量的增大而提高，因此在经济条件允许的情况下，可选三大指标满足要求的最大掺量作为最佳掺量。三大指标检测结果及要求如表2所示，研究中最佳掺量为4.0％。
表2
Figure BDA0002878547910000051
(4)分别取适量的制作完成的温拌沥青样品，在115℃、135℃、155℃、175℃等四个梯度下进行旋转黏度试验检测，以黏度的对数值作为纵坐标，以温度作为横坐标，绘制黏-温曲线，并进行线性拟合，黏-温曲线如图4所示，图中0.35±0.05Pa·s与1.15±0.05Pa·s黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，降温幅度即原样沥青与温拌沥青压实温度之差。
实施例3
本发明快速获取有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度的方法包括以下步骤：
(1)实验仪器的准备，准备600mL烧杯，搅拌棒，各五套，烘箱，保温炉和电子天平(精确到0.01g)，一套；
(2)在五个600ml烧杯中各称量300g加热至160℃的SBS改性沥青。所有样品置于160℃～165℃的保温炉内，分别加入6g、7.5g、9g、10.5g、12g有机降黏温拌剂B(建议掺量2.5％～3.5％)，掺量间隔为0.5％，即掺量分别选择2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％等5个掺量梯度，加入过程中，快速而均匀地搅拌，加入完成后继续搅拌8～10分钟，使其充分熔化并均匀分布与沥青中；
(3)分别取适量的制作完成的温拌沥青样品，在25℃条件下进行粘韧性试验检测，并进行线性拟合，拟合曲线如图5所示。根据粘韧性检测值不小于16N·m计算最大掺量，当y＝16时，x＝3.56％，考虑到降温效果随着温拌剂掺量的增大而提高，因此在经济条件允许的情况下，可选三大指标满足要求的最大掺量作为最佳掺量。三大指标检测结果及要求如表3所示，研究中最佳掺量为3.0％。
表3
Figure BDA0002878547910000061
(4)分别取适量制作完成的温拌沥青样品，在115℃、135℃、155℃、175℃等四个梯度下进行旋转黏度试验检测，以黏度的对数值作为纵坐标，以温度作为横坐标，绘制黏-温曲线，并进行线性拟合，黏-温曲线如图6所示，黏-温曲线上0.35±0.05Pa·s与1.15±0.05Pa·s黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，降温幅度即原样沥青与温拌沥青压实温度之差。
检测试验
检测试验1
以SBS改性沥青为原材料沥青，采用有机降粘温拌剂A制备不同掺量的温拌沥青样品。按照本发明上述实施例1的获取有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度的方法，对所获沥青样品的25℃粘韧性、最佳掺量及降温幅度进行了测试，具体测试结果汇总于表4。
检测试验2
以成品高粘沥青为原材料沥青，采用有机降粘温拌剂A制备不同掺量的温拌沥青样品。按照本发明上述实施例2的获取有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度的方法，对所获沥青样品的25℃粘韧性、最佳掺量及降温幅度进行了测试，具体测试结果汇总于表4。
检测试验3
以SBS改性沥青为原材料沥青，采用有机降粘温拌剂B制备不同掺量的温拌沥青样品。按照本发明上述实施例3的获取有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度的方法，对所获沥青样品的25℃粘韧性、最佳掺量及降温幅度进行了测试，具体测试结果汇总于表4。
对比试验1
采用实施例1中的SBS改性沥青与有机降粘温拌剂A，按照工程中“厂家推荐+混合料验证”的方法确定最佳掺量与降温幅度，并制备相应的沥青样品，对所获沥青样品的25℃粘韧性进行测试，具体测试结果汇总于表4。
对比试验2
采用实施例2中的成品高粘沥青与有机降粘温拌剂A，按照工程中“厂家推荐+混合料验证”的方法确定最佳掺量与降温幅度，并制备相应的沥青样品，对所获沥青样品的25℃粘韧性进行测试，具体测试结果汇总于表4。
对比试验3
采用实施例3中的SBS改性沥青与有机降粘温拌剂B，按照工程中“厂家推荐+混合料验证”的方法确定最佳掺量与降温幅度，并制备相应的沥青样品，对所获沥青样品的25℃粘韧性进行测试，具体测试结果汇总于表4。
表4样品渗流度测试结果汇总
编号 25℃粘韧性(N·m) 有机降粘温拌剂掺量(％) 降温幅度(℃)
检测试验1 21.9 3.5 23.4
对比试验1 21.6 3.5 20.0
检测试验2 21.5 4.0 25.1
对比试验2 22.3 3.5 20.0
检测试验3 18.7 3.0 21.8
对比试验3 18.8 3.0 20.0
根据本发明方法获取得到的有机降黏温拌剂最佳掺量及温拌沥青混合料降温幅度，相比于工程中“厂家推荐+混合料验证”的方法确定最佳掺量与降温幅度，可以更精确地获取不同类型改性沥青中有机降黏温拌剂的最佳掺量和最佳降温幅度，提升温拌剂使用效率，具有良好的工程应用性能。同时，本发明方法相比于工程中“厂家推荐+混合料验证”的方法，可节省时间20％以上，节省试验费用30％以上，操作步骤简单，具有良好的经济性与实用性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
S1. 选取一种满足工程要求的改性沥青作为制备温拌沥青样品的原材料；
S2.基于添加的温拌剂建议用量范围，根据掺量间隔为0.5%~1.0%，分别选择不少于5个掺量梯度的温拌剂添加量制备温拌改性沥青；
S3.对步骤S2制备的不同掺量的温拌改性沥青进行粘韧性指标检测，得到温拌剂掺量与粘韧性指标的关系拟合曲线，根据粘韧性指标要求的取值范围，计算温拌剂最大掺量：
y =ax +b R²≥0.95
式中：y为粘韧性指标，x为温拌剂掺量，a、b为常数，R²为线性拟合相关系数；
S4.对不同掺量的温拌改性沥青进行三大指标检测，考虑到降温效果随着温拌剂掺量的增大而提高，因此在经济条件允许的情况下，可选三大指标满足规范要求时的最大掺量作为最佳掺量；
S5.针对最佳温拌剂掺量下的温拌改性沥青，分别测试不少于4个温度条件下的旋转黏度，以黏度的对数值作为纵坐标，以温度作为横坐标，绘制黏-温曲线，并进行线性拟合：
m =cn +d R²≥0.95
式中：m为黏度的对数值，n为温度，c、d为常数，R²为线性拟合相关系数；
S6.以黏-温曲线上以粘温曲线上0.35±0.05Pa·s与1.15±0.05Pa·s黏度处对应的温度作为混合料的拌和与压实温度，根据拟合结果，分别计算温拌改性沥青与温拌沥青样品原材料对应的拌和温度与压实温度，两者压实温度之差即为降温幅度。
2.根据权利要求1所述的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其特征在于：制备温拌改性沥青前需要对温拌沥青样品的原材料进行加热。
3.根据权利要求2所述的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其特征在于：所述温拌沥青样品的原材料加热温度随种类不同而不同，一般沥青加热温度为160℃~165℃；高粘沥青加热温度为170℃~180℃；橡胶沥青加热温度为175℃~185℃。
4.根据权利要求1所述的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其特征在于：所述步骤S3中，一般改性沥青粘韧性指标要求不小于16 N·m；高粘改性沥青与橡胶改性沥青粘韧性指标要求不小于20 N·m。
5.根据权利要求1所述的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述三大指标包括针入度、软化点和5℃延度。
6.根据权利要求1所述的降黏型路用温拌剂掺量及降温幅度的快速确定方法，其特征在于：所述步骤S4中，测试不同温度下的旋转黏度时，温度间隔不低于10℃~15℃。
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