CN113029941A - 一种评价沥青抗油污性能的试验方法 - Google Patents

一种评价沥青抗油污性能的试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种评价沥青抗油污性能的试验方法，具体按照以下步骤实施：选取石板和金属拔头，并对石板和拔头进行清洗处理；将沥青、药匙、石板和拔头放置在烘箱中加热；将硅胶圈放置石板上，使用药匙将沥青加入硅胶圈中心，并使用拔头对硅胶圈中心加入的沥青进行压实；待石板与拔头冷却后撤出硅胶圈，形成试件，将十六个试件放置在恒温箱中保温，保温完成后将八个试件放置在盛满柴油的塑料盒中，其中八个加有柴油的试件为试验组，另外八个为对照组；将八个放置在塑料盒中的试件取出并清理拔头周围的柴油，之后与另外八个试件一起放置在恒温箱中保温，保温结束后利用拉拔仪测量各个试件中拔头的拉拔强度；计算沥青在柴油侵蚀条件下的拉拔强度损失。

Description

一种评价沥青抗油污性能的试验方法
技术领域
本发明属于交通工程材料性能检测方法领域，具体地说，涉及一种评价沥青抗油污性能的试验方法。
背景技术
沥青作为一种从石油中提炼出来的由碳氢化合物及其他非金属衍生物组成的混合物，与汽油、柴油等轻质石油化工产品在分子结构和溶解度参数方面具有很大的相似性。因此，沥青极易被油品所溶解，并失去黏附性。随着我国交通事业的不断发展，由于交通事故、车辆维修等原因导致的油品泄漏现象屡见不鲜。沥青路面由于滴落燃油的侵蚀而逐渐软化、松散，并在自然环境和行车荷载作用下逐渐发展为坑槽、剥落等病害，影响行车舒适与安全。因此，对沥青路面抗油污性能及其评价试验方法的研究对沥青路面长期安全有效地运营至关重要。
关于沥青路面抗油污性能及其评价试验方法的研究目前已较为深入。但是这些研究主要集中在沥青混合料方面，由于集料性质和级配等因素的干扰而使得研究存在局限性。尽管也有针对沥青胶结料本身抗油污性能的评价方法，但仅仅就沥青在油品中的质量损失作为评价指标，并未从“沥青受到油品侵蚀后与集料的黏结力丧失”这一沥青路面受到燃油侵蚀的根本原因入手。
发明内容
本发明的目的是提供一种评价沥青抗油污性能的试验方法，用以评价沥青胶结料抗油污性能。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种评价沥青抗油污性能的试验方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，选取石板和金属拔头，并对石板和拔头进行清洗处理；
步骤2，将沥青、药匙以及步骤1得到的石板和拔头放置在烘箱中加热；
步骤3，将硅胶圈放置在步骤2得到的石板上，使用步骤2得到的药匙将步骤2得到的沥青加入硅胶圈中心，并使用步骤1得到的拔头对硅胶圈中心加入的沥青进行压实；
步骤4，待步骤3中的石板与拔头冷却后撤出硅胶圈，形成试件，将十六个试件放置在恒温箱中保温，保温完成后将八个试件放置在盛满柴油的塑料盒中，其中八个加有柴油的试件为试验组，另外八个为对照组；
步骤5，将八个放置在塑料盒中的试件取出并清理拔头周围的柴油，之后与另外八个试件一起放置在恒温箱中保温，保温结束后利用拉拔仪测量各个试件中拔头的拉拔强度；
步骤6，采用下式计算沥青在柴油侵蚀条件下的拉拔强度损失：
Figure BDA0002959693030000021
式中：POTST为试验组试件的拉拔强度，单位MPa；POTSC为对照组试件的拉拔强度，单位MPa。
本发明技术方案的特点还在于：
进一步地，在所述步骤1中，对石板进行清洗处理具体为：先用清水冲洗石板表面的灰尘及污垢，之后利用超声波清洗仪进行清洗5min，然后将石板置于105℃-110℃干燥箱中烘干至恒重。
进一步地，在所述步骤1中，对拔头进行清洗处理具体为：拔头采用超声波清洗仪进行清洗，后置于干燥箱中烘干至恒重。
进一步地，在所述步骤2中，若沥青为基质沥青，则再烘箱中加热的温度为150℃-155℃，加热时间为1h；若沥青为改性沥青，则再烘箱中加热的温度为170℃-175℃，加热时间为1h。
进一步地，在所述步骤4中，十六个试件放置在恒温箱中保温的温度为25℃，保温时间为1h。
进一步地，在所述步骤5中，在恒温箱中保温的温度为25℃，保温时间为1h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明的一种评价沥青抗油污性能的试验方法，基于沥青路面油蚀病害的机理，将原有的拉拔试验进行改良，形成一套专门评价沥青胶结料抗油污性能的评价方法，即浸油拉拔试验，可为沥青抗油污剂的研发和公路路面与机场道面的沥青材料选择提供参考；(2)本发明的一种评价沥青抗油污性能的试验方法，本浸油拉拔试验以浸油条件下的拉拔强度损失作为评价指标，利用沥青在油蚀条件下与集料的黏结力的损失来评价沥青胶结料的抗油污性能，操作简便且具有准确性和区分度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是不同加载速率与沥青膜厚下的浸油拉拔强度测试结果图；
图2是70#基质沥青和90#基质沥青的油蚀拉拔损失随时间的变化趋势图；
图3是I-C型SBS沥青和I-D型SBS沥青的油蚀拉拔损失随时间的变化趋势图；
图4是7LDPE改性沥青(LM)和橡胶改性沥青(CRM)的油蚀拉拔损失随时间的变化趋势图；
图5是浸油拉拔试验与劈裂试验结果的相关性分析图；
图6是浸油拉拔试验与飞散试验结果的相关性分析图。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明公开了一种评价沥青抗油污性能的试验方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，选取石板和金属拔头，并对石板和拔头进行清洗处理；对石板进行清洗处理具体为：先用清水冲洗石板表面的灰尘及污垢，之后利用超声波清洗仪进行清洗5min，然后将石板置于105℃-110℃干燥箱中烘干至恒重，对拔头进行清洗处理具体为：拔头采用超声波清洗仪进行清洗，后置于干燥箱中烘干至恒重；
步骤2，将沥青、药匙以及步骤1得到的石板和拔头放置在烘箱中加热；若沥青为基质沥青，则再烘箱中加热的温度为150℃-155℃，加热时间为1h；若沥青为改性沥青，则再烘箱中加热的温度为170℃-175℃，加热时间为1h；
步骤3，将硅胶圈放置在步骤2得到的石板上，使用步骤2得到的药匙将步骤2得到的沥青加入硅胶圈中心，并使用步骤1得到的拔头对硅胶圈中心加入的沥青进行压实；
步骤4，待步骤3中的石板与拔头冷却后撤出硅胶圈，形成试件，将十六个试件放置在恒温箱中于25℃下保温1h，保温完成后将八个试件放置在盛满柴油的塑料盒中，其中八个加有柴油的试件为试验组，另外八个为对照组；
步骤5，将八个放置在塑料盒中的试件取出并清理拔头周围的柴油，之后与另外八个试件一起放置在恒温箱中保温于25℃下保温1h，保温结束后利用拉拔仪测量各个试件中拔头的拉拔强度；
步骤6，采用下式计算沥青在柴油侵蚀条件下的拉拔强度损失：
Figure BDA0002959693030000051
式中：POTST为试验组试件的拉拔强度，单位MPa；POTSC为对照组试件的拉拔强度，单位MPa。
拉拔试验(BBS)是被引用并收录在AASHTO TP-91中的用于评价沥青与集料黏附性好坏的试验方法。在前人的研究中，拉拔试验被证明是具有简便性、准确性以及可重复性的试验方法。本发明的一种评价沥青抗油污性能的试验方法，基于沥青路面油蚀病害的机理，将原有的拉拔试验进行改良，形成一套专门评价沥青胶结料抗油污性能的评价方法，即浸油拉拔试验，可为沥青抗油污剂的研发和公路路面与机场道面的沥青材料选择提供参考。
影响试验结果的参数主要包括拉拔速率、沥青膜厚、浸油温度和浸油时间。其中拉拔速率由仪器PosiTest AT-A控制，沥青膜厚由金属拉拔头底部的凹槽控制。
拉拔速率和沥青膜厚的确定：选取70#基质沥青，拉拔速率选择0.4、0.7、1.0和1.2MPa/s，沥青膜厚选择0.2mm和0.8mm。浸油温度选择25℃，浸油时间为1h。按照上述步骤制备两种沥青膜厚的试件。出于简便考虑，这一步仅制备浸油组试件。浸油后测定在不同拉拔速率下的POTS值，试验结果如图1。
根据图1可知，沥青膜厚相同时，0.2mm沥青膜厚试件的浸油拉拔强度随着加载速率的增加而增加，而0.8mm沥青膜厚试件的浸油拉拔强度变化不明显。而在同一加载速率下，0.2mm沥青膜厚试件的浸油拉拔强度明显大于0.8mm沥青膜厚试件的浸油拉拔强度。
此外，根据每组数据的误差棒长度可知，浸油条件下，加载速率为0.7MPa/s和1.0MPa/s、沥青膜厚为0.2mm时，测得的拉拔强度数值波动性最小。而当沥青膜厚为0.2mm、加载速率大于0.7MPa/s时，经仪器拉拔后拔头与石板之间更易发生拔头破坏，即破坏界面发生在拔头和沥青之间，不属于本次研究的对象。因此，本浸油拉拔试验应选择0.7MPa/s作为拉拔速率，0.2mm作为沥青膜厚。
浸油温度和浸油时间的初步确定：选取70#、90#两种基质沥青，I-C、I-D两种SBS改性沥青，LDPE改性沥青(LM)和橡胶改性沥青(CRM)。按照上述步骤制备试件，并将试件在25℃和40℃条件下各浸油1h、2h、4h、8h和24h。最后根据式(1)计算每种沥青在不同条件下的油蚀拉拔损失ΔPOTSO。试验结果如图2-图4以及表1-表6。
表1为70#基质沥青在不同浸油时间与浸油温度下的POTS值
Figure BDA0002959693030000061
表2为90#基质沥青在不同浸油时间与浸油温度下的POTS值
Figure BDA0002959693030000062
表3为I-C型SBS沥青在不同浸油时间与浸油温度下的POTS值
Figure BDA0002959693030000071
表4为I-D型SBS沥青在不同浸油时间与浸油温度下的POTS值
Figure BDA0002959693030000072
表5为LDPE改性沥青在不同浸油时间与浸油温度下的POTS值
Figure BDA0002959693030000073
表6为橡胶改性沥青在不同浸油时间与浸油温度下的POTS值
Figure BDA0002959693030000081
根据试验结果可知，在浸油的初始时间段由于沥青的油蚀未稳定下来，六种沥青的油蚀拉拔损失ΔPOTSO随着浸油时间变化较快，且不同沥青的ΔPOTSO区分度较低。而随着浸油时间的延长，由于沥青的不断损失，六种沥青的ΔPOTSO增长逐渐放缓。尤其是对于基质沥青而言，其ΔPOTSO达到100％，表明拔头与石板间的沥青膜已完全溶解。因此，综合考虑试验结果区分度、准确性和时间成本，25℃下浸油4h与40℃下浸油2h是较为合适的试验参数。
浸油温度和浸油时间的最终确定：制备六种沥青的混合料马歇尔试件，集料级配为AC-13。将六种沥青的混合料试件分为两组，其中一组浸油24h后与另一组试件一同进行劈裂试验和肯塔堡飞散试验。根据式(2)(3)计算得到油蚀劈裂损失和油蚀飞散损失，试验结果如表7。
Figure BDA0002959693030000082
式中，ΔRoT为浸油劈裂损失；RT1为浸油试件的劈裂强度，MPa；RT2为未浸油试件的劈裂强度，MPa。
Figure BDA0002959693030000083
式中，ΔSo为浸油飞散损失；Mao为浸油试件经试验后残余固体的质量，g；Mbo为试件在浸油前的初始质量，g。
表7为浸油拉拔试验与沥青混合料试验结果
Figure BDA0002959693030000091
根据试验结果可知，25℃下浸油4h所得到的不同沥青的抗油污性能的排序与40℃下浸油2h所得到的试验结果以及由沥青混合料得到的试验结果不同。这表明25℃下浸油4h的试验条件并不适用于橡胶改性沥青。同时，将40℃下浸油2h得到的浸油拉拔试验结果与沥青混合料试验结果进行相关性分析。如图5和图6，试验结果的相关系数分别为0.9314和0.8348，相关性较好。因此，选择40℃作为浸油温度，2h作为浸油时间。
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种评价沥青抗油污性能的试验方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，选取石板和金属拔头，并对石板和拔头进行清洗处理；
步骤2，将沥青、药匙以及步骤1得到的石板和拔头放置在烘箱中加热；
步骤3，将硅胶圈放置在步骤2得到的石板上，使用步骤2得到的药匙将步骤2得到的沥青加入硅胶圈中心，并使用步骤1得到的拔头对硅胶圈中心加入的沥青进行压实；
步骤4，待步骤3中的石板与拔头冷却后撤出硅胶圈，形成试件，将十六个试件放置在恒温箱中保温，保温完成后将八个试件放置在盛满柴油的塑料盒中，其中八个加有柴油的试件为试验组，另外八个为对照组；
步骤5，将八个放置在塑料盒中的试件取出并清理拔头周围的柴油，之后与另外八个试件一起放置在恒温箱中保温，保温结束后利用拉拔仪测量各个试件中拔头的拉拔强度；
步骤6，采用下式计算沥青在柴油侵蚀条件下的拉拔强度损失：
Figure FDA0002959693020000011
式中：POTST为试验组试件的拉拔强度，单位MPa；POTSC为对照组试件的拉拔强度，单位MPa。
2.根据权利要求1所述的评价沥青抗油污性能的试验方法，其特征在于，在所述步骤1中，对石板进行清洗处理具体为：先用清水冲洗石板表面的灰尘及污垢，之后利用超声波清洗仪进行清洗5min，然后将石板置于105℃-110℃干燥箱中烘干至恒重。
3.根据权利要求1所述的评价沥青抗油污性能的试验方法，其特征在于，在所述步骤1中，对拔头进行清洗处理具体为：拔头采用超声波清洗仪进行清洗，后置于干燥箱中烘干至恒重。
4.根据权利要求1所述的评价沥青抗油污性能的试验方法，其特征在于，在所述步骤2中，若沥青为基质沥青，则再烘箱中加热的温度为150℃-155℃，加热时间为1h；若沥青为改性沥青，则再烘箱中加热的温度为170℃-175℃，加热时间为1h。
5.根据权利要求1所述的评价沥青抗油污性能的试验方法，其特征在于，在所述步骤4中，十六个试件放置在恒温箱中保温的温度为25℃，保温时间为1h。
6.根据权利要求4所述的评价沥青抗油污性能的试验方法，其特征在于，在所述步骤5中，在恒温箱中保温的温度为25℃，保温时间为1h。
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