CN113033986A - 一种沥青发泡质量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于沥青发泡质量评价技术领域，具体涉及一种沥青发泡质量评价方法，包括实验测量和理论计算两大部分，首先通过实验获得不同发泡条件下制备的泡沫沥青的实际膨胀率和半衰期，然后通过理论计算获得对应的发泡质量指数，进行发泡质量评价，在修正的泡沫沥青衰减方程基础上，综合膨胀率和半衰期两个互相矛盾的评价指标，考虑实际工程要求泡沫沥青最小膨胀率和半衰期的限制，提出将发泡质量指数作为沥青发泡质量的评价指标，实现不同沥青发泡条件下，泡沫沥青质量的综合评价，从而为优化发泡条件和提高泡沫沥青质量奠定基础；其原理科学可靠，通过QI值明确给出不同沥青发泡条件下的泡沫沥青的质量。
Description
技术领域：
本发明属于沥青发泡质量评价技术领域，具体涉及一种沥青发泡质量评价方法，能够实现不同发泡条件下泡沫沥青质量的综合评价，为优化发泡条件和提高泡沫沥青质量奠定基础。
背景技术：
目前，道路养护修复需求量巨大。传统的道路修复方法以翻挖重建为主，不仅工期长、造价高，而且带来了大量废料无法处理的问题。基于此，道路养护技术及装备必向节能、环保的方向发展。
泡沫沥青冷再生技术是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后，与泡沫沥青、新集料等按一定比例重新拌和混合料，使之满足路用性能后重新铺筑路面的道路修复技术。该技术无需对集料进行烘干加热，同时在减少沥青用量的情况下，充分利用了废旧路面刨铣料，克服了传统道路修复方式高成本，高能耗和高污染的不足。
泡沫沥青冷再生技术的核心是泡沫沥青的制备，即沥青发泡技术。在此过程中，一定温度的沥青、水和压缩空气从不同喷口射入发泡腔内混合，低温水在与高温沥青接触发生传热相变，使发泡腔内压力增加、沥青体积膨胀并从出口喷出，形成泡沫沥青。为了实现高效率泡沫沥青冷再生装备的开发，必须提高沥青发泡质量。
现有技术中，泡沫沥青制备装置专利众多，例如：中国专利一种模块化设计的沥青发泡设备公开的一种模块化设计的沥青发泡设备，包括沥青供给系统、发泡水供给系统、加湿水系统、空气供给系统和泡沫沥青喷洒杆，沥青供给系统、空气供给系统、发泡水供给系统、加湿水系统和泡沫沥青喷洒杆各自为独立模块；泡沫沥青喷洒杆由沥青管路、压缩空气管路、发泡水管路、加湿水管路、数个沥青喷嘴阀门、发泡腔和气缸，以及气缸驱动管路组成，并通过喷洒杆架设支板固定于搅拌仓内；沥青管路、压缩空气管路和发泡水管路以并联方式与各个发泡腔连接，分别为发泡腔提供热沥青、发泡水和压缩空气；沥青喷嘴阀门安装在发泡腔上并与气缸连接，气缸驱动管路以并联方式与各个气缸连接，为气缸提供压力空气；加湿水管路架设在发泡水管路一侧，其上设有多个喷口，喷口朝向搅拌仓内部，为混合料提供加湿水；泡沫沥青喷洒杆上的沥青管路两端通过沥青输送管与沥青供给系统连接，并构成回路；沥青管路的输入端通过沥青输送管与沥青泵的输出端连接，而沥青泵输入端与沥青罐的输出端连接，沥青罐的输入端先与沥青回路阀门相连接，再通过沥青输送管与沥青管路的输出端连接；沥青输送管两端的连接处均通过沥青管路接口法兰固定；水箱可拆卸，且通过水管接口法兰分别与发泡水泵和加湿水泵连接，为这两个水泵供水；水箱有两个水输送管，其一端分别与泡沫沥青喷洒杆上的发泡水管路和加湿水管路相连，连接处通过水管快换接头固定，另一端分别接入发泡水供给系统和加湿水系统；加湿水管路的输入端通过水输送管连接加湿水系统中的加湿水泵；发泡水管路的输入端通过水输送管顺次连接发泡水供给系统的储能器的一端、发泡水过滤器的输出端、发泡水泵输出端；发泡水泵和加湿水泵的输入端与水箱连接，其连接处通过水管接口法兰固定，便于水箱的拆卸；压缩空气管路和气缸驱动管路的输入端各自通过一根空气输送管与空气供给系统相连，连接处通过空气管路快换接头固定连接；空气供给系统中的空气输送管与压力变送器的一端连接，压力变送器的另一端与油水分离器输出端相连接，油水分离器的输入端与空压机连接；中国专利201420067044.1公开的一种新型连续式泡沫沥青拌合站，包括初拌装置和复拌装置，所述初拌装置包括搅拌系统，搅拌系统的进料口上方设有发泡系统和上料皮带机，所述发泡系统分别连接高压发泡水系统、导热油系统和高压空气系统；所述复拌装置包括沥青分配阀，以及与沥青分配阀连接的至少一个泡沫沥青发生器，所述沥青分配阀连接搅拌系统的出料口，所述泡沫沥青发生器包括涡流发泡腔和沥青剪切发泡腔，所述涡流发泡腔上端连接分沥青管道，涡流发泡腔下端连接沥青剪切发泡腔，所述涡流发泡腔侧面连接有第一高压发泡水管，所述沥青剪切发泡腔的侧面连接有第二高压发泡水管和高压空气管，沥青剪切发泡腔的下端设有沥青喷射机构。但是，基本没有关于沥青发泡质量的评价方法专利，对于沥青发泡质量的评价主要采用膨胀率和半衰期两个指标描述，通常情况下，泡沫沥青膨胀率越大，半衰期越长，发泡质量越好。实际上膨胀率和半衰期是一对相互矛盾的指标，难以直接说明发泡质量。JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》仅仅给出了满足实际工程用最低的发泡质量要求，即沥青膨胀率不小于10，半衰期不小于8s。此外，Jenkins教授提出了一种综合评价泡沫沥青发泡质量的方法：发泡指数(FI)评价方法，综合考虑膨胀率和半衰期两指标，具有一定的合理性。首先定义了泡沫沥青衰减过程的表达公式：
其中，ER(t)为泡沫沥青喷出后t时刻泡沫沥青体积膨胀比；ERm为最大观测体积膨胀比(即膨胀率)；τ1/2为半衰期，单位为s；FI为衰减曲线与工程要求最小膨胀率(ERmin)之间的面积，当ERmin＝4时，FI的计算公式为：
其中，cER为膨胀率修正系数，且cER＝ERm/ERa，根据图1所示的泡沫沥青喷射时间和半衰期获取；ts为泡沫沥青喷射时间，单位为s；这种计算方法采用的衰减方程准确性较差，当发泡时间t趋于无穷时，计算得到的泡沫沥青膨胀比为0，与实际不符，且发泡指数法未考虑工程要求的最小半衰期的限制。因此，需要研发设计一种沥青发泡质量评价方法，在修正的泡沫沥青衰减方程基础上，综合膨胀率和半衰期两个指标，提出发泡质量指数作为沥青发泡质量的评价指标，具有积极的经济和社会效益。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种沥青发泡质量评价方法，能够对不同发泡条件下泡沫沥青质量进行综合评价，从而为优化发泡条件和提高泡沫沥青质量奠定基础。
为了实现上述目的，本发明涉及的沥青发泡质量评价方法包括实验测量和理论计算两大部分，首先通过实验获得不同发泡条件下制备的泡沫沥青的实际膨胀率和半衰期，然后通过理论计算获得对应的发泡质量指数，进行发泡质量评价。
本发明涉及的沥青发泡质量评价方法的具体工艺过程包括以下步骤：
(1)设定沥青发泡条件，在不同发泡条件下，分别制备泡沫沥青；
(2)制备泡沫沥青时，使用带有标尺的沥青测量桶置于发泡腔出口处盛接泡沫沥青，在发泡过程中测量泡沫沥青所能达到的最大膨胀体积，并用摄像机记录泡沫沥青液面高度变化和各液面高度所对应的时间，根据泡沫沥青最大膨胀体积和未发泡沥青体积比计算获得实际膨胀率ERm，将记录泡沫沥青最大体积缩小到一半时所用时间作为半衰期τ1/2；
(3)根据泡沫沥青喷射时间和半衰期查询图1，确定膨胀率修正系数，依据公式：ERa＝ERm/cER，计算理论膨胀率ERa，进而获得泡沫沥青衰减方程：
(4)根据工程要求最小半衰期τ1/2min、最小膨胀率ERmin和步骤(3)获得的衰减方程计算发泡质量评价指标—发泡质量指数(QI)；
(5)比较和分析不同条件下计算得到的QI值，QI值越大，发泡质量越好。
本发明步骤(1)涉及的沥青为非改性沥青；沥青发泡条件包括沥青温度和发泡水含量，沥青温度为140—180℃，发泡水含量为1—4％。
本发明步骤(4)涉及的发泡质量指数计算公式为：
发泡质量指数的定义标准为：当理论膨胀率或半衰期小于工程要求时，泡沫沥青质量不合格，将QI值定义为0；当理论膨胀率和半衰期满足工程要求时，将QI值定义为衰减曲线与工程要求最小膨胀率的一半、工程要求最小半衰期和实际半衰期之间区域的面积。
本发明与现有技术相比，在修正的泡沫沥青衰减方程基础上，综合膨胀率和半衰期两个互相矛盾的评价指标，考虑实际工程要求泡沫沥青最小膨胀率和半衰期的限制，提出将发泡质量指数作为沥青发泡质量的评价指标，实现不同沥青发泡条件下，泡沫沥青质量的综合评价，从而为优化发泡条件和提高泡沫沥青质量奠定基础；其原理科学可靠，能够明确判断不同沥青发泡条件下制备的泡沫沥青的质量。
附图说明：
图1为本发明背景技术涉及的膨胀率修正系数与半衰期和喷射时间关系示意图。
图2为本发明的流程示意图。
图3是本发明实施例1涉及的沥青发泡质量指数(ER>ERmin且τ1/2>τ1/2min)的定义示意图。
具体实施方式：
下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的沥青发泡质量评价方法的具体工艺过程包括以下步骤：
(1)通过控制变量法，采用普通AH-70型号沥青分别在不同沥青温度和不同水流量条件下采用发泡试验机进行发泡实验：
设定沥青发泡条件：
研究发泡水含量影响时，沥青温度设定为160℃，发泡水含量分别设定为沥青流量的2％、3％、4％和5％；研究沥青温度影响时，发泡水含量设定为沥青流量的4％，沥青温度分别设定为160℃、170℃、180℃和190℃；
制备泡沫沥青：对沥青温度和发泡水流量进行标定，将沥青流量设定为100g/s，压力设定为0.4MPa，泡沫沥青喷射时间设定为20s，分别通过加热板和发热带将沥青加热至设定温度后进行实验；
(2)在每一种实验条件下，使用带有标尺的沥青测量桶置于发泡腔出口处盛接泡沫沥青，在发泡过程中测量泡沫沥青的最大膨胀体积，并用摄像机记录泡沫沥青液面高度变化和到达各液面高度时对应的时间，根据泡沫沥青最大膨胀体积与未发泡沥青体积比计算获得实际膨胀率ERm，记录泡沫沥青最大体积缩小到一半时所用时间并作为半衰期τ1/2，测量得到的不同条件下泡沫沥青膨胀率和半衰期如表1所示：
(3)根据泡沫沥青喷射时间和半衰期，通过查询如图1所示的膨胀率修正系数和半衰期、喷射时间关系示意图，确定膨胀率修正系数，根据公式：ERa＝ERm/cER，计算理论膨胀率ERa，得到如表2所示的不同沥青发泡条件下的膨胀率修正系数和理论膨胀率：
进而获得不同沥青发泡条件下泡沫沥青的衰减方程：
(4)根据维特根机械有限公司冷再生产品说明手册设置ERmin＝8，τ1/2min＝6s，根据：
计算不同沥青发泡条件下的QI值，积分后得到最终QI值计算公式：
计算得到不同发泡条件下的QI值如表3所示：
当理论膨胀率或半衰期小于工程要求时，则认为泡沫沥青质量不合格，定义QI值为0；当理论膨胀率和半衰期满足工程要求时，则定义QI值为衰减曲线与工程要求最小膨胀率的一半、工程要求最小半衰期和实际半衰期之间区域的面积，如图3所示的黑色部分；
(5)比较不同沥青发泡条件下的QI值，QI值越大，沥青发泡质量越好，在不同发泡水含量实验中，发泡水流量为沥青流量4％是的QI值最大，经过分析，可以得到其膨胀率与几组数据中最大值(发泡水含量5％时)接近，而其半衰期远好于发泡水含量5％时的实验结果；在不同沥青温度实验中，沥青温度为170℃是的QI值最大，而其膨胀率和半衰期综合结果亦为最佳。
本实施例涉及的沥青发泡质量评价方法采用QI值评价泡沫沥青发泡质量的方法综合考虑了膨胀率和半衰期两个指标，通过QI值明确给出不同沥青发泡条件下的泡沫沥青的质量，对实际工程优化发泡条件和提高泡沫沥青质量具有指导意义。
Claims (8)
1.一种沥青发泡质量评价方法，其特征在于，包括实验测量和理论计算两大部分，首先通过实验获得不同发泡条件下制备的泡沫沥青的实际膨胀率和半衰期，然后通过理论计算获得对应的发泡质量指数，进行发泡质量评价。
2.根据权利要求1所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，具体工艺过程包括以下步骤：
(1)设定沥青发泡条件，在不同发泡条件下，分别制备泡沫沥青；
(2)制备泡沫沥青时，使用沥青测量桶置于发泡腔出口处盛接泡沫沥青，测量泡沫沥青的最大膨胀体积，并用摄像机记录泡沫沥青液面高度变化和各液面高度对应的时间，根据泡沫沥青最大膨胀体积和未发泡沥青体积比计算获得实际膨胀率ERm，将泡沫沥青最大体积缩小到一半时所用的时间作为半衰期τ1/2；
(3)根据泡沫沥青喷射时间和半衰期确定膨胀率修正系数，依据公式：ERa＝ERm/cER，计算理论膨胀率ERa，进而获得泡沫沥青衰减方程：
(4)根据工程要求最小半衰期τ1/2min、最小膨胀率ERmin和步骤(3)获得的衰减方程计算发泡质量评价指标—发泡质量指数(QI)；
(5)比较和分析不同条件下计算得到的QI值，QI值越大，发泡质量越好。
3.根据权利要求2所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，步骤(1)涉及的沥青为非改性沥青。
4.根据权利要求2或3所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，步骤(1)涉及的沥青发泡条件包括沥青温度和发泡水含量。
5.根据权利要求2所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，步骤(4)涉及的发泡质量指数计算公式为：
6.根据权利要求2或5所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，发泡质量指数的定义标准为：当理论膨胀率或半衰期小于工程要求时，泡沫沥青质量不合格，将QI值定义为0；当理论膨胀率和半衰期满足工程要求时，将QI值定义为衰减曲线与工程要求最小膨胀率的一半、工程要求最小半衰期和实际半衰期之间区域的面积。
7.根据权利要求4所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，沥青温度为140—180℃。
8.根据权利要求4所述的沥青发泡质量评价方法，其特征在于，发泡水含量为1—4％。
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Non-Patent Citations (1)
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