CN115979902B - 一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程技术领域,提供一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,包括:(1)针对待评价的集料的类型筛选吸水率测试结果满足正态分布且位于95%置信区间内的集料试样;(2)根据待评价的冷拌沥青的类型确定步骤(1)中集料试样的预处理方式,分别采用不同方式对乳化型沥青和溶剂型沥青所对应集料试样进行润湿预处理;(3)在0℃~40℃下测量所述冷拌沥青在经过预处理后的集料试样的上表面的接触角,其中,所述集料试样的上表面与水平面夹角不大于2°。可以通过接触角的测试值评价该冷拌沥青与集料的裹附效果,如接触角越小,则所述冷拌沥青和所述集料的裹附效果越好,本发明能实现对冷拌沥青与集料裹附效果的量化评价。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域,尤其涉及一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法。
背景技术
近年来,冷拌沥青混合料由于具有低污染、低耗能的技术优势,被广泛应用于路面铺筑与再生修复中。现有冷拌沥青常用乳化型沥青和溶剂型沥青,由于这种冷拌沥青在常温下处于流动态,因此可以在常温下与集料进行拌合。但是经过长期考察发现,冷拌沥青混合料在使用过程中易出现沥青裹附不均,存在“花白料”的现象,导致冷拌沥青混合料中沥青在集料表面粘附不佳,易受水的侵蚀而剥落,其根本原因在于冷拌沥青与集料裹附性较差,集料表面的沥青膜不完整,水易从沥青膜破损处侵蚀沥青混合料,导致冷拌沥青混合料变得松散。裹附性能指沥青混合料在拌合过程中,沥青在集料表面铺展、包裹和覆盖的能力。现有评价冷拌沥青与集料裹附性能的方法主要依靠沥青与集料拌合状态的主观判断,例如《乳化沥青裹附性试验法》(SH/T0099.7-2005)中对裹附性的评价仅粗略分为“好、较好、不好”,难以对测试结果进行准确量化和分析比较。
现有的常温固体沥青在集料上的裹覆测试采用了基于表面能理论的接触角测试方法。表面能理论中,液体与固体的接触角作为衡量液体在固体表面润湿性能的参数,根据杨氏方程中接触角与各界面张力间的关系可以推测,其数值越小,润湿功数值越大,润湿越容易自发进行,代表液体越容易润湿固体表面。相关测试方法包括2种,一是测量测试液在常温固态沥青的接触角,计算固体沥青的表面自由能,间接评价沥青与集料的裹覆能力;另一种通过测试热熔状态沥青与集料的接触角大小评价沥青与集料的裹附能力。
但以上方法均不适用于常温下呈液态的冷拌沥青。原因在于,若采用测量测试液在常温固态沥青的接触角的方式,则需要将冷拌沥青中水分或溶剂蒸发干净后制成固体沥青膜,测得的表面自由能与冷拌沥青在液体状态下的表面自由能存在较大差距;若直接将冷拌沥青滴在集料表面测量接触角,经本发明实践发现,二者直接接触会导致冷拌沥青破乳、结团等一系列问题,不能得到稳定准确的接触角测试结果。同时集料作为天然材料,其孔隙特性与表面粗糙程度存在变异性,对冷拌沥青在集料表面的接触角也会产生很大影响。
鉴于此,提出本发明。
发明内容
本发明提供一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,用以解决现有技术中评价沥青与集料裹附性能的方法对冷拌沥青与集料裹附效果评价不够准确的缺陷,通过将冷拌沥青直接滴定在经过特定预处理的集料试样表面,而且所选择的相同类型集料中各个集料的吸水率相近,可以有效消除各影响因素造成的实验结果变异性,使本发明的方法实现对冷拌沥青和集料裹附效果的准确评价。
具体地,本发明提供一种冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,包括:
(1)针对待评价的集料的类型筛选吸水率测试结果满足正态分布且位于95%置信区间内的集料试样;
(2)根据待评价的冷拌沥青的类型确定步骤(1)中集料试样的预处理方式:
若冷拌沥青为乳化型沥青,则预处理包括:将集料试样浸没入水中30s以上后取出,并用拧干湿毛巾擦拭其表面至无水渍;
若冷拌沥青为溶剂型沥青,则预处理包括:将集料试样分别烘干至恒重后,在温度为20℃~40℃、相对湿度为40%RH~60%RH的环境中静置一定时间(20h±1h);
(3)在0℃~40℃下测量所述冷拌沥青在经过所述预处理后的集料试样的上表面的接触角;
所述集料试样的上表面与水平面夹角不大于2°。
本发明中的“无水渍”是指使集料试样表面为潮湿状态且集料试样表面无发亮水迹。
本发明在实际对比中发现,热拌沥青是其沥青本体与集料之间裹附,而冷拌沥青与集料之间是先拌合,随着水分以及添加剂蒸发等过程发生,冷拌沥青本体逐步与集料形成裹附的状态,而且,热拌沥青在高温条件下黏度较低,具有较好的流动性,与集料之间的裹附性能在高温条件下普遍良好,沥青中添加的改性剂对裹附效果的影响不明显,但是,冷拌沥青中的成分则对冷拌沥青体系影响很大,进而对冷拌沥青与集料之间裹附效果产生影响,因而,现有技术中的测量测试液在常温固态沥青的接触角的方式应用到冷拌沥青时,测试误差很大。同时,本发明在研究中还发现,存在微孔结构的集料所具备的吸水率特性对沥青和集料拌合时达到的裹附效果也产生关键影响,在本发明的方法中,基于目前广泛使用的接触角测试方法,重新设计了一种适用于冷拌沥青的裹附效果评价方法,通过针对待评价的冷拌沥青的类型确定待评价的集料中每个集料试样的预处理方式,而且,筛选吸水率相近的集料颗粒作为待评价的集料试样,使得该方法能更准确地评价冷拌沥青在实际拌合中对集料润湿的状态。
经试验发现,当同种集料的吸水率测试结果符合正态分布时,位于95%置信区间内的吸水率更贴近集料真实的吸水率,更能表征该种集料的真实孔隙状态,同时在此区间内也可避免因吸水率差异过大而对后续接触角测试产生影响。在本发明中,利用正态分布函数对吸水率测试结果进行拟合,得到置信区间范围之前,还对所选集料试样的吸水率进行检验,验证其是否符合正态分布规律,优选是采用夏皮罗-威尔克法检验。
优选地,本发明还可以在控制实验变量基础上对不同沥青-集料组合的实验数据进行横向对比,根据对比结果对不同冷拌沥青与预处理后集料试样的裹附效果进行横向评价。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,所述集料试样的筛选步骤为:
(I)依次使用洗洁精、无水乙醇和水对若干个集料颗粒表面进行清洗,使得所述集料颗粒表面无异物和杂质,然后烘干所述集料颗粒至恒重,记每个集料颗粒的干燥质量为;一般在105℃烘箱中烘2小时即可,其中,恒重是指集料颗粒连续两次质量称取值之差小于0.3mg;
(III)对步骤(II)中满足正态分布的所有集料颗粒的吸水率结果使用正态分布函数进行拟合,以95%置信区间作为筛选标准,剔除超出95%置信区间范围的吸水率值所对应的集料颗粒,剩余集料颗粒即为步骤(1)中筛选的集料试样。
当第一次所选择的集料颗粒的数量,如10个,无法使得步骤(II)中所有集料颗粒的吸水率结果满足正态分布时,则增加步骤(I)中集料颗粒的个数直至步骤(II)中所有集料颗粒的吸水率结果满足正态分布。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(3)中冷拌沥青在所述上表面上形成的液滴由内径为1.5mm~1.6mm的注射器针头滴定形成且所述液滴的体积为5μL~6μL。
上述规格的注射器针头可以保证冷拌沥青液滴流畅顺利滴落;
为了避免冷拌沥青在测试过程中受针头材质影响,优选所述注射器针头的材质为不绣钢或者塑料。
所述液滴的体积即冷拌沥青的滴定量,该滴定量只要能够使冷拌沥青悬挂在注射器针尖处不因自重而掉落,且在液滴与集料试样表面接触后不粘连针头的同时在集料试样表面快速形成液滴,通过实验发现,所述液滴的体积为5μL~6μL时,形成的液滴符合要求。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(3)中所述冷拌沥青形成的液滴在接触上表面的4s~6s内记录接触角图像。基于冷拌沥青的稳定性,优选在上述时间段记录图像。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(1)中筛选的集料试样的数量为5个以上。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(3)中接触角为所有集料试样上测得的接触角的平均值。
在步骤(2)中,需要对筛选出来的多个集料试样进行一批次的预处理,若冷拌沥青为溶剂型沥青,多个集料试样对应的预处理中静置的时间差控制在0.5h以内即可。
在步骤(3)中,多个集料试样与待评价的冷拌沥青的接触角的测试也可以一批次进行,如可以将待评价的冷拌沥青逐个滴在经过所述预处理后的集料试样的上表面,得到所述冷拌沥青与所述若干个集料试样的接触角的平均值,记为所述接触角;此时,最好控制第一个液滴形成时至最后一张接触角图像采集完毕时的时间差在5分钟以内,否则可以判定为测试失效。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(3)中集料试样的上表面在预处理前形成,且该上表面的粗糙度小于0.1μm,抛光面面积为800mm2~2000mm2。
在上述方法中,为了方便操作,可以将集料颗粒打磨使其形成2个相互平行的2个打磨平面,且2个平面之间的距离为该集料颗粒粒径的0.3~0.4倍;打磨时,可以先用粗目金刚砂磨盘进行打磨,打磨后,将集料颗粒置于水平测试台上,一打磨面贴合台面,用气泡水准器测试另一打磨面,当水平气泡居中则可以认为该打磨面与水平面平行,最后使用细目磨砂轮对打磨后的表面进行抛光使表面平整光滑没有打磨轮迹,且使上表面的粗糙度小于0.1μm,抛光面面积为800mm2~2000mm2。
每个集料试样在预处理前其上表面均经过清洗。
设置抛光面面积为800mm2~2000mm2是为了满足滴液数量需求,优选地,每个集料试样上重复滴液不少于5次,将多次测得的值的平均值作为该集料试样的测试值。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,所述冷拌沥青为乳化型沥青或者溶剂型沥青。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(3)中的接触角越小,则所述冷拌沥青和所述集料的裹附效果越好。
根据本发明提供的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,步骤(1)中筛选的集料试样的粒径为26.5mm~31.5mm。
本发明提供的一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,在常温下进行,通过针对待评价的集料的类型确定待评价的集料中每个集料试样的预处理方式,而且,选择吸水率相近的集料颗粒作为待评价的集料试样,将冷拌沥青直接滴定在所选择的集料试样表面,使得该方法能更准确地评价冷拌沥青在实际拌合中对集料润湿的状态,实现对冷拌沥青和集料裹附效果的准确评价。
本发明提供的一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,简单易操作、可重复性高、适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的润湿的操作流程示意图;
图2为本发明提供的图像中液滴轮廓线在集料试样上表面交界处的左侧切线和右侧切线与该上表面形成的夹角的示意图。
附图标记:
1:蒸馏水;2:拧干湿毛巾;3:浸泡后集料;4:润湿后集料;5:集料的上表面;6:液滴轮廓线;7:夹角。
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,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本实施例中采用的接触角测定仪为DSA100光学接触角测定仪。
下面结合图1~图2描述本发明的一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法。
实施例1
一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,具体步骤如下:
(1)集料准备:
(1.1)先选取若干个石灰岩集料颗粒和若干个玄武岩集料颗粒;各集料颗粒的尺寸范围为:粒径26.5mm~31.5mm。
(1.2)再使用目数为800目的粗目金刚砂磨盘对上述所选的每个集料颗粒的上下表面打磨使其形成2个相互平行的2个打磨平面且2个平面之间的距离为该集料颗粒粒径的0.3~0.4倍;
(1.3)然后使用1200目的细目金刚砂磨盘对上述每个集料颗粒的2个打磨平面进行抛光处理,得到的每个集料颗粒上至少含有1个面积为800mm2以上的抛光面。
(2)筛选集料试样
(2.1)先使用洗洁精、无水乙醇和去离子水对打磨抛光后的石灰岩集料颗粒和玄武岩集料颗粒进行表面清洗,使得集料颗粒表面无异物和杂质,并在105℃烘箱中烘干至恒重,得到表面洁净的集料颗粒,每种集料颗粒的数量为10个;
(2.2)再对表面洁净的集料颗粒的吸水率进行测试并筛选,方法如下:
(2.2.3)检验步骤(2.2.2)测得10个石灰岩集料颗粒吸水率是否符合正态分布,测试结果如下:
利用夏皮罗-威尔克检验法对上述数据进行正态分布检验,p值为0.289,因此在0.05水平下,所测10个石灰岩集料颗粒的吸水率结果符合正态分布,对以上测试结果进行正态分布函数拟合,确定95%置信区间为0.27%~0.39%,筛除位于95%置信区间以外的集料颗粒③、⑤、⑥、⑧、⑩,得到剩余满足95%置信区间的集料颗粒作为测试集料试样,具体如下:
对玄武岩集料颗粒的吸水率采用与石灰岩集料颗粒相同的方法进行测试并筛选。
(3)将步骤(2.2)中筛选得到的石灰岩集料试样和玄武岩集料试样进行编号,具体如下:
(4)对步骤(2.2)选取的集料试样烘干至恒重,并对烘干后的集料试样进行饱水润湿处理,如图1所示,饱水润湿处理步骤包括:将集料试样放入蒸馏水1中重新浸泡30s,使用拧干湿毛巾2擦拭浸泡后集料试样3表面,使所有集料试样表面无水渍,得预处理后的集料试样4。
(5)测试接触角
(5.1)选择市售普通乳化沥青作为滴定沥青,在步骤(4)预处理后的每个集料试样的上表面滴液,并记录,其中,每次滴液均按照以下步骤重复操作:
(5.1.1)选择内部洁净的不锈钢针头塑料注射器抽取密封保存的乳化沥青1,设置每次滴液量为6μL,使用DSA100光学接触角测定仪的滴液控制选项控制针头注射器在集料试样的上表面滴液。
(5.1.2)如图2所示,使用接触角测量仪的角度测量系统读取沥青液滴在集料试样上表面成型5s内的液滴图像中液滴轮廓线6左右两侧切线与集料试样的上表面5形成的夹角7数值,记录左右两侧夹角7差值在2°以内(即α1和α2的差值≤2°)的数据,对记录数据取平均值作为单次滴液测试的实验结果。
(5.2)计算每个集料试样上滴液后测得的实验结果的平均值,其中,用于计算该平均值的实验结果≥5个即可;计算结果如下:
(6)对冷拌沥青与集料裹附效果进行评价
乳化沥青1的液滴在石灰岩集料试样表面形成的接触角比在玄武岩集料试样上更小,且所测多组数据均呈现此规律,此结果表明,乳化沥青1液滴对石灰岩表面的润湿效果比玄武岩更加好,进而可以推断出乳化沥青1对石灰岩裹附效果优于玄武岩。
实施例2
一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,具体步骤如下:
(1)集料准备:按照实施例1中步骤(1)的方式准备若干个石灰岩集料颗粒并将其分为两组;
(2)筛选集料试样:按照实施例1中步骤(2)的方式对步骤(1)准备的两组石灰岩集料颗粒进行筛选,得到2组石灰岩集料试样,且每组石灰岩集料试样的吸水率测试结果满足正态分布且位于95%置信区间内;
具体地,其中第1组石灰岩集料颗粒的吸水率测试结果如下:
利用夏皮罗-维尔克检验法对上述数据进行正态分布检验,p值为0.424。因此在0.05水平下,所测10个石灰岩吸水率结果符合正态分布。对以上测试结果进行正态分布函数拟合,确定95%置信区间为0.27%~0.37%,筛除位于95%置信区间以外的集料颗粒②、③、⑤、⑧、⑩,得到剩余满足95%置信区间的集料颗粒作为集料试样,具体如下:
对第2组石灰岩集料颗粒的吸水率采用与第1组石灰岩集料颗粒相同的方法进行测试并筛选。
(3)将步骤(2)中筛选得到的2组石灰岩集料试样进行编号,具体如下:
(4)按照实施例1中步骤(4)的方式对步骤(2)选取的集料试样进行预处理。
(5)测试接触角
(3.1)选择市售普通阳离子乳化沥青以及市售SBS改性乳化沥青分别作为滴定沥青1和滴定沥青2,两种乳化沥青均以70号基质沥青作为基础制备材料。在步骤(4)预处理后的每个集料试样上分别滴液,每次滴液的方式与实施例1中滴液的方法相同,其中,滴定沥青1在石灰岩集料试样编号为石21~石25的集料试样的上表面,滴定沥青2在石灰岩集料试样编号为石31~石35的集料试样的上表面,并按照实施例1中的方式进行记录和计算,计算结果如下:
(4)对市售普通阳离子乳化沥青以及市售SBS改性乳化沥青与石灰岩集料的裹附效果进行评价
SBS改性乳化沥青的液滴在石灰岩集料试样上表面形成的接触角比普通阳离子乳化沥青在石灰岩集料试样上更小,且所测多组数据均呈现此规律,此结果表明,SBS改性乳化沥青液滴对石灰岩表面的润湿效果比普通阳离子乳化沥青更加好,进而可以推断出SBS改性乳化沥青对石灰岩裹附效果优于普通阳离子乳化沥青。
实施例3
一种常温下冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,具体步骤如下:
(1)集料准备:同实施例1中步骤(1)。
(2)筛选集料试样:按照实施例1中步骤(2)的方式对步骤(1)准备的若干个石灰岩集料颗粒和若干个玄武岩集料颗粒进行筛选,得到1组石灰岩集料试样和1组玄武岩集料试样,且每组集料试样的吸水率测试结果满足正态分布且位于95%置信区间内;
具体地,其中石灰岩集料颗粒的吸水率测试结果如下:
利用夏皮罗-威尔克检验法对上述数据进行正态分布检验,p值为0.837,因此在0.05水平下,所测10个石灰岩吸水率结果符合正态分布,对以上测试结果进行正态分布函数拟合,确定95%置信区间为0.30%~0.41%,筛除位于95%置信区间以外的集料颗粒①、⑤、⑦、⑧、⑨,得到剩余满足95%置信区间的集料颗粒作为集料试样,具体如下:
对玄武岩集料颗粒的吸水率采用与石灰岩集料颗粒相同的方法进行测试并筛选。
(3)将步骤(2)中筛选得到的石灰岩集料试样和玄武岩集料试样进行编号,具体如下:
(4)对步骤(2)选取的集料试样烘干至恒重,并将烘干后的所有集料试样在温度20℃~40℃、相对湿度40%RH~60%RH的环境中保存20h。
(5)测试接触角
(5.1)选择市售溶剂型沥青作为滴定沥青,在步骤(4)预处理后的每个集料试样的上表面分别滴液,每次滴液的方式与实施例1中滴液的方法相同,并按照实施例1中的方式进行记录和计算,计算结果如下:
(4)对冷拌沥青与集料裹附效果进行评价
溶剂型沥青的液滴在石灰岩集料试样表面形成的接触角比在玄武岩集料试样上更小,且所测多组数据均呈现此规律,此结果表明,溶剂型沥青液滴对石灰岩表面的润湿效果比玄武岩更加好,进而可以推断出溶剂型沥青对石灰岩裹附效果优于玄武岩。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,包括:
(1)针对待评价的集料的类型筛选吸水率测试结果满足正态分布且位于95%置信区间内的集料试样;
所述集料试样的筛选步骤为:
(III)对步骤(II)中满足正态分布的所有集料颗粒的吸水率结果使用正态分布函数进行拟合,以95%置信区间作为筛选标准,剔除超出95%置信区间范围的吸水率值所对应的集料颗粒,剩余集料颗粒即为步骤(1)中筛选的集料试样;
(2)根据待评价的冷拌沥青的类型确定步骤(1)中集料试样的预处理方式:
若冷拌沥青为乳化型沥青,则预处理包括:将集料试样浸没入水中30s以上后取出,并用拧干湿毛巾擦拭其表面至无水渍;
若冷拌沥青为溶剂型沥青,则预处理包括:将集料试样分别烘干至恒重后,在温度为20℃~40℃、相对湿度为40%RH~60%RH的环境中静置20h±1h;
(3)在0℃~40℃下测量所述冷拌沥青在经过所述预处理后的集料试样的上表面的接触角;
所述集料试样的上表面与水平面夹角不大于2°;
所述裹附是指沥青混合料在拌合过程中,所述冷拌沥青在集料表面铺展、包裹和覆盖的能力,所述接触角越小,所述待评价的集料与所述待评价的冷拌沥青的裹附效果越好。
2.根据权利要求1所述的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,步骤(3)中冷拌沥青在所述上表面上形成的液滴由内径为1.5mm~1.6mm的注射器针头滴定形成且所述液滴的体积为5μL~6μL。
3.根据权利要求2所述的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,步骤(3)中所述冷拌沥青形成的液滴在接触上表面的4s~6s内记录接触角图像。
4.根据权利要求1所述的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,步骤(1)中筛选的集料试样的数量为5个以上。
5.根据权利要求4所述的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,步骤(3)中接触角为所有集料试样上测得的接触角的平均值。
6.根据权利要求1所述的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,步骤(3)中集料试样的上表面在预处理前形成,且该上表面的粗糙度小于0.1μm,抛光面面积为800mm2~2000mm2。
7.根据权利要求1所述的冷拌沥青与集料裹附效果的评价方法,其特征在于,步骤(1)中筛选的集料试样的粒径为26.5mm~31.5mm。
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