CN103528941A - 一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，包括以下步骤：选择c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)来配制PH=4的人工酸雨；根据现行试验规程制作三组标准马歇尔试件，将第一组试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，采用沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件；将另外两组试件分别浸泡于25℃自来水和模拟酸雨溶液中，经过7天浸泡后取出自然干燥1天后再浸泡，共进行三个周期；将经过三周期自来水和酸雨干湿循环后的沥青混合料马歇尔试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪测定剪切强度；按公式计算耐酸系数ξ。本发明通过酸雨腐蚀后的耐酸系数来综合评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能，减少和防止沥青路面水损害的问题。

Description

一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法

技术领域

本发明属于工程材料技术领域，尤其涉及一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法。

背景技术

酸雨对沥青路面的侵蚀作用会促使矿料质地软化，使其棱角消失，加速其在车轮反复滚动摩擦作用下的磨光作用，在矿料磨光的同时，路面抗滑摩擦系数、噪音、水雾、溅水、眩光等一系列表面功能也随之下降，其次，酸雨对沥青路面的侵蚀作用会降低矿料与沥青的粘结力，在车辆荷载和降水的共同作用下，促使沥青从矿料表面剥落，使面层泛油、松散以致形成坑槽，再次，酸雨对沥青路面的侵蚀作用使得矿料质量损失，促使材料内部损伤，降低沥青混合料的力学强度，使得沥青路面在各种荷载作用下易产生开裂和变形等病害，降低沥青混合料的耐久性，减少沥青路面的使用寿命。

目前，国内外关于沥青混合料水损害评价方法有很多，概括起来，主要有：浸水马歇尔试验法、冻融劈裂试验法、APA浸水车辙试验法等，工程实践表明这些评价方法对预防和控制沥青路面水损害的效果并不很理想，从降雨因素分析，降雨量、降雨强度、降雨历时、雨水化学成分及雨水的pH值都会影响沥青路面水损害的严重程度，随着世界经济的快速增长，酸雨现象越来越严重，并且正在向全球扩展，现在我国是继欧洲、北美之后在世界上出现的第三大酸雨片区，酸雨区的覆盖面积占我国国土面积的40％左右，主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西以及沿海的福建、广东等11省，其中西南地区酸雨污染最为严重，而在上述所有的试验方法中均未考虑酸雨对沥青路面的侵蚀破坏作用，因此这些试验方法不能评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能，不能起到减少和防止沥青路面水损害的作用。

现有的浸水马歇尔试验法，没有考虑酸雨对沥青路面的侵蚀破坏作用；试件只受到径向的压力作用，而试件承受这部分压力主要是矿料的嵌挤力和内摩阻力，没有充分反映沥青混合料中粘结力的作用，而粘结力强弱恰恰是影响水损害的主要原因之一；浸水马歇尔试验测定的残留稳定度偏高，甚至有部分试件浸水后的结果大于浸水之前的，这与实际工程中沥青混合料在浸水条件下其整体力学强度会降低的事实相差较大，因此其评定指标的区分度和有效性明显不足。

现有的冻融劈裂试验法，没有考虑酸雨对沥青路面的侵蚀破坏作用，在劈裂的条件下试件内部呈受拉状态，试件的破坏主要是由于内部的粘结力不足以抵抗外荷载的作用而逐渐造成的，而酸雨对沥青混合料的侵蚀破坏不仅体现在降低沥青与矿料的粘结力，还体现在使矿料产生质量损失、质地软化和棱角消失等破坏。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，旨在解决现有的浸水马歇尔试验法，没有考虑酸雨对沥青路面的侵蚀破坏作用评定指标的区分度和有效性明显不足，冻融劈裂试验法没有考虑酸雨对沥青路面的侵蚀破坏作用的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，该评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法包括以下步骤：

步骤一，根据我国酸雨实际情况，模拟我国硫酸型降雨的酸性溶液组成比例，选择c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)来配制PH=4的人工酸雨；

步骤二，根据现行试验规程制作三组标准马歇尔试件，将第一组试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件；

步骤三，将另外两组试件分别浸泡于25℃自来水和模拟酸雨溶液中，经过7天浸泡后取出自然干燥1天后再浸泡，即浸泡-干燥-浸泡周期反复进行，共进行三个周期；

步骤四，将经过三周期自来水和酸雨干湿循环后的沥青混合料马歇尔试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪测定剪切强度；

步骤五，按公式计算耐酸系数ξ。

进一步，在步骤一中，选择摩尔比c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)=9:1的比例来配制PH=4的人工酸雨。

进一步，在步骤二中，沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件的使用方法为：通过纵向加压的油泵使马歇尔试件纵向受力保持平衡后，使用侧向加压的油泵使马歇尔试件产生横向剪切破坏，破坏的瞬间通过油泵的压力表盘读出试验数据，将其表征为剪切强度。

进一步，在步骤五中，按以下公式计算耐酸系数ξ：

$\mathrm{\ξ}=\frac{f_w-f_a}{f_0}$

式中：ξ—沥青混合料经酸雨腐蚀后的耐酸系数；

f₀—沥青混合料的初始剪切强度；

f_w—沥青混合料经水溶液影响后的剪切强度；

f_a—沥青混合料经酸雨腐蚀影响周期后的剪切强度；

采用耐酸系数ξ评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能。

本发明的另一目的在于提供沥青混合料直接剪切仪，该沥青混合料直接剪切仪包括：上剪切盒、下剪切盒、垂直液压活塞、水平液压活塞、压力补偿器、垂直加载泵、水平液压活塞、水平加载泵组成；

上剪切盒设置在下剪切盒的上面，垂直液压活塞设置在上剪切盒的上面，水平液压活塞设置在上剪切盒的左侧，垂直加载泵设置在垂直液压活塞的右侧，压力补偿器设置在垂直加载泵和垂直液压活塞之间，水平加载泵连接水平液压活塞。

本发明提供的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，通过对酸雨对沥青混合料侵蚀破坏机理进行分析，总结出酸雨对沥青混合料侵蚀破坏主要体现在两个方面：（1）酸雨穿透沥青膜与矿料发生了化学反应，造成集料的Ca、K、Fe、C、Al等元素含量减小，发生质量损失；（2）酸雨与沥青发生化学反应，导致其内部发生氧化缩合，造成类似氧化及老化作用，降低沥青与矿料的粘结力；接着用酸雨腐蚀后的耐酸系数来综合评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能，能从一定程度上解决传统的试验方法不能评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能，不能起到减少和防止沥青路面水损害的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的沥青混合料直接剪切仪的结构示意图；

图中：1、上剪切盒；2、下剪切盒；3、垂直液压活塞；4、水平液压活塞；5、压力补偿器；6、垂直加载泵；7、水平液压活塞；8、水平加载泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法流程。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，该评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法包括以下步骤：

步骤一，根据我国酸雨实际情况，模拟我国硫酸型降雨的酸性溶液组成比例，选择c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)来配制PH=4的人工酸雨；

步骤二，根据现行试验规程制作三组标准马歇尔试件，将第一组试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件；

步骤三，将另外两组试件分别浸泡于25℃自来水和模拟酸雨溶液中，经过7天浸泡后取出自然干燥1天后再浸泡，即浸泡-干燥-浸泡周期反复进行，共进行三个周期；

步骤四，将经过三周期自来水和酸雨干湿循环后的沥青混合料马歇尔试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪测定剪切强度；

步骤五，按公式计算耐酸系数ξ。

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤一中，选择摩尔比c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)=9:1的比例来配制PH=4的人工酸雨。

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤二中，沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件的使用方法为：通过纵向加压的油泵使马歇尔试件纵向受力保持平衡后，使用侧向加压的油泵使马歇尔试件产生横向剪切破坏，破坏的瞬间通过油泵的压力表盘读出试验数据，将其表征为剪切强度。

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤五中，按以下公式计算耐酸系数ξ：

$\mathrm{\ξ}=\frac{f_w-f_a}{f_0}$

式中：ξ—沥青混合料经酸雨腐蚀后的耐酸系数；

f₀—沥青混合料的初始剪切强度；

f_w—沥青混合料经水溶液影响后的剪切强度；

f_a—沥青混合料经酸雨腐蚀影响周期后的剪切强度；

采用耐酸系数ξ评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法包括以下步骤：

S101：根据我国酸雨实际情况，模拟我国硫酸型降雨的酸性溶液组成比例，选择摩尔比c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)=9:1的比例来配制PH=4的人工酸雨‘

S102：根据现行试验规程制作三组标准马歇尔试件，将第一组试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件；

S103：通过纵向加压的油泵使马歇尔试件纵向受力保持平衡后，使用侧向加压的油泵使马歇尔试件产生横向剪切破坏，破坏的瞬间通过油泵的压力表盘读出试验数据，将其表征为剪切强度；

S104：将另外两组试件分别浸泡于25℃自来水和模拟酸雨溶液中，经过7天浸泡后取出让其自然干燥1天后再浸泡，即浸泡-干燥-浸泡周期反复进行，共进行三个周期；

S105：将经过三周期自来水和酸雨干湿循环后的沥青混合料马歇尔试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪测定其剪切强度；

S106：按公式计算耐酸系数ξ。

本发明的具体步骤为：

第一步，根据我国酸雨实际情况，模拟我国硫酸型降雨的酸性溶液组成比例，选择摩尔比c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)=9:1的比例来配制PH=4的人工酸雨；

第二步，根据现行试验规程制作三组标准马歇尔试件，将第一组试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件，通过纵向加压的油泵使马歇尔试件纵向受力保持平衡后，使用侧向加压的油泵使马歇尔试件产生横向剪切破坏，破坏的瞬间通过油泵的压力表盘读出试验数据，将其表征为剪切强度；

第三步，将另外两组试件分别浸泡于25℃自来水和模拟酸雨溶液中，经过7天浸泡后取出让其自然干燥1天后再浸泡，即浸泡-干燥-浸泡周期反复进行，共进行三个周期，在试验过程中每天用精密pH试纸测定模拟溶液的酸度，发现酸度下降时加入硫酸和硝酸混合溶液将pH值调至试验初始值，严格控制酸雨溶液的酸度；

第四步，将经过三周期自来水和酸雨干湿循环后的沥青混合料马歇尔试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪测定其剪切强度；

第五步，按以下公式计算耐酸系数ξ：

$\mathrm{\ξ}=\frac{f_w-f_a}{f_0}$

式中：ξ—沥青混合料经酸雨腐蚀后的耐酸系数；

f₀—沥青混合料的初始剪切强度；

f_w—沥青混合料经水溶液影响后的剪切强度；

f_a—沥青混合料经酸雨腐蚀影响周期后的剪切强度；

采用耐酸系数ξ评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能。

如图2所示，本发明实施例的沥青混合料直接剪切仪主要由：上剪切盒1、下剪切盒2、垂直液压活塞3、水平液压活塞4、压力补偿器5、垂直加载泵6、水平液压活塞7、水平加载泵8组成；上剪切盒1设置在下剪切盒1的上面，垂直液压活塞3设置在上剪切盒1的上面，水平液压活塞4设置在上剪切盒1的左侧，垂直加载泵6设置在垂直液压活塞3的右侧，压力补偿器5设置在垂直加载泵6和垂直液压活塞3之间，水平加载泵8连接水平液压活塞7；

通过一个垂直加载泵6驱动垂直液压活塞3来施加垂直于马歇尔试件的竖向荷载。通过另一个水平加载泵8驱动一对水平液压活塞7对上剪切盒1施加水平力，施加的力通过连接在上剪切盒1上的一对轭和柔韧的钢绳从水平液压活塞7传递到下剪切盒2上，垂直加载***配备了压力补偿器5，可补偿试样发生水平位移后使剪切面膨胀产生的垂直荷载的变化，使其保持恒定；

本发明对酸雨对沥青混合料侵蚀破坏机理进行分析，可以总结出酸雨对沥青混合料侵蚀破坏主要体现在两个方面：（1）酸雨穿透沥青膜与矿料发生了化学反应，造成集料的Ca、K、Fe、C、l等元素含量减小，发生质量损失；（2）酸雨与沥青发生化学反应，导致其内部发生氧化缩合，造成类似氧化及老化作用，降低沥青与矿料的粘结力；基于以上分析，模拟酸雨对沥青路面侵蚀破坏，开发了一种全新的酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，用来评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，其特征在于，该评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法包括以下步骤：

步骤一，根据我国酸雨实际情况，模拟我国硫酸型降雨的酸性溶液组成比例，选择c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)来配制PH=4的人工酸雨；

步骤二，根据现行试验规程制作三组标准马歇尔试件，将第一组试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件，

步骤三，将另外两组试件分别浸泡于25℃自来水和模拟酸雨溶液中，经过7天浸泡后取出自然干燥1天后再浸泡，即浸泡-干燥-浸泡周期反复进行，共进行三个周期；

步骤四，将经过三周期自来水和酸雨干湿循环后的沥青混合料马歇尔试件放入25℃恒温水槽中保温1小时，然后采用自行开发的沥青混合料直接剪切仪测定剪切强度；

步骤五，按公式计算耐酸系数ξ。

2.如权利要求1所述的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，其特征在于，在步骤一中，选择摩尔比c(SO₄ ^2-)：c(NO^3-)=9:1的比例来配制PH=4的人工酸雨。

3.如权利要求1所述的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，其特征在于，在步骤二中，沥青混合料直接剪切仪的垂直液压活塞固定试件的使用方法为：通过纵向加压的油泵使马歇尔试件纵向受力保持平衡后，使用侧向加压的油泵使马歇尔试件产生横向剪切破坏，破坏的瞬间通过油泵的压力表盘读出试验数据，将其表征为剪切强度。

4.如权利要求1所述的评价酸雨对沥青混合料侵蚀破坏的试验方法，其特征在于，在步骤五中，按以下公式计算耐酸系数ξ：

$\mathrm{\ξ}=\frac{f_w-f_a}{f_0}$

式中：ξ—沥青混合料经酸雨腐蚀后的耐酸系数；

f₀—沥青混合料的初始剪切强度；

f_w—沥青混合料经水溶液影响后的剪切强度；

f_a—沥青混合料经酸雨腐蚀影响周期后的剪切强度；

采用耐酸系数ξ评价沥青混合料的耐酸雨侵蚀性能。

5.一种沥青混合料直接剪切仪，其特征在于，该沥青混合料直接剪切仪包括：上剪切盒、下剪切盒、垂直液压活塞、水平液压活塞、压力补偿器、垂直加载泵、水平液压活塞、水平加载泵组成；

上剪切盒设置在下剪切盒的上面，垂直液压活塞设置在上剪切盒的上面，水平液压活塞设置在上剪切盒的左侧，垂直加载泵设置在垂直液压活塞的右侧，压力补偿器设置在垂直加载泵和垂直液压活塞之间，水平加载泵连接水平液压活塞。

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