CN105547924A - 常温改性道路沥青性能的评价方法 - Google Patents

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CN105547924A CN201510903160.1A CN201510903160A CN105547924A CN 105547924 A CN105547924 A CN 105547924A CN 201510903160 A CN201510903160 A CN 201510903160A CN 105547924 A CN105547924 A CN 105547924A
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魏道新
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江睿南
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Abstract

本发明提供了一种常温改性道路沥青性能的评价方法，解决现有国家标准和行业标准没有常温改性沥青的性能评价方法、其质量品质难以控制、适用区域难以确定的问题。本发明包括如下步骤：1)分别测定常温改性道路沥青的60℃旋转粘度、锥入度、溶剂挥发后针入度、与粗集料的粘附性、闪点；2)根据上述性能的测试结果，确定常温改性道路沥青的适用温度区，包括寒区、温区、热区三个气候区域。本发明针对常温改性道路沥青的材料组成特点和施工成型条件，从即拌即铺施工和易性、储存后施工和易性、溶剂挥发后路用性能、抗水剥落性和使用安全性五个方面对常温改性道路沥青进行了全面的评价，明确了其适用温度区，为其工程应用提供了有效的质量保障。

Description

常温改性道路沥青性能的评价方法
技术领域
本发明属于公路与城市道路领域，具体地涉及一种常温改性道路沥青的性能评价方法。
背景技术
常温改性道路沥青是利用废旧塑料、废旧橡胶生产出的一种高聚物弹性体，是一种可常温拌和、常温摊铺的沥青产品，填补了沥青路面冬季不宜施工的空白，适用于高等级公路、城市道路、乡村道路、停车场、广场及球场路面的新建、罩面及修补作业。
常温改性道路沥青作为一种新型沥青胶结料，其中含有高低温性能优异的聚合物材料及可挥发性稀释剂，具有可在90～110℃温度范围内拌和，常温下摊铺成型，及时通车的特点。但因为可挥发性稀释剂的存在，路面早期强度低，随着时间的延长，强度逐渐增加，养护期龄15天后可达到《公路工程质量检验评定标准(土建工程)》JTGF80/1的各项规定。
在现行的《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004中，对道路石油沥青、乳化沥青、液体石油沥青等不同类型的沥青胶结料的性能指标都做了详细的规定，但这些规定对常温改性道路沥青来讲不太适用：1)对于常温改性道路沥青，当前的《公路沥青路面施工技术规范》通常无法实施，测试结果通常超出其规定范围；2)现行的《公路沥青路面施工技术规范》不符合常温改性道路沥青的工程实际，与材料特性不符。
常温改性沥青作为一种新型改性沥青，主要特点是其混合料可100℃以下低温拌合，拌合后可即拌即用，也可通过密闭保护长期储存后再摊铺使用。常温改性沥青混合料碾压成型后，通过溶剂挥发，强度逐步形成，15天后强度基本不再增长。
现有企标《SMC系列常温改性沥青及混合料》(Q/FTSMC001-2013)常温改性沥青的性能评价指标中仅通过60℃粘度来测定即拌即用常温改性沥青的施工和易性。现有技术中缺少常温改性沥青长期储存后再摊铺使用的施工和易性评价手段。此外，常温改性沥青含有未挥发的溶剂，如果直接对常温改性沥青进行针入度等路用性能评价，不能有效反映材料的实际路用性能。在现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)“液体石油沥青的蒸馏试验”中规定的蒸馏温度范围内，溶剂蒸出量有限，若继续提高蒸馏温度或蒸馏时间沥青将会发生明显的老化，因此蒸馏试验后路用性能测试也不能有效反映材料的实际路用性能。
发明内容
现有沥青混合料施工和易性的评价方法均限于粘度试验，粘度试验的控温方式只有加热方式，因此当试验温度低于室温后，粘度试验将无法开展。本发明引入锥入度作为沥青稠度的测试方法，用以评价常温改性沥青的低温粘稠度，并根据不同气候区域施工温度，设定锥入度的测试温度。
此外，本发明创造性地引入薄膜老化箱来解决常温改性沥青挥发的问题，从而有效地模拟了常温改性沥青独有的储存后再摊铺使用的施工情况。此外，本发明通过使用薄膜老化箱根据不同气候区域用常温改性沥青溶剂含量的区别，确定了不同的挥发时间开展挥发试验。鉴于常温改性道路沥青的材料组成特点及施工成型条件，本发明通过改进《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)和补充完善企标《SMC系列常温改性沥青及混合料》(Q/FTSMC001-2013)中的试验方法，从即拌即用和长期储存后施工和易性、溶剂挥发后实际路用性能、抗水剥落性及使用安全性四个方面对常温改性道路沥青的性能指标进一步做了详细的规定，提出了一种常温改性道路沥青性能评价方法。
本发明旨在提供一种常温改性道路沥青性能的评价方法，所述方法包括常温改性沥青的60℃旋转粘度、锥入度、薄膜老化及溶剂挥发后针入度、与粗集料的粘附性、闪点的测定，根据上述测定的结果确定常温改性道路沥青的气候区域，其中：
60℃旋转粘度不大于0.2Pa.s、闪点不小于120℃、5℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、100℃薄膜烘箱老化5h后60℃薄膜烘箱继续挥发7d后的25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内、与粗集料的粘附性测定裹覆面积不小于2/3的常温改性道路沥青适于寒区；
60℃旋转粘度不大于0.8Pa.s、闪点不小于160℃、15℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、100℃薄膜烘箱老化5h后60℃薄膜烘箱继续挥发5d后的25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内、与粗集料的粘附性测定裹覆面积不小于3/4的常温改性道路沥青适于温区；
60℃旋转粘度不大于1.0Pa.s、闪点不小于180℃、25℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、100℃薄膜烘箱老化5h后60℃薄膜烘箱继续挥发3d后的25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内、与粗集料的粘附性测定裹覆面积不小于3/4的常温改性道路沥青适于热区。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法其中所述60℃旋转粘度用于即拌即用常温改性沥青施工和易性的评价，其测定方法如下，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0625“沥青旋转粘度试验”进行旋转粘度性能测试，其中将27#转子固定为常温改性沥青旋转粘度检测用转子，测定不同转速下的粘度，并回归粘度和粘度计扭矩之间的关系曲线。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述60℃旋转粘度的测定中，将27#转子固定为常温改性沥青旋转粘度检测用转子，取50％扭矩的粘度作为旋转粘度代表值，转速选择扭矩在10％～100％范围内的四个转速，扭矩与粘度数值取对数后，采用线性函数y＝kx+b回归。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述锥入度用于长期储存后再摊铺使用的常温改性沥青混合料施工和易性的评价，其测定方法如下，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604“沥青针入度试验”并结合使用标准锥进行锥入度相关性能测试，并计算锥入度。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述锥入度的测定采用如下设备进行：
a)锥入度试验仪：采用沥青针入度仪，将原仪器的标准针取下换成标准锥，配有带有恒温控制的水槽，控温范围为5至80℃，控温精度为±0.1℃；其中所述标准锥为JT/T740—2009《路面橡胶沥青灌缝胶》5.3锥入度试验中用所用标准锥，其由镁或其他适宜材料制造的圆锥体和可拆卸钢尖组成，所述标准锥总质量为102.5g±0.05g，锥杆质量为47.5±0.05g，洛氏硬度HRC54～60，表面粗糙度Ra0.2μm-0.3μm；
b)平底玻璃皿：容量不小于1L，深度不小于80mm，内设有一不锈钢三脚支架，能使盛样皿稳定；
c)大盛样皿：深度不小于60mm，容积不小于125mL。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中锥入度的测定根据如下步骤进行：
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604的要求进行灌模，灌模后试样在室温下冷却时间不小于2h，将恒温水槽调至试验温度，试样在恒温水槽中的恒温时间不小于2h，调节针入度仪使之水平，检查连杆和导轨，以确认无水或其他异物，无明显摩擦，将盛有试件的恒温水槽置于针入度仪的平台上，慢慢放下连杆，使标准锥锥尖刚好与试件表面接触，用按钮固定连杆，拉下齿杆与连杆顶端接触，调节刻度盘指针至零，用手紧压按钮，同时启动秒表，标准锥自由地落下，标准锥贯入时间为5s时，按压按钮，使标准锥连杆固定，拉下齿杆与连杆端接触，记下锥入深度，精度为0.1mm，当采用自动针入度仪时，计时与标准锥落下贯入试件同时开始，至5s时自动停止，平行试验次数为3次。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法和使用的气候区域，其中寒区用常温改性沥青测定5℃锥入度、温区用常温改性沥青15℃锥入度、热区用常温改性沥青25℃锥入度。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中通过如下步骤计算锥入度：
锥入度：在同一试验温度下，三次平行试验结果的平均值作为锥入度试验结果，其中一个测试值与平均值之差不超过平均值的15％，否则重新进行试验；
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述薄膜老化及溶剂挥发后针入度用于溶剂挥发后实际路用性能评价，其测试方法如下，其中薄膜老化根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0609“薄膜加入试验”进行测试，测试温度100℃，测试时间5h，以模拟混合料拌合过程溶剂的挥发；薄膜老化试验完成后直接将薄膜老化箱调整至60℃，继续采用薄膜老化箱开展溶剂挥发试验，测试温度60℃，测试时间寒区7d、温区5d、热区3d；溶剂挥发后根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604“沥青针入度试验”进行25℃针入度测试。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述与粗集料的粘附性，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0654“乳化沥青与粗集料的粘附性试验”进行与粗集料的粘附性测试，其中将常温改性道路沥青试样通过0.6mm滤筛过滤；集料烘干冷却至室温后直接于过筛后的试样中浸泡1min，然后将集料颗粒悬挂在室温中放置48h，之后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0654开展试验。
根据本发明的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述闪点的测定，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0611“沥青闪点和燃点试验”进行闪点性能测试，其中试样注入试样杯后，将试样冷却至室温后再开始试验。
常温改性沥青作为一种新型改性沥青，主要特点是其混合料可拌合后直接摊铺使用也可以长期储存后再摊铺使用，因此在溶剂未挥发时，为了保证其可以储存后再摊铺使用，要求其在寒区5℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、在温区15℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、在热区25℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内。此外，经过溶剂挥发，摊铺后的常温改性混合料在15d后才能达到强度峰值，因此采用薄膜烘箱模拟施工和成型15d的溶剂挥发过程，要求经过薄膜老化和挥发后，25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内。
本发明具有如下优点：
由于采用本发明提供的方法，可以确定常温改性道路沥青性能评价方法、技术要求，及适用区域，因此，可以为常温改性道路沥青的生产、验收提供依据，从而确保材料的质量品质。
通过该方法，可以对常温改性道路沥青进行全面的性能评价，同时确定其适用区域，为组织生产和检验产品提供依据，确保了材料的质量品质。
附图说明
图1为本发明的锥入度测试中使用的标准锥的示意图。
具体实施方式
本发明的特征在于将薄膜老化试验用于模拟沥青混合料在生产和施工中的热氧老化过程。薄膜老化试验原理就是将沥青样品盛入圆盘中，沥青样品厚度不足0.5mm，试验温度为100℃，试验时间为5h，烘箱自动通风，因此沥青膜的厚度、老化温度和老化时间、空气流通效果都与工程现场沥青混合料的生产和施工中的热氧老化过程类似。因此，参考薄膜老化试验的试验原理，通过常温沥青混合料的强度增长规律试验研究，确定对于寒区用常温改性沥青，在60℃下经7天溶剂基本挥发完全，混合料的强度达到峰值；确定对于温区用常温改性沥青，在60℃下经5天的溶剂基本挥发完全，混合料的强度达到峰值；确定对于热区用常温改性沥青，在60℃下经3天溶剂基本挥发完全，混合料的强度达到峰值。因此将上述温度时间条件作为薄膜烘箱溶剂挥发试验条件。
下面，给出一个具体的实施例——热区用常温改性道路石油沥青性能评价的实施例，以更详细的说明本发明。
常温改性沥青的制备
将AH-70(或AH-90)道路石油沥青加热至120～130℃，加入常温改性剂，对于寒区、温区和热区用的常温改性沥青，常温改性剂的掺量分别为17％、15％和13％(内掺)，保持沥青加热温度不变，手动搅拌3min左右，直至常温改性剂与道路石油沥青混合均匀。
1、60℃旋转粘度的测定：
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T602准备沥青试样，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0625“沥青旋转粘度试验”试验方法开展试验，转子采用27#转子，测定四个转速下，试样的粘度，粘度与扭矩测试结果见下表1。
表1常温改性道路沥青粘度与扭矩测试结果
将扭矩与粘度值取对数，采用线性函数y＝kx+b绘制回归曲线，在回归曲线上取50％扭矩对应粘度值作为试样60℃下的旋转粘度。
2、锥入度的测定：
分别在5℃、15℃、25℃下进行锥入度测定，检测常温改性沥青分别在寒区、温区和和热区的施工和易性，锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内。其中使用如下实验设备：
1)采用沥青针入度仪配备有替换原标准针的标准锥，并配有带有恒温控制的水槽，控温范围5～80℃，控温精度±0.1℃，其中标准锥由镁或其他适宜材料制造的圆锥体和可拆卸钢尖组成，其中所述标准锥为JT/T740—2009《路面橡胶沥青灌缝胶》5.3锥入度试验中用所用标准锥，其由镁或其他适宜材料制造的圆锥体和可拆卸钢尖组成。标准锥总质量为102.5g±0.05g，锥杆质量为47.5±0.05g。洛氏硬度HRC为54～60，表面粗糙度Ra为0.2μm～0.3μm。
2)平底玻璃皿：容量不小于1L，深度不小于80mm，内设有一不锈钢三脚支架，能使盛样皿稳定；
3)大盛样皿：深度不小于60mm，容积不小于125mL；
锥入度的测定根据如下步骤进行：
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T602准备沥青试样，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604“沥青针入度试验”进行灌模，灌模后试样在室温下冷却时间不小于2h，将恒温水槽调至试验温度，试样在恒温水槽中的恒温时间不小于2h：
调节针入度仪使之水平，检查连杆和导轨，以确认无水或其他异物，无明显摩擦。将盛有试件的恒温水槽置于针入度仪的平台上，慢慢放下连杆，使标准锥锥尖刚好与试件表面接触，用按钮固定连杆，拉下齿杆与连杆顶端接触，启动自动针入度仪，计时与标准锥落下贯入试件同时开始，至5s时自动停止记下锥入深度。每一个试验温度下平行试验次数为3次，取三次结果的平均值作为该温度下锥入度值。
表2常温改性道路沥青锥入度
3、薄膜老化及溶剂挥发后针入度
薄膜老化根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0609“薄膜加入试验”进行测试，测试温度100℃，测试时间5h，以模拟混合料拌合过程溶剂的挥发；薄膜老化试验完成后直接将薄膜老化箱调整至60℃，继续采用薄膜老化箱开展溶剂挥发试验，测试温度60℃，测试时间寒区7d、温区5d、热区3d；溶剂挥发后根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604“沥青针入度试验”进行25℃针入度测试。
表3常温改性道路沥青溶剂挥发后针入度
4、与粗集料的粘附性测定：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0654“乳化沥青与粗集料的粘附性试验”试验方法开展试验，试样过0.6mm滤筛过滤；集料烘干冷却至室温后直接于过筛后的试样中浸泡1min，然后将集料颗粒悬挂在室温中放置48h，之后按照“T0654”开展试验。
5、进行闪点的测定：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0611“沥青闪点和燃点试验”试验方法开展试验，其中根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T602准备沥青试样，要求试样注入试样杯后，应将试样冷却至室温后再依据T0611的要求开始试验。
上述五项试验的测试结果见下表4。
表4常温改性道路沥青性能测试结果
5、各气候区域的技术要求
根据寒区、温区和热区常温改性沥青的施工要求和路用要求，对常温改性道路沥青各项性能指标范围进行了规定。具体如下：从施工和易性方面，对60℃旋转粘度进行了规定，如果超过其规定的粘度值，则会影响施工的正常开展；从施工安全性方面，对闪点进行了规定，加工常温改性沥青混合料时，常温改性沥青的加热温度不能其规定值；从常温改性沥青的路用性能优劣方面，对锥入度进行了规定，以确定其常温下的使用性能和温度敏感性；从沥青混合料的抗水剥落性方面，对常温改性沥青与粗集料的粘附性进行了规定，以确定常温沥青混合料的抗水剥落性能否满足使用需要。上述沥青各项性能的气候区域划分的具体数值参见表5。
表5常温改性道路沥青各温度区技术要求
通过参照表4，确定测试沥青适用的气候区域。根据测试结果，本实施例中的常温改性道路沥青的各项性能全部满足热区常温改性道路沥青的技术要求，适用于在热区使用。

Claims (9)

1.一种常温改性道路沥青性能的评价方法，所述方法包括分别测定常温改性沥青的60℃旋转粘度、锥入度、溶剂挥发后针入度、与粗集料的粘附性、闪点，根据测定的结果如下确定常温改性道路沥青的气候区域：
60℃旋转粘度不大于0.2Pa.s、闪点不小于120℃、5℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、100℃薄膜烘箱老化5h+60℃薄膜烘箱挥发7d后的25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内，与粗集料的粘附性测定裹覆面积不小于2/3的常温改性道路沥青适于寒区；
60℃旋转粘度不大于0.8Pa.s、闪点不小于160℃、15℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、100℃薄膜烘箱老化5h+60℃薄膜烘箱挥发5d后的25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内，与粗集料的粘附性测定裹覆面积不小于3/4的常温改性道路沥青适于温区；
60℃旋转粘度不大于1.0Pa.s、闪点不小于180℃、25℃锥入度在以0.1mm计的100-150的范围内、100℃薄膜烘箱老化5h+60℃薄膜烘箱挥发3d后的25℃针入度在以0.1mm计的80～120的范围内，与粗集料的粘附性测定裹覆面积不小于3/4的常温改性道路沥青适于热区。
2.根据权利要求1所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述60℃旋转粘度的测定，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0625“沥青旋转粘度试验”进行旋转粘度性能测试，其中将27#转子固定为常温改性沥青旋转粘度检测用转子，测定不同转速下的粘度，并回归粘度和粘度计扭矩之间的关系曲线。
3.根据权利要求2所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述60℃旋转粘度的测定中，将27#转子固定为常温改性沥青旋转粘度检测用转子，取50％扭矩的粘度作为旋转粘度代表值，转速选择扭矩在10％～100％范围内的四个转速，扭矩与粘度数值取对数后，采用线性函数y＝kx+b回归。
4.根据权利要求1所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述锥入度的测定，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604“沥青针入度试验”并结合使用标准锥进行锥入度相关性能测试，并计算锥入度。
5.根据权利要求4所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述锥入度的测定采用如下设备进行：
a)锥入度试验仪：采用沥青针入度仪，将原仪器的标准针取下换成标准锥，配有带有恒温控制的水槽，控温范围为5至80℃，控温精度为±0.1℃；其中所述标准锥为JT/T740—2009《路面橡胶沥青灌缝胶》5.3锥入度试验中用所用标准锥，其由镁或其他适宜材料制造的圆锥体和可拆卸钢尖组成，所述标准锥总质量为102.5g±0.05g，锥杆质量为47.5±0.05g，洛氏硬度HRC54～60，表面粗糙度Ra0.2μm-0.3μm；
b)平底玻璃皿：容量不小于1L，深度不小于80mm，内设有一不锈钢三脚支架，能使盛样皿稳定；
c)大盛样皿：深度不小于60mm，容积不小于125mL。
6.根据权利要求5所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中锥入度的测定根据如下步骤进行：
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0604的要求进行灌模，灌模后试样在室温下冷却时间不小于2h，将恒温水槽调至试验温度，试样在恒温水槽中的恒温时间不小于2h，调节针入度仪使之水平，检查连杆和导轨，以确认无水或其他异物，无明显摩擦，将盛有试件的恒温水槽置于针入度仪的平台上，慢慢放下连杆，使标准锥锥尖刚好与试件表面接触，用按钮固定连杆，拉下齿杆与连杆顶端接触，调节刻度盘指针至零，用手紧压按钮，同时启动秒表，标准锥自由地落下，标准锥贯入时间为5s时，按压按钮，使标准锥连杆固定，拉下齿杆与连杆端接触，记下锥入深度，精度为0.1mm，当采用自动针入度仪时，计时与标准锥落下贯入试件同时开始，至5s时自动停止，平行试验次数为3次。
7.根据权利要求6所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中通过如下步骤计算锥入度：
在同一试验温度下，三次平行试验结果的平均值作为锥入度试验结果，其中一个测试值与平均值之差不超过平均值的15％，否则重新进行试验。
8.根据权利要求1所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述与粗集料的粘附性，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0654“乳化沥青与粗集料的粘附性试验”进行与粗集料的粘附性测试，其中将常温改性道路沥青试样通过0.6mm滤筛过滤；集料烘干冷却至室温后直接于过筛后的试样中浸泡1min，然后将集料颗粒悬挂在室温中放置48h，之后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0654开展试验。
9.根据权利要求1所述的常温改性道路沥青性能的评价方法，其中所述闪点的测定，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)T0611“沥青闪点和燃点试验”进行闪点性能测试，其中试样注入试样杯后，将试样冷却至室温后再开始试验。
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