專利名稱：瀝青混合料凍融劈裂試驗真空飽水與浸泡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于有效評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法，尤其是一種較易解 決混合料凍融劈裂試驗真空飽水及浸泡不充分的方法,屬于公路瀝青路面的技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高速公路建設(shè)中，瀝青路面作為一種無接縫的連續(xù)式路面，.以其平整耐磨 的表面、平穩(wěn)舒適的行車性能、良好的力學(xué)強度、無揚塵、振動小、噪音低、 施工期短和養(yǎng)護(hù)維修簡便的等特點在現(xiàn)代高速公路的建設(shè)中占有很大的份額，倍 受青睞。當(dāng)前世界各國的高速公路大多采用瀝青路面，如美國瀝青路面占全國公路路面的93%;日本的高速公路中94%為瀝青路面。我國近期在建、重建或大 中修的高速公路中有90%以上釆用了瀝青路面。為了使瀝青路面具有穩(wěn)定、持 久的良好服務(wù)質(zhì)量，必須要求瀝青混合料具有較好的耐久性。然而，水損壞是影響瀝青路面耐久性的一個重要因素。所謂瀝青路面的水損 害，是指瀝青路面在存在水分的條件下，經(jīng)受交通荷載和溫度脹縮的反復(fù)作用， 一方面水分對瀝青起乳化作用，導(dǎo)致瀝青混合料強度下降，同時水分逐步侵入到 瀝青與集料界面上，由于水動力的作用，瀝青膜漸漸的從集料表面剝離，導(dǎo)致集 料之間的粘結(jié)力喪失而發(fā)生的路面破壞過程，從而使瀝青路面出現(xiàn)麻面、唧漿、 松散和坑槽等破壞。這已引起了世界各國的注意。尤其是近年來，各國積極推廣 應(yīng)用具有良好抗滑性能的OGFC (開級配磨耗層)和PAC (多空隙瀝青混凝土)， 此類路面的空隙率較大，約為15% 25%，易于受到水分的沖刷和浸泡作用而引 起水損壞。因為瀝青路面的水損壞與瀝青混合料水穩(wěn)定性密切相關(guān)，所以在瀝青 混合料配合比設(shè)計過程中，必須選擇合理的室內(nèi)試驗方法對瀝青混合料的水穩(wěn)定 性進(jìn)行較為客觀評價。我國"八五"攻關(guān)項目瀝青混合料路用性能研究專題之一，瀝青混合料水穩(wěn)定 性能研究，通過大量的試驗測定來評價和改善瀝青混合料的粘附特性，同時在對面而深入的探討的基礎(chǔ)上，推薦8(TC水浸法和攪動水凈吸 附法作為評價瀝青與礦料粘附性等級的標(biāo)準(zhǔn)方法;浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗作為檢驗瀝青混合料水穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。我國現(xiàn)行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052~~2000)(以下 簡稱《試驗規(guī)程》)中采用"瀝青與礦料的粘附性試驗"(T0616~93)方法來測定 瀝青與礦料的粘附性，評定集料抗水剝落性能力。但此法只能評定部分粗集料與 瀝青的粘附性能，并沒有對細(xì)集料與瀝青的粘附性能進(jìn)行評定，而后者尤為重要。 事實上，許多細(xì)集料如石英砂、河砂等與瀝青裹覆能力很差，但該試驗方法中并 沒涉及，且該試驗只能給出定性指標(biāo)，人為因素影響較大。美國ASTM D3625 一95也明確指出水煮法與現(xiàn)場水損害的關(guān)系尚未建立。因此該方法的試驗結(jié)果 不能作為拒絕或接受一種集料的標(biāo)準(zhǔn)，該法只可作為混合料原材料初選方法。《試驗規(guī)程》中對瀝青混合料的水穩(wěn)性評價試驗方法是瀝青混合料浸水馬歇 爾試驗和凍融劈裂試驗。浸水馬歇爾試驗通過長時間的靜態(tài)浸水所造成的瀝青混 合料的力學(xué)性能(穩(wěn)定度)的衰減來反映其抗水損害性能。該試驗由于設(shè)備價格 便宜且操作簡單，在我國應(yīng)用廣泛。但是，浸水馬歇爾試驗試驗條件過于寬松， 甚至有時出現(xiàn)殘留穩(wěn)定度大于100%的情況。目前，相關(guān)研究認(rèn)為馬歇爾試驗不 能有效模擬路面的實際使用情況，試驗結(jié)果并不能真實反映瀝青混合料的路用性 能，因此浸水馬歇爾試驗結(jié)果與瀝青路面實際水損壞相關(guān)性較差。凍融劈裂試驗是在規(guī)定條件下對瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測定經(jīng)凍融循環(huán) 與未經(jīng)凍融循環(huán)試件的劈裂強度，以此強度之比來評價瀝青混合料抗水損害能力 和寒冷地區(qū)的抗凍性。但從模擬現(xiàn)場的角度來說，該試驗不符合水損害形成的機(jī) 理。循環(huán)過程中的冷凍過程沒有模擬最佳溫度，該過程可能引起與剝落無關(guān)的瀝 青薄膜的破裂；另外，多孔或較低強度的集料在凍融過程中會出現(xiàn)集料的破壞。 凍融劈裂試驗的凍融循環(huán)條件只是造成了某種水損害狀況，并不能模擬水損害過 程。因此，從試驗條件來說，該試驗方法用于評價瀝青混合料抗凍性是可行的， 對瀝青混合料的破壞條件與實地水損害過程不符，水損害主要發(fā)生在我國南方多 雨潮濕地區(qū)，而氣溫低的北方，降雨量較少，水損害不應(yīng)是一個嚴(yán)重的問題，因 此需要一個更能反映混合料水損害特性的技術(shù)指標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種瀝青混合料凍融劈裂試驗真空飽水及 浸泡新方法，該方法較易解決混合料凍融劈裂試驗真空飽水時大量氣泡附著在試 件表面，不易除去，影響凍融劈裂試驗結(jié)果，以及飽水后浸泡不充分的問題。技術(shù)方案根據(jù)大量瀝青路面損壞狀況調(diào)査和相關(guān)研究表明，封閉于瀝青 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水產(chǎn)生的高空隙水壓力和高速水流是造成或加速路面損壞的 主要因素。當(dāng)瀝青混合料試件的空隙率較小，空隙互不連通時，水很難進(jìn)入混合 料了內(nèi)部，無法到達(dá)瀝青與集料界面上，水損害也就無從談起。適當(dāng)?shù)恼婵諚l件 可促使瀝青混合料閉口空隙內(nèi)的空氣發(fā)生膨脹，局部薄瀝青膜被穿透，形成缺口， 恢復(fù)常壓后，水自瀝青膜破裂處進(jìn)入試件內(nèi)部，為水損害的發(fā)生創(chuàng)造了前提條件。 水分滲透的速度取決于瀝青粘結(jié)料的粘滯度、集料表面的性質(zhì)、瀝青膜厚度及其 他因素諸如表面活性劑等。該方法的具體步驟如下按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052~2000)相關(guān)試驗方法成型馬歇爾試件,雙面擊實各50次，試件數(shù)目不少于8個，測定試件空隙率， 以平均空隙率相等的原則分為2組。將第一組試件置于平臺上，在室溫下保存?zhèn)溆?。將第二組試件按照本專利的真空飽水及浸水方法進(jìn)行，具體步驟如下第一步將真空干燥器以隔板分為兩部分，并彌封好， 一邊放置千燥試件， 另一邊充滿水，中間頂部以流水管相連，第二步將試件放入后，啟動真空泵，在空氣環(huán)境中對試件進(jìn)行抽真空，抽至730mmHg 740mmHg后，使真空干燥器維持在該壓力下15分鐘，第三步傾斜真空干燥器使水進(jìn)入放干燥試件的部分，并使水沒過試件不少 于2cm，然后打開釋氣閥門，使真空干燥器內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼 續(xù)靜置15分鐘，第四步排出放試件部分真空干燥器內(nèi)的水，再啟動真空泵，在空氣環(huán)境中 對試件進(jìn)行抽真空，抽至730mmHg 740mmHg后，使真空干燥器維持在該壓 力下5分鐘；傾斜真空干燥器使水進(jìn)入放干燥試件的部分，并使水沒過試件不少 于2cm，然后打開釋氣閥門，使真空干燥器內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼 續(xù)靜置5分鐘。如此循環(huán)15次，第五步取出每個試件放入塑料袋內(nèi)，加入約10ml的水，扎緊袋口，將試 件放入恒溫冰箱，冷凍溫度為—18±2'C，保持16士2h。然后取出試件，立即把塑料袋除去，將試件放入保持微沸狀態(tài)的沸水中，維持2小時，然后將試件取出，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 (JTJ052""2000)中瀝青混合料凍融劈裂試驗(T0729-2000)方法進(jìn)行試驗。 但是，在原來凍融劈裂試驗的真空飽水過程中，試件是先放在水中，然后才 開始抽真空至98.3kPa 98.7 kPa (730mmHg 740mmHg)，在試驗過程中發(fā)現(xiàn) 有大量氣泡附著在試件表面不易除去，恢復(fù)常壓后，汽泡內(nèi)的空氣又進(jìn)入到試件 內(nèi)部的空隙內(nèi)而影響了飽水率(瀝青混合料試件在真空條件下吸水的能力，是試 件吸水的質(zhì)量與試件干質(zhì)量之比。)，繼而嚴(yán)重影響凍融劈裂試驗結(jié)果，不能客觀 評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明凍融劈裂試驗中的真空飽水方法進(jìn)行 改進(jìn)。本發(fā)明是創(chuàng)造性地把真空干燥器分為兩部分，分別盛放試件和水，兩部分通 過流水管相聯(lián)，先在在空氣中對試件抽真空至98.3kPa 98.7kPa (730mmHg 740mmHg),然后通過傾斜真空干燥器使水沒過試件，再恢復(fù)到常壓，靜置一定 時間，使水充分進(jìn)入試件內(nèi)部空隙內(nèi)，在試件表面沒有氣泡產(chǎn)生，最后把水抽干， 在空氣中抽真空，如此循環(huán)15次。水進(jìn)入瀝青混合料試件內(nèi)部后，若要模擬試件內(nèi)孔隙水壓力和高速水流，混 合料必須處于動態(tài)浸泡狀態(tài)。一般試驗皆采用6(TC靜態(tài)水浴48小時或更短時間， 實際上這一條件很大程度上只能起到軟化瀝青粘結(jié)料的作用，尤其在水沒有到達(dá) 瀝青一礦料界面的情況下。本專利的試驗方法中，將試件浸入沸水中，保持微沸 狀態(tài)，維持2小時。這樣可以使空隙水遇熱膨脹，產(chǎn)生空隙水壓力，促進(jìn)瀝青膜 剝離；微沸狀態(tài)的水相當(dāng)于流動水，模擬現(xiàn)場路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水的沖刷作用， 促進(jìn)瀝青膜的剝落，在煮沸過程中可看見少量氣泡攜帶瀝青浮于水面；在沸水狀 態(tài)下，瀝青膜的粘度大幅度下降，水在礦料一瀝青界面上可以自由流動，有利于 模擬表面能理論假設(shè)的狀態(tài)。有益效果隨著交通量和重載、超載車輛的增加，這就對瀝青混合料的水穩(wěn) 定性提出了更高的要求。尤其近年來國內(nèi)外對高速公路的安全性極為重視，正在 深入研究抗滑性能優(yōu)良的瀝青面層結(jié)構(gòu)和材料，比如OGFC (開級配磨耗層)和 PAC (多空隙瀝青混凝土)等，而這類面層都具有高滲透性、大空隙率的特征， 易于受水損害，因此對其水穩(wěn)定性的要求更為嚴(yán)格，我國對瀝青混合料的水穩(wěn)定 性的研究還不夠全面深入。綜上所述，有必要提出適合我國國情的易行且有效的瀝青混合料水穩(wěn)性評方法，使其能較客觀評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性，減少瀝青 路面的水損壞現(xiàn)象，提高瀝青路面的耐久性。采用本發(fā)明試驗方法通過反復(fù)的抽吸循環(huán)這種動態(tài)方式浸水，可加速瀝青膜 的破壞及水的滲入,為模擬高速交通荷載作用下混合料內(nèi)的較大空隙水壓力創(chuàng)造 條件，在一定程度上模擬快速交通車輛輪胎對混合料的反復(fù)抽吸作用，能較客觀 評價瀝青路面水損壞的過程，更好地區(qū)別各種瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。對凍融 劈裂試驗的真空飽水和浸泡條件進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，可以克服浸水馬歇爾試驗結(jié)果與 瀝青路面實際水損壞相關(guān)性較差的現(xiàn)象。同時，使凍融劈裂試驗方法更適合于水 損害較為嚴(yán)重的我國南方多雨潮濕地區(qū)，更能較客觀反映瀝青混合料水穩(wěn)定特 性。由于試驗條件明顯比原有的試驗方法苛刻，因此，時間可以縮短。T283試 驗與國內(nèi)規(guī)范推薦的幾種水穩(wěn)定性評價試驗消耗時間都比較長，增加了試驗過程 中的變數(shù)，易于造成非同批次試件數(shù)據(jù)差異過大，不具可比性。發(fā)明人已將該種試驗方法應(yīng)用于合肥-徐州高速公路瀝青混合料水穩(wěn)定評價 中，目前該瀝青路面水損害較少，使用情況良好，說明本專利試驗方法是合理的、 可靠的、實用的。


圖1是真空飽水過程的示意圖。其中有；瀝青混合料馬歇爾試件l;真空干燥器2;流水管3。
具體實施方式
按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052—2000)相關(guān)試驗方 法成型馬歇爾試件,雙面擊實各50次，試件數(shù)目不少于8個，測定試件空隙率， 以平均空隙率相等的原則分為2組。將第一組試件置于平臺上，在室溫下保存?zhèn)?用。將第二組試件按照本專利的真空飽水及浸水方法進(jìn)行，具體步驟如下(1) 將真空干燥器以隔板分為兩部分，并彌封好， 一邊放置干燥試件，另 一邊充滿水，中間頂部以流水管相連，見圖。(2) 將試件放入后，啟動真空泵，在空氣環(huán)境中對試件進(jìn)行抽真空，抽至 730mmHg 740mmHg后，使真空干燥器維持在該壓力下15分鐘。(3) 傾斜真空干燥器使水進(jìn)入放千燥試件的部分，并使水沒過試件不少于2cm，然后打開釋氣閥門，使真空干燥器內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼續(xù) 靜置15分鐘。(4) 排出放試件部分真空干燥器內(nèi)的水，再啟動真空泵，在空氣環(huán)境中對 試件進(jìn)行抽真空，抽至730mmHg 740mmHg后，使真空干燥器維持在該壓力 下5分鐘。傾斜真空干燥器使水進(jìn)入放干燥試件的部分，并使水沒過試件不少于 2cm，然后打開釋氣閥門，使真空干燥器內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼續(xù) 靜置5分鐘。如此循環(huán)15次。(5) 取出每個試件放入塑料袋內(nèi)，加入約lOml的水，扎緊袋口，將試件 放入恒溫冰箱，冷凍溫度為一18士2'C，保持16i2h。然后取出試件，立即把塑料 袋除去，將試件放入保持微沸狀態(tài)的沸水中，維持2小時。然后將試件取出，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 (JTJ052—2000)中瀝青混合料凍融劈裂試驗(T0729-2000)方法進(jìn)行試驗。
權(quán)利要求
1. 一種瀝青混合料凍融劈裂試驗真空飽水與浸泡方法，其特征在于該方法的具體步驟如下成型馬歇爾試件，雙面擊實各50次，試件數(shù)目不少于8個，測定試件空隙率，以平均空隙率相等的原則分為2組。將第一組試件置于平臺上，在室溫下保存?zhèn)溆?。將第二組試件按照本專利的真空飽水及浸水方法進(jìn)行，具體步驟如下第一步將真空干燥器以隔板分為兩部分，并彌封好，一邊放置干燥試件，另一邊充滿水，中間頂部以流水管相連；第二步將試件放入后，啟動真空泵，在空氣環(huán)境中對試件進(jìn)行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器維持在該壓力下15分鐘；第三步傾斜真空干燥器使水進(jìn)入放干燥試件的部分，并使水沒過試件不少于2cm，然后打開釋氣閥門，使真空干燥器內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼續(xù)靜置15分鐘；第四步排出放試件部分真空干燥器內(nèi)的水，再啟動真空泵，在空氣環(huán)境中對試件進(jìn)行抽真空，抽至730mmHg～740mmHg后，使真空干燥器維持在該壓力下5分鐘；傾斜真空干燥器使水進(jìn)入放干燥試件的部分，并使水沒過試件不少于2cm，然后打開釋氣閥門，使真空干燥器內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼續(xù)靜置5分鐘。如此循環(huán)15次；第五步取出每個試件放入塑料袋內(nèi)，加入約10ml的水，扎緊袋口，將試件放入恒溫冰箱，冷凍溫度為-18±2℃，保持16±2h。然后取出試件，立即把塑料袋除去，將試件放入保持微沸狀態(tài)的沸水中，維持2小時，然后將試件取出，按照瀝青混合料凍融劈裂試驗方法進(jìn)行試驗。
全文摘要
瀝青混合料凍融劈裂試驗真空飽水與浸泡方法是一種用于有效評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法，尤其是一種較易解決混合料凍融劈裂試驗真空飽水時大量氣泡附著在試件表面，不易除去，導(dǎo)致真空飽水及浸泡不充分的方法。該方法為第一步將真空干燥器以隔板分為獨立兩部分，中間以流水管相連；第二步在空氣環(huán)境中對試件進(jìn)行抽真空，并維持15分鐘；第三步真空環(huán)境使水沒過試件，恢復(fù)常壓狀態(tài)，靜置15分鐘；第四步排出真空干燥器內(nèi)的水，抽真空，維持在5分鐘，使水沒過試件，恢復(fù)常壓狀態(tài)，再使試件在水中繼續(xù)靜置5分鐘。如此循環(huán)15次；第五步進(jìn)行凍融循環(huán)。
文檔編號G01N33/42GK101275940SQ20081002555
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者濤 許, 黃曉明 申請人:東南大學(xué)