再生剂在老化沥青中扩散能力的检测方法

摘要

本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：制作沥青针入度试样；步骤2：在每个针入度试样中浇入再生剂均匀覆盖在沥青表面；步骤3：将试样分别在100℃保温不同时间t；步骤4：取出保温完成的试样，冷却至室温，并仔细去除表面残留再生剂；步骤5：进行针入度试验，获取不同保温时间t对应的试样的针入度值P；步骤6：基于P＝A×ln(t)+B的函数形式进行数据拟合，获得再生剂扩散能力表征系数A。本发明提供的试验方法能够有效解决沥青路面热再生过程中再生剂在老化沥青中扩散能力的评价问题，从而为完善再生剂的性能评价和比选提供有利依据。

权利要求

1.一种再生剂在老化沥青中扩散能力的检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1：取不少于5个沥青针入度试模，分别浇入老化沥青，获取沥青试样，冷却至室温；

步骤2：每个试样表面分别浇入再生剂，使再生剂均匀覆盖在沥青表面；

步骤3：将其中5个沥青试样分别在100±5℃保温不同时间t：0.5h，1h，2h，3h和4h；

步骤4：取出保温完成的试样，冷却至室温，在保证不扰动沥青试样表面的同时仔细去除表面残留再生剂；

步骤5：进行针入度试验，获取不同保温时间t对应的试样的针入度值P；

步骤6：基于P＝A×ln(t)+B的函数形式对不同保温时间t对应的试样的针入度值P进行数据拟合，获得表征再生剂扩散能力的指标系数A，系数A越大，表示再生剂在老化沥青中扩散能力越强，反之则表示再生剂在老化沥青中的扩散能力越弱。

2.如权利要求1所述的再生剂在老化沥青中扩散能力的检测方法，其特征在于所述的试样总数若多于5个，多余试样应选择与前述5个试样不同的保温时间分别进行保温，后一个试样的保温时间比前一个试样的保温时间多1小时，误差应控制在±5min以内。

3.如权利要求1所述的再生剂在老化沥青中扩散能力的检测方法，其特征在于所述的步骤1和5中的沥青针入度试样制作和测试应遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中沥青针入度试验(T 0604-2000)的相关规定。

说明书

再生剂在老化沥青中扩散能力的检测方法

技术领域

[0001] 本发明是一种用于有效评价再生剂对老化沥青再生时在老化沥青中扩散能力的试验方法，不仅有助于再生剂的对比评价与选择，同时有助于合理再生工艺条件的选择，属于公路沥青路面再生技术领域。

背景技术

[0002] 自1988年沈大高速公路建成通车以来，我国高速公路以前所未有的速度发展。截至2008年底，高速公路通车里程已经突破6万公里，位居世界第二位，其中沥青路面占据了90％以上的比例。根据国家高速公路发展规划，我国将在2010年底建成8.5万公里高速公路，在2020年形成完善的国家高速公路网。然而与国外先进国家道路发展状况相比，我国高速公路建设起步较晚，技术基础相对薄弱，受经济迅猛发展需要，在一定程度上造成了技术完善程度相对滞后于建设速度的局面。同时由于交通气候状况以及管理水平与国外有较大差异，我国道路结构形式及使用状况都呈现出比较鲜明的特点。

[0003] 尽管我国沥青路面设计寿命为15年，但是部分路面在运营2～3年后就出现了不同程度的早期病害，且大部分重交通沥青路面在运营后5～6年，长的7～8年就进入大面积维修和改造期。因此，就我国目前的实际状况而言，高速公路在飞速建设的同时，不仅已经进入了一个持续的大规模养护维修期，而且在很长一段时间以内，早期病害的防治也是必须加以重视的。

[0004] 据估算，从现在起我国每年约有12％的沥青面层需要翻修，而常规的维修方法是将旧沥青路面铣刨废弃再加铺新的沥青路面，因此，每年仅路面表层翻修产生的废沥青混合料就达到了约220万吨，而这一数字还将以每年15％的速度增长。这些废弃的旧沥青混合料不仅占用大量的土地，而且还会造成生态环境的污染。与此同时，还需要生产大量的优质新沥青混合料用以替代废弃旧沥青混合料，耗费大量建设资金。而无论是从集料还是从沥青角度，我国沥青路面都具有良好的再生利用价值，因此，如果能实现旧沥青混合料的高效再生利用，仅每年废弃的220万吨表层混合料的应用就可以直接节省材料费达4亿元，不仅能大大节约资源，缓解公路建养资金短缺矛盾，同时能保护生态环境，符合目前可持续性发展的大势所趋。

[0005] 沥青路面热再生技术是通过加热软化、以机械方式翻松(破碎)路面旧料，然后根据设计需要，加入再生剂，新沥青混合料以及需要的外掺添加剂等，进行重新热拌和，并将形成的再生沥青混合料进行摊铺压实，从而达到老化沥青混合料的再利用，消除原有路面病害，恢复路面性能的道路养护维修过程。与传统的养护维修技术相比，热再生技术不仅具有成本节约大，环保系数高的经济环境优势，同时设计得当的再生沥青混合料具有完全不输于新拌沥青混合料的路用性能，因此热再生技术得到了国内外的广泛重视与推广应用，尽管我国热再生技术相对起步较晚，但是现在已经成为路面养护维修的技术研究热点和重点推广应用技术之一。

[0006] 尽管针对热再生技术国内外学者及研究机构都进行了大量的研究，也在实际工程中积累了丰富的工程应用经验，但是对于热再生沥青混合料的使用性能仍然存在一定的争议，热再生沥青混合料的工程应用成功率仍然低于新拌沥青混合料。而造成这一现象的原因尽管是多方面的，但是对热再生混合料中再生剂与老化沥青作用机理的认识不足就是其关键的影响因素之一。

[0007] 与新拌沥青混合料具有各种成熟的规范和技术体系相比，我国直到2008年4月才推出第一部真正意义上的《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41-2008)，标志着公路沥青路面再生技术在我国受到越来越广发的重视和推广应用，但同时也说明再生技术在我国起步较晚，应用还不够成熟，还缺乏良好的技术体系。该技术规范本身也指出只是对再生技术提出了比较宽范围内的指导方向，目前还缺乏比较成熟的技术基础，因此，针对我国沥青路面再生技术现状提出针对沥青路面再生技术的试验检测方法不仅是必须的，同时是紧迫的。

[0008] 即使是再生技术发展较早，技术体系相对成熟完善的美国，在其再生技术指南中也是基于老化沥青能够完全与再生剂融合的假定进行再生沥青混合料的性能设计。然而越来越多的相关研究和工程实践均指出，将老化沥青混合料的老化沥青提取后与再生剂在加热条件下均匀搅拌后获得的再生沥青试样，与实际再生沥青混合料中，老化沥青以沥青膜粘附在集料表面，而再生剂借助机械搅拌更多的是覆盖在老化沥青膜表面或存在于老化沥青层膜的外层，进而向老化沥青内部浸润扩散获取的再生沥青试样具有一定的差别。尤其是当再生剂扩散能力不足，无法完全扩散到老化沥青中时，必然会在集料表面形成分层的再生沥青膜，也即再生剂较多的存在于再生沥青膜的外层，形成较软的外层沥青，而内层沥青膜仍然是以老化沥青为主，形成较硬的内层沥青。这种状态的存在表明老化沥青没有得到充分的利用，一部分内层的沥青实际上是作为集料的一部分而存在的，也即所谓的“黑石”作用。而“黑石”作用的存在不仅会造成再生效果的弱化，同时会使得实际再生效果与初始设计产生较大偏差，最终势必会影响再生沥青混合料的路用性能。

[0009] 再生剂在开发之初就将良好的扩散能力作为其关键功能要求之一。然而，在目前的热再生技术中，始终没有找到合适的评价再生剂扩散能力的可行方法，也导致对再生剂与老化沥青的相互作用的认识以及再生剂的选择存在一定的盲目性，进而影响到再生沥青混合料性能的正确设计和使用。

[0010] 因此，随着沥青路面热再生技术的越来越广泛应用，急需一种简单可行的室内试验方法能够针对再生剂在老化沥青中的扩散能力进行试验分析，进而为再生剂材料的比选和再生工艺技术条件的选择提供有利依据。

发明内容

[0011] 技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法，通过表征再生剂扩散能力指标的测试，可以简单方便的进行再生剂的适用性评价和比选，也可以为再生工艺技术条件的选择提供有利依据。

[0012] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0013] 步骤1：取不少于5个沥青针入度试模，分别浇入老化沥青，获取沥青试样，冷却至室温；

[0014] 步骤2：每个试样表面分别浇入再生剂，使再生剂均匀覆盖在沥青表面；

[0015] 步骤3：将其中5个沥青试样分别在100±5℃保温不同时间t：0.5h，1h，2h，3h和4h；

[0016] 步骤4：取出保温完成的试样，冷却至室温，在保证不扰动沥青试样表面的同时仔细去除表面残留再生剂；

[0017] 步骤5：进行针入度试验，获取不同保温时间t对应的试样的针入度值P；

[0018] 步骤6：基于P＝A×ln(t)+B的函数形式对不同保温时间t对应的试样的针入度值P进行数据拟合，获得表征再生剂扩散能力的指标系数A，系数A越大，表示再生剂在老化沥青中扩散能力越强，反之则表示再生剂在老化沥青中的扩散能力越弱。

[0019] 所述的试样总数若多于5个，多余试样应选择与前述5个试样不同的保温时间分别进行保温，后一个试样的保温时间比前一个试样的保温时间多1小时，误差应控制在±5min以内；

[0020] 所述的步骤1和5中的沥青针入度试样制作和测试应遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中沥青针入度试验(T 0604-2000)的相关规定。

[0021] 有益效果：本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法，能够良好的对比分析再生剂在老化沥青再生过程中的扩散能力，有助于合适的再生剂的比选，提高老化沥青的再生效果。在老化沥青的再生过程中，若再生剂扩散能力较弱，就无法充分的扩散与老化沥青混溶，反映在老化沥青混合料再生后的再生沥青膜上，必然是再生剂较多的存在于老化沥青外层，形成较软的再生沥青层，而内层则主要是没能够再生的老化沥青层，不仅大大降低了老化沥青的再生效果，无法达到预期的再生目的，同时会造成再生沥青混合料性能设计的偏差，进而导致长期路用性能劣化。因此，本发明提出的试验方法不仅是判断再生剂再生效果，进行再生剂选择的重要手段，同时能够为再生工艺条件以及再生沥青混合料性能的设计与优化提供良好的依据，同时试验数据准确可靠，试验方法简便可行，易于试验，具有非常良好的推广应用价值。

[0022] 本发明试验方法不仅通过大量室内试验进行了有效验证，同时已经应用于多条高速公路的沥青路面热再生养护维修工程中，如京沪(北京-上海)高速公路江苏省淮安段的沥青路面热再生养护维修工程。在该养护维修工程中，利用本发明的试验方法对不同再生剂在老化沥青中的扩散能力进行了对比分析，进而基于分析结果选择了合适的工程应用再生剂，有效的保障了老化沥青混合料的再生效果，目前该热再生养护维修工程再生沥青路面使用状况良好，验证了本发明试验方法的合理性、可靠性与实用性。

附图说明

[0023] 图1为再生沥青混合料中再生剂和老化沥青在集料表面的存在状态示意图。

[0024] 图2为本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法中再生剂对老化沥青扩散模拟试验示意图。

[0025] 图3为本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法试验流程图。

[0026] 图4为本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法的应用实例试验结果图。

具体实施方式

[0027] 如图1所示，在老化沥青混合料的再生过程中，老化沥青(2)是以沥青膜的形式粘附在集料(3)表面，再生剂(1)则借助机械搅拌覆盖在老化沥青膜的表面或进入老化沥青膜外层，进而进一步向老化沥青膜内部扩散，最终形成再生沥青。因此，再生剂扩散能力的不足会导致再生剂较多的停留在老化沥青的外层，老化沥青有效再生率较低，不仅无法达到原有的再生目的，甚至会造成再生性能设计的重大偏差，进而影响再生沥青混合料的路用性能。然而目前的热再生沥青混合料设计中由于缺乏针对这一现象的测试分析方法，因此均是假定再生剂能够与老化沥青充分混溶，进而在室内试验中将再生剂与老化沥青充分的搅拌混溶后，通过测定再生沥青的性能来判断再生剂的优劣。很明显，这样的测试方法对再生剂性能的判断是不全面的，尤其是无法反映再生剂对老化沥青的扩散能力，进而无法判断再生剂添加入老化沥青混合料后的实际再生效果，很容易造成室内设计与实际再生效果的较大偏差。因此，本发明提供了一种再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法，从而有助于完善再生剂性能的评价和合理再生剂的比选，为再生沥青混合料性能的设计与优化提供有利依据。

[0028] 如图2所示，本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法其设计思路是：在针入度试模中浇入老化沥青试样以提供模拟的沥青膜表面，进而浇入再生剂使其均匀覆盖在沥青试样表面，从而模拟再生剂与老化沥青的扩散作用界面；在一定的试验条件下，随着时间的增长，再生剂会向沥青层内部不断扩散，再生剂扩散浸入老化沥青层内部的速度和含量越大，就意味着其扩散能力越强，而反映在试验指标上则表现为测试获得的针入度随时间的变化速度越快。

[0029] 如图3所示，本发明提供的再生剂在老化沥青中扩散能力检测方法包括如下步骤：

[0030] 步骤1：取不少于5个针入度试模，分别浇入60±5g老化沥青，获取沥青试样，冷却至室温；

[0031] 步骤2：每个试样表面分别浇入6±0.5g再生剂，使再生剂均匀覆盖在沥青表面；

[0032] 步骤3：将其中5个沥青试样分别在100±5℃保温不同时间t：0.5h，1h，2h，3h和4h，若试样总数多于5个，多余试样应选择与前述5个试样不同的不同保温时间分别进行保温，每个试样的保温时间误差应控制在±5min以内；

[0033] 步骤4：取出保温完成的试样，冷却至室温，仔细去除表面残留再生剂，可以采用擦除或漂洗等方法清除表面残留再生剂，但应保证在尽量清除表面残留再生剂的同时不扰动沥青试样表面；

[0034] 步骤5：进行针入度试验，获取不同保温时间t对应的试样的针入度值P，针入度试验应遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000中沥青针入度试验T0604-2000的相关规定；

[0035] 步骤6：基于P＝A×ln(t)+B的函数形式对不同保温时间t对应的试样的针入度值P进行数据拟合，获得表征再生剂扩散能力的指标系数A，系数A越大表示再生剂在老化沥青中的扩散能力越强，反之则表示再生剂在老化沥青中的扩散能力越弱。

[0036] 应用实例：本发明的试验测试方法已经得到了实体工程的有效验证。京沪(北京-上海)高速公路江苏省淮安段的沥青路面热再生工程利用本发明的试验方法对目前应用比较广泛，比较有代表性的四种不同市场再生剂(A，B，C，D)分别进行了测试分析，相应的试验结果如表1和图4所示。

[0037] 表1

[0038]

[0039] 如表1和图4所示，四种再生剂保温时间t和针入度P的拟合关系式的相关系数2
R 均达到了0.97左右，有效的验证了本试验方法具有良好的试验精度。由于系数A是表征再生剂扩散能力的指标，其值越大，则再生剂的扩散能力越强，因此，基于四种再生剂的系数A的对比有：再生剂D扩散能力最强，再生剂C次之，再生剂A第三，再生剂B的扩散能力最差。在该养护工程中进一步对再生剂本身的抗老化性能以及再生剂与老化沥青均匀搅拌后的沥青性能进行了测试，发现再生剂A和D本身不具备良好的抗老化能力，且对老化沥青综合性能的恢复也并不理想，而再生剂B和C不仅本身具有良好的抗老化性能，同时能够良好的恢复老化沥青的综合性能，因此结合本发明的试验结果最终选择了扩散能力较强的再生剂C。再生沥青混合料的性能测试也表明再生剂C对老化沥青混合料的再生效果良好，目前该热再生养护维修工程再生沥青路面使用状况良好，有效的验证了本发明试验方法的合理性，可靠性与实用性。因此，本发明的试验检测方法具有非常良好的应用推广价值。