鉴别表面活性剂类温拌沥青的球-三板摩擦试验方法与流程

本发明涉及一种鉴别温拌沥青的方法及使用的装置，属于有机材料的测试技术领域。

背景技术：

温拌沥青混合料(WMA)是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(160～180℃)和冷拌沥青混合料(10～40℃)之间，性能达到热拌沥青混合料标准要求的新型沥青混合料。与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料的拌和温度一般可降低20～40℃，使集料的加热温度显著下降，很好地缓解热拌沥青混合料由于高温拌和而导致的有害气体排放量大、沥青老化以及能耗过高问题，进而节约能源，保护环境。由于其环保、能耗的巨大优势，温拌沥青技术不断引起各地方政府和相关企业的重视，并进入大规模使用期，然而，成品温拌沥青及沥青混合料的相关技术规范还没有制定出来，其质量监管和过程控制还处于空白状态，这严重制约着此种产品的大规模推广和应用，也不利于该行业的健康发展，因此对成品温拌沥青及沥青混合料检测技术进行研究，并建立一套成品温拌沥青及沥青混合料质量监控体系成为一项迫切需要进行的工作。

温拌沥青技术主要包括三种，分别是有机添加剂法(Organic Additives)、温拌泡沫沥青混合料(WAM-Foam)和化学添加剂法(Chemical Additives)，其中，以表面活性剂类温拌沥青为代表的化学添加剂法，广泛应用到我国实际道路工程中，占温拌沥青使用量的90％以上。

但是，现有的料厂采购成品温拌沥青后直接进行温拌沥青混合料的拌制工作，缺失针对成品温拌沥青质量监控的有效手段与方法，同时政府监督部门也没有很好的手段对成品温拌沥青质量进行检验。温拌沥青生产者在基质沥青中少加或不加温拌剂，会极大地影响温拌沥青混合料性能。

如何有效鉴别表面活性剂类基质温拌沥青与普通基质沥青是目前存在的一个问题。

技术实现要素：

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种鉴别表面活性剂类温拌沥青的球-三板摩擦试验方法。

本发明的第二个目的是提出用于所述方法的试验装置。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种鉴别表面活性剂类温拌沥青的球-三板摩擦试验方法，包括步骤：

S1：样品沥青制成具有圆柱形中空区域的圆柱形样品，将所述圆柱形样品置于流变仪的试验台上，在沥青的熔融温度下进行摩擦试验；所述样品沥青包括基质沥青和温拌沥青，所述温拌沥青内使用的基质沥青和样品中的基质沥青相同；

S2：流变仪的转子以10^-9m/s至1.0m/s的速度转动，测定样品的摩擦系数，建立摩擦系数与转动速度的数学模型；

S3：比较在10^-7m/s至1.0m/s的转动速度下的摩擦系数的最大值，2～5组平行试验后利用三倍标准差法求出摩擦系数最大值的平均值，根据下式求出基质温拌沥青和基质沥青的差异性。

(待测样品摩擦系数最大值-基质沥青最大值)÷基质沥青最大值×100％ (1)

摩擦试验可得到一条曲线，最大值是曲线特征点，一定程度上可以表征两种试验样品的差异性。也可采用曲线上的其他特征点作为评价两种材料的特征点。

进一步地，用于制备圆柱形样品的样品沥青为0.6～1.0g，所述圆柱形样品的高为1～3mm，内径为15～20mm，外径为30～40mm。

其中，所述圆柱形样品是通过将熔融沥青倒入耐高温试件模内，待沥青冷却后，倒出耐高温试件模而得；所述耐高温试件模为具有圆柱形中空区域的圆柱形槽。耐高温试件模的材质一般为耐高温的橡胶材质，方便在常温冷凝状态下取出。一般沥青在80～130℃下熔融，所以将沥青加热到140℃即可。

优选地，所述S1中，在110℃下进行摩擦试验，温控时间为10min(即保温10min)。

温拌作用和温度不是线性关系，是一个曲线关系。高于和低于110度，温拌沥青的温拌作用不显著，在施工现场，温拌沥青混合料碾压温度一般为110度左右，试验结果与现场相吻合。

其中，步骤S2中，所述流变仪为旋转式流变仪，流变仪的转子上施加10N的法向力。

其中，步骤S2中，转动速度每一数量级内(10m/s)取70个摩擦系数值。

所述的球-三板摩擦试验方法，步骤S3中，差异性为(20±2)％时，表明样品沥青是加有表面活性剂类温拌剂的基质温拌沥青，当差异性小于18％时，表明样品沥青内没有表面活性剂类温拌剂、或添加量过少。

本发明还提出一种用于球-三板摩擦试验的试验台，用于鉴别添加了表面活性剂类温拌剂的温拌沥青，其包括碗状的容器，容器底面设置三角形的凸起，三角形凸起的三条边连接有钢片，钢片伸出碗状容器上缘，用于将试验台固定在地面或设备基座上。

本发明提出的方法中，从耐高温试件模倒出具有圆柱形中空区域的圆柱形样品后，放在试验台上；在加热条件下，沥青样品熔融，填满碗状的容器，流变仪的转子底端位于沥青样品中间，与三钢片接触，转子低转速时，转子与钢片间充满沥青，可以看成转子与沥青接触，当高转速时，转子钢片间沥青损失，转子与钢片接触。

进一步地，所述碗状容器的内径为20～40mm，深10～18mm，所述凸起为等边三角形状，等边三角型的边和该边所连接的钢片的长度方向垂直，钢片伸出碗状容器的一端设置有螺孔和螺栓。

本发明的有益效果在于：

本发明采用旋转式流变仪，对普通基质沥青和添加表面活性剂类温拌剂的温拌沥青进行球-三板摩擦对比试验，采用不同温度下低速摩擦系数峰值为评判标准，提出了表面活性剂类基质温拌沥青与基质沥青的球-三板摩擦试验鉴别指标，并提出了详细的试验方法及评判标准。

本发明提出的方法，可用来鉴定市购的成品温拌沥青中是否添加了温拌剂，并为建立成品温拌沥青及温拌沥青混合料的质量监控体系提供支持。

附图说明

图1是本发明方法采用的流变仪工作台剖视图。

图2是本发明提出的试验台俯视图。

图3是耐高温试件模的立体图。

图4为110℃下测得的温拌沥青摩擦曲线图。

图中，1是转子，2是钢片，3是沥青试件，4是试验台的碗状容器，401是碗状容器的上缘，5是流变仪工作台的底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中，基质沥青和表面活性剂类温拌剂均为市购。

实施例1：

见图1和图2，一种用于球-三板摩擦试验的试验台，用于鉴别添加了表面活性剂类温拌剂的温拌沥青，包括碗状的容器，容器底面设置三角形的凸起，三角形凸起的三条边连接有钢片2，钢片伸出碗状容器的上缘401，用于将试验台固定在流变仪工作台的底座5上。

本实施例的试验台的碗状容器4的内径为29mm，深14mm，其底面的凸起为等边三角形状，等边三角型的边和该边所连接的钢片的长度方向垂直，钢片伸出碗状容器的一端设置有螺孔和螺栓。

实施例2：

取样品沥青为0.8g，加热至140℃，倒入耐高温试件模(见图3)内，待沥青冷却后，倒出耐高温试件模，得到具有圆柱形中空区域的圆柱形样品。所述圆柱形样品的高为2mm，内径18mm，外径34mm。

鉴别表面活性剂类温拌沥青的球-三板摩擦试验方法，包括步骤：

S1：样品沥青制成具有圆柱形中空区域的圆柱形样品，将圆柱形样品置于实施例1的试验台上，试验台的钢片2固定在流变仪工作台的底座5上，在110℃温度下进行摩擦试验；温控时间为10min。在加热条件下，沥青样品熔融，填满碗状的容器，流变仪转子的球状底端位于沥青样品中间且不会与三条钢片接触。

样品沥青包括基质沥青和加5‰温拌剂(按基质沥青质量计)的温拌沥青，每种制二个试件，共四个试件。温拌沥青内使用的基质沥青和样品中的基质沥青均为70#沥青。

S2：流变仪的转子以10^-7m/s至1.0m/s的速度转动，测定样品的摩擦系数，建立摩擦系数与转动速度的相关数学模型(图4)；流变仪为Physica MCR旋转式流变仪，流变仪的转子1上施加10N的法向力(沿转子的长度方向，方向向下)。转动速度每一数量级内(10m/s)取70个摩擦系数值。

S3：比较在10^-7m/s至1.0m/s的转动速度下的摩擦系数的最大值，共三组平行试验，采用三倍标准差法处理数据，求出最大值的平均值。根据式(1)求出基质温拌沥青和基质沥青的差异性。

结果表明，基质沥青和加5‰温拌剂的温拌沥青差异性在(20±2)％范围内。

实施例3

样品沥青包括基质沥青和加3‰温拌剂(按基质沥青质量计)的温拌沥青，每种制二个试件，共四个试件。温拌沥青内使用的基质沥青和样品中的基质沥青均为70#沥青。

和实施例2同样的操作步骤，结果表明，基质沥青和加3‰温拌剂的温拌沥青差异性只有7％。

实施例4

样品沥青包括基质沥青和加5‰温拌剂(按基质沥青质量计)的温拌沥青，每种制二个试件，共四个试件。温拌沥青内使用的基质沥青和样品中的基质沥青均为石油沥青。

和实施例2同样的操作步骤，结果表明，基质沥青和加5‰温拌剂的温拌沥青差异性平均为20％，平行样的差异性值偏差小于2％。

以上试验的结果表明，在实施例1的条件下测试，可以得到较为准确的温拌沥青鉴定结果。

实施例5

样品沥青包括基质沥青和市购的温拌沥青样品，每种制二个试件，共四个试件。

按照和实施例2相同的方法进行试验，求得差异性为20.2％，表明样品沥青是加有表面活性剂类温拌剂的温拌沥青。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。