[发明专利]一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法

说明书

技术领域

本发明属于沥青路面再生技术领域，具体涉及一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度的试验方法及定量评价指标。

背景技术

二十多年来我国公路交通高速发展，其中修建的公路路面类型主要以沥青混凝土路面为主。近年来，公路建设高速发展，对原材料石料、沥青需求不断增加，开山采石对环境破坏越来越严重；另一方面已建公路大规模进入养护维修期，路面维修产生的废旧材料日益增多。采用沥青路面再生技术，可实现废料的重复利用。目前厂拌热再生是使用广泛、相对成熟的沥青混合料再生技术，热再生过程中，老化沥青从旧料表面分离出来与新沥青和再生剂溶合。热再生沥青混合料新旧沥青溶合程度不明确是限制高RAP掺量厂拌热再生技术的一个关键因素。目前大多数方法都只是通过间接试验方法评价新旧沥青的溶合程度，缺乏成熟的直接确定新旧沥青溶合程度的方法和定量指标。

发明内容

本发明的目的是针对现有测试方法的不足，提出一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，该方法借助扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)，直接观测再生混合料中新旧沥青的溶合状态，并精确测定溶合度，显著提高了测试方法的准确性。

本发明采用的技术方案为：一种确定热再生沥青混合料新旧沥青溶合度指标的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：对旧料(RAP)进行预处理，将其筛分为两档，分别测定油石比和级配；所述旧料是指采用铣刨机对旧沥青路面进行铣刨处理后得到的回收料。

步骤二：采用纳米TiO₂粉末对新沥青进行标记，TiO₂和新沥青的质量比为1:5。将70#基质沥青加热至150℃左右，保持恒温；按质量掺量加入TiO₂粉末，并使用高速剪切仪搅拌30min，形成均质的示踪沥青作为新沥青。

示踪沥青与原状沥青的135℃粘度相差不大，对沥青的拌合性能影响不大。

步骤三：使用特定新集料，用以区分RAP集料；选择AC-13为设计级配，根据热再生沥青混合料配合比设计，确定最佳油石比为4.9，使用旋转压实仪成型再生沥青混合料试件，控制空隙率为4％。

步骤四：将热再生沥青混合料试件切片，选择合适的区域，进行扫描电子显微镜(SEM)试验的制样。

步骤五：进行扫描电子显微镜微观观测以及能谱仪试验，根据SEM/EDS试验中硅(Si)元素、钛(Ti)元素和硫(S)元素的分布图确定再生沥青混合料中新旧沥青的溶合状态。

步骤六：提取新旧沥青溶合度的定量指标；根据能谱仪试验，测定再生料新集料表面沥青胶浆中示踪元素(Ti)与沥青特征元素(S)的质量比f_Ti:S，同时测定示踪沥青中初始的Ti:S质量比i_Ti:S，然后根据下式(1)计算热再生沥青混合料中新旧沥青溶合度。

其中：

γ：新旧沥青溶合度；

OAC：再生混合料的最佳油石比；

S_a：旧沥青中S元素质量比；

S_v：新沥青中S元素质量比；

i_Ti:S：初始Ti:S的值；

f_Ti:S：溶合后Ti:S的值；

α_n：RAP各档掺量；∑α_n＝α即RAP掺量；

β_n：RAP各档油石比。

新旧沥青溶合度公式的原理是：用示踪元素(Ti)与沥青特征元素(S)的质量比表征示踪剂和沥青的质量比；在热再生沥青混合料中，旧沥青从RAP集料表面分离出来，与新沥青(含示踪剂)发生溶合，溶合沥青中示踪剂的质量不变，而总沥青的质量变大；因而与新沥青中初始的Ti:S质量比相比，其值相应的减小，根据Ti:S减小的程度，推倒(1)式计算新旧沥青溶合度(γ)。

作为优选，所述步骤一中旧料筛分为0～4.75mm和4.75～13.2mm两档。

作为优选，所述步骤一中旧料油石比取燃烧法和抽提法试验测定值的平均值。

作为优选，所述步骤三中新集料为石灰岩，其颜色较淡，与RAP集料(玄武岩)可明显区别。

作为优选，所述步骤四中微观试验的制样方法需满足SEM观测的要求，尺寸约为5mm×5mm×3mm(长×宽×高)；并且将样品表面研磨抛光，在高真空环境下喷洒Au/Pd粉使试样表面导电。

有益效果：