一种快速检测沥青类产品抗油蚀性能的方法及应用与流程

1.本发明涉及道路工程测试技术领域，尤其涉及一种快速检测沥青类产品抗油蚀性能的方法及应用。


背景技术：

2.沥青混合料作为一种主要的路面铺筑材料，是不同种类的沥青及粗骨料、细骨料和矿粉组成的一种复合材料。在道路工程领域中，公路路面铺筑材料的自身属性直接影响路面的使用寿命。
3.沥青混合料中的沥青属于原油加工过程中的产品，与汽油、柴油、煤焦油等有机溶剂存在相似相溶的情况。沥青混合料接触有机溶剂后，会出现溶解，使得混合料脱粒甚至松散。沥青路面接触有机溶剂后，会出现路面软化、坑槽、松散等路面病害。
4.目前，沥青路面上行驶的各类机动车主要以燃烧汽油、柴油为发动机提供能量。因机动车发生发动机故障或交通事故、或出现燃油燃烧不完全等情况，可能会使得泄漏燃油直接接触沥青路面。实际生活中，渠化交通路面一般采用沥青铺筑，发生车辆拥堵后机动车长时间停在路面上，在发动机开启的情况下漏油现象较为严重。易在高速收费站口、城市街道路口、学校门口、交通事故易发生路段等位置出现漏油现象。一些车辆在行驶中出现故障后，就地修理，大量的燃油洒落在路面。在高等级公路上，机动车车速快、不允许停车且路段封闭，若发生燃油泄漏事故，将形成由点及线长达数公里的“油蚀带”。当沥青路面遭受汽油、柴油等有害油品的侵蚀后，会使沥青路面表层甚至几层面层出现病害，减少沥青路面的使用寿命。受油污染的路面很快变得松软，随后在车轮胎的真空吸力作用下出现坑洞，降雨后，很快会有新的坑洞出现，“油蚀带”将逐渐发展为“坑槽带”，且出现病害的沥青路面使得路面抗滑性能更低，易造成连环追尾、侧翻等重大交通事故。油蚀沥青对公路路面的承载能力、耐久性、舒适性及行车安全的影响巨大。
5.不同类型的沥青对燃油的溶解度不同，抗油蚀性能也不同。目前，现行的规范和标准中尚未有统一的检测沥青抗油蚀性能方法。国内外学者在沥青抗油蚀性能的研究中，一般使用的检测方法是表面涂刷法和静态油浸法。文献(李善强,李浩.沥青混合料油蚀评价方法研究[j].重庆交通大学学报自然科学版,2016,35(5):54-57.)通过将沥青集料放入固定盛放有机溶剂的容器中，通过静态油浸法测试不同时间下油浸前后的质量损失。文献(李强,马翔,李珂,等.沥青玛蹄脂碎石混合料抗油蚀性能试验研究[j].建筑材料学报,2020(3).)通过直接油浸和毛巾覆盖油浸法，对比了不同时间下油浸前后不同沥青的性能。抗油蚀性能检测试验用的沥青马歇尔试件尺寸较大，静态油浸检测法是油从外部逐渐渗入试件速度慢、效率低。已公开专利(侯芸,董元帅,田春玲,等.一种沥青类产品的耐油蚀性能的检测方法:.)在静态油浸法的基础上，通过布设机械搅拌器模拟动态油蚀，提供了一种更真实地模拟实际路面油蚀状况的方法，检测了沥青类产品耐油蚀性能。
[0006]
现有检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，都需要较长的检测时间，提供一种快速检测沥青混合料抗油蚀性能的方法是目前业界亟待解决的重要课题。


技术实现要素：

[0007]
本发明提供一种快速检测沥青类产品抗油蚀性能的方法及应用，用以解决现有技术中沥青类产品抗油蚀性能检测慢的缺陷，提供一种快速检测沥青或沥青混合料抗油蚀性能的方法。
[0008]
本发明提供一种检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，包括：使用有机试剂覆盖沥青马歇尔试件，而后对试件进行超声处理；
[0009]
所述超声处理的频率为210-260khz。
[0010]
优选的，所述超声的时间为1.5-2.5小时。
[0011]
优选的，所属有机溶剂为柴油、煤焦油、机油、汽油中的一种或几种。
[0012]
根据本发明提供的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，当所述沥青马歇尔试件仅包括沥青时：
[0013]
1)测量所述沥青马歇尔试件的原始质量m，将所述沥青马歇尔试件超声处理，进行动态模拟加速油蚀；
[0014]
2)测定沥青马歇尔试件试验后的质量值m'；
[0015]
3)计算沥青马歇尔试件的油蚀质量损失率：
[0016]
所述沥青马歇尔试件油蚀质量损失率的计算公式如下：s＝δm/m
×
100％；δm的计算方式为m-m'。
[0017]
根据本发明提供的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，当所述沥青马歇尔试件为沥青混合料试件时：
[0018]
1)测量所述沥青混合料试件的原始质量m，将所述沥青混合料试件超声处理，进行动态模拟加速油蚀试验；
[0019]
2)测定沥青混合料试件试验后的质量值m'；
[0020]
3)将步骤2)中得到的沥青混合料试件，进行洛杉矶磨耗试验，测定所述沥青混合料试件经洛杉矶磨耗试验后的质量值m；
[0021]
4)计算沥青混合料试件的油蚀程度：
[0022]
所述沥青混合料试件油蚀程度的计算步骤如下：
[0023]
s＝δm/m
×
100％；
[0024]
s'＝(m'-m)/m'
×
100％；
[0025]
t＝αs+βs'；
[0026]
式中：δm的计算方式为m-m'，t为沥青混合料加权油蚀程度，α为油蚀质量损失率权重，β为强度折减度权重，α+β＝1.0，α大于β。所述权重α和β的取值范围(0,1)。因马歇尔试件经洛杉矶磨耗试验后质量离散程度大，故α应大于β，以尽可能的准确反映实际沥青路面油蚀情况。
[0027]
若洛杉矶磨耗试验后试件碎裂，选取碎块中质量最大的一块进行称重计算。本发明提出沥青混合料加权油蚀程度计算公式，不单单考虑油蚀损失，引入洛杉矶磨耗试验，根据路面试验获得权重，准确的得到路面油蚀程度，快速的检测沥青混合料的抗油蚀程度
[0028]
根据本发明提供的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，所述α为0.75-0.85，优选为0.8。
[0029]
所述β为0.15-0.25，优选为0.2。
[0030]
优选的，步骤2)中，去除试件表面的有机溶剂再测定质量；
[0031]
优选的，去除试件表面的有机溶剂包括吹风、烘干、静置步骤,重复2-4组；
[0032]
所述吹风8-12min,烘干8-12min，静置8-12min；
[0033]
根据本发明提供的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，所述沥青马歇尔试件与有机试剂上表面的距离为3-5厘米。
[0034]
优选的，利用超声波设备进行超声处理。加入超声波设备液体槽总容积20-25％的有机溶剂。
[0035]
根据本发明提供的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，控制有机试剂的温度为20-70℃；
[0036]
优选的，控制有机试剂的温度大于60℃。
[0037]
根据本发明提供的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法，所述超声波设备的液体槽为圆柱形。
[0038]
本发明通过系统的试验研究，提出了一种快速检测沥青或沥青混合料抗油蚀性能的方法。采用动态模拟加速油蚀的试验条件，更加真实的反映沥青路面实际油蚀状况，并提出了沥青及沥青混合料抗油蚀试验的试验条件、试验方法、评价指标，为沥青路面原材料的选择提供参考。
[0039]
上述检测沥青类产品抗油蚀性能的方法在单独测试沥青及沥青混合料的抗油蚀性能中的应用。
[0040]
上述的检测沥青类产品抗油蚀性能的方法在比较两种以上沥青类产品的抗油蚀性能中的应用。
[0041]
根据上述的应用，当所述马歇尔试件仅包括沥青时，油蚀质量损失率s越高，试件油蚀程度越重；
[0042]
当所述沥青马歇尔试件为沥青混合料时，沥青混合料加权油蚀程度越高，试件油蚀程度越重。
[0043]
本发明的有益效果：
[0044]
(1)本发明在动态油蚀的基础上，提出一种新的快速检测方法。本发明通过借助超声技术，可以更有效的模拟真实路面油蚀情况，且缩短了模拟时间，提升了检测效率。
[0045]
(2)本发明抗油蚀性能的检测方法，将油蚀程度量化，不仅适用于沥青类产品之间的性能对比试验，也可以单独测试沥青类产品的油蚀度。
具体实施方式
[0046]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
一种快速检测沥青或沥青混合料抗油蚀性能的方法，其中包括动态模拟加速油蚀的步骤：
[0048]
取标准大小的沥青马歇尔试件装入所述超声波容器装置中，加入相当于容器总容积的20-25％的有机溶剂(柴油)，使得所述柴油完全覆盖试件上表面并有3-5厘米的空余
量：
[0049]
对柴油内的沥青马歇尔试件进行超声振荡，保持固定频率振荡，使得有机溶剂快速与沥青结合，减少溶剂与沥青反应时间，提高检测效率。其中超声振荡发生器在所述有机溶剂中直接接触，发射超声波使得溶液产生紊流，超声振荡器内壁四周与所述沥青混合料试件有2厘米的间距。
[0050]
超声振荡器频率固定控制在210-260khz之间，振荡时间2小时。
[0051]
优选地，所述动态模拟加速油蚀的温度控制在20-70℃。以大于60℃为优。实际沥青路面大于60℃时，易产生车辙，同时油蚀损害程度最为严重，所以控制有机溶剂大于60℃时能以更高效率完成油蚀试验。
[0052]
其中，所述装置主要包括机械控制部分和试验容器部分。机械控制部分在试验容器外侧，通过换能器将电能转换产生超声波，通过加热装置控制容器中有机溶剂温度；试验容器部分为柱状容器，进一步地，容器部分底面直径为200mm，高度为150mm。
[0053]
具体地，所述检测方法的步骤包括：
[0054]
当所述沥青马歇尔试件仅包括沥青时：
[0055]
1)准确测量所述沥青试件的原始质量m，将所述沥青试件放入试验装置的容器内，进行动态模拟加速油蚀；
[0056]
2)所述动态模拟加速油蚀试验达到试验时间后，关闭试验装置，换能器停止，加热停止；
[0057]
3)装置开启排油泵，排空容器内试验用有机溶剂，准确测定沥青试件试验后的质量值m'；
[0058]
4)计算沥青试件的油蚀质量损失率：
[0059]
所述沥青试件油蚀质量损失率的计算公式如下：s＝δm/m
×
100％；
[0060]
s代表沥青试件的油蚀质量损失率，无计量单位；m代表试验前沥青试件质量，单位kg；δm的计算方式为m-m'，是沥青试件试验前后质量损失。δm值越大，质量损失越大，油蚀质量损失率s越高，沥青试件油蚀程度越重。
[0061]
作为优选，所述步骤1)中，为进行对比试验，使用相同柱形模具制作的，形状相同，质量相近的4块沥青样品。
[0062]
所述步骤2)中，为准确测量沥青试件质量差δm，将试验容器内的溶剂排空后，去除沥青试件表面残留溶剂；以吹风、烘干和静置为一组，每组操作在1小时为宜，时间比为1:1:4，共进行2～4组操作，再测定所述质量差δm，以减小误差。
[0063]
或，当所述沥青马歇尔试件为沥青混合料时，
[0064]
1)将所述沥青混合料制作成马歇尔标准试件或大型马歇尔试件，准确测量所述马歇尔试件的原始质量m，同时控制试件的空隙率在4-8％之间，进行动态模拟加速油蚀试验；
[0065]
2)所述动态模拟加速油蚀试验到达结束时间后，关闭试验装置，准确测定沥青混合料试件试验后的质量值m'；
[0066]
3)将步骤2)中经过动态模拟加速油蚀试验的所述沥青混合料，进行洛杉矶磨耗试验，准确测定所述沥青混合料经洛杉矶磨耗试验后的质量值m；
[0067]
4)计算沥青混合料油蚀程度：
[0068]
所述沥青混合料油蚀程度的计算步骤如下：s＝δm/m
×
100％；
[0069]
s'＝(m-m')/m'
×
100％；
[0070]
t＝αs+βs'；
[0071]
式中：s为沥青混合料油蚀质量损失率，无计量单位；
[0072]
s'为强度折减度，无计量单位；
[0073]
t为沥青混合料加权油蚀程度，无计量单位；
[0074]
m为沥青混合料试件原始质量，单位kg；
[0075]
m'为沥青混合料试件经动态模拟加速油蚀试验后的试件质量，单位kg；
[0076]
m为经动态模拟加速油蚀试验以及洛杉矶磨耗试验后的试件质量，单位kg；
[0077]
α为自定义油蚀质量损失率权重，无计量单位；
[0078]
β自定义强度折减度权重，无计量单位；
[0079]
α+β＝1.0。
[0080]
作为优选，所述步骤1)中为进行对比试验，准备4块或6块相同标准的沥青马歇尔试件，并控制其质量差值在50g以内。
[0081]
所述步骤2)中为准确测量马歇尔试件经动态模拟加速油蚀试验前后的质量差δm，将试验容器内的溶剂排空后，去除试件表面残留溶剂；以吹风、烘干和静置为一组操作，每组操作在1小时为宜，时间比为1:1:4，进行2～4组操作，再测定所述质量差δm，以减小误差。
[0082]
所述步骤3)中所述试验宜采用标准的洛杉矶磨耗试验，若试验后试件碎裂，选取碎块中质量最大的一块进行称重计算。
[0083]
所述步骤4)中，所述权重α和β的取值范围(0,1)，因马歇尔试件经洛杉矶磨耗试验后质量离散程度大，故α应大于β，以尽可能的准确反映实际沥青路面油蚀情况。
[0084]
作为本发明的优选方案，提供一种快速检测方法，用以客观评价沥青类产品的抗油蚀性能。
[0085]
所述检测方法的模拟动态油蚀步骤包括：
[0086]
取沥青马歇尔标准试件装入所述装置的容器部分，加入相当于所述容器容积的20-25％的有机溶剂，使所述有机溶剂完全浸没马歇尔试件并超过其上表面，并且距离所述装置四周容器壁2cm以上：
[0087]
所述装置机械控制部分的超声波换能器发射超声波频率在210-260khz，保证试件充分收到超声波振荡并且试验中溶剂不因振荡而溢出，控制温度在20-70℃，试验时间1.5-2.5小时。
[0088]
沥青马歇尔试件空隙率为4-8％。作为最优选的技术方案，提供一种快速检测方法，用以客观评价沥青类产品的抗油蚀性能。
[0089]
所述检测方法的模拟动态油蚀步骤包括：
[0090]
取标准沥青马歇尔试件，控制空隙率为5％，装入所述装置容器中，加入相当于所述容器容积的25％柴油，使柴油充分覆盖所述沥青类产品的上表面；
[0091]
所述装置机械控制部分的超声波换能器发射超声波频率为220khz，保证溶液在所述装置运行中不震出或溢出容器，溶液温度为65℃，检测时长2小时，保证溶液与试件充分溶解。
[0092]
进一步地，使用洛杉矶磨耗仪进行所述磨耗试验，所述沥青混合料油蚀质量损失
率和强度折减度的权重α、β分别是0.8和0.2。
[0093]
上述的α、β取值经过研发过程中大量摸索实验得出，最能真实准确地反映沥青混合料的抗油蚀性能。
[0094]
通过上述条件的严格控制，能够快速、准确、客观地反映沥青混合料的抗油蚀程度，且当实验条件完全一致时，实验结果可以直接对比，无需进行对比试验，可作为本领域的常规检验方法推广。
[0095]
本发明是一种高效的、较全面的、动态油蚀条件下的沥青及沥青混合料抗油蚀性能的检测方法。相较于目前广泛应用的静置油浸法，本方法速度快，效率高，更准确的模拟实际路面油蚀情况；进一步提出沥青混合料加权油蚀程度计算公式，不单单考虑油蚀损失，引入洛杉矶磨耗试验，根据路面试验获得权重，准确的得到路面油蚀程度，快速的检测沥青混合料的抗油蚀程度；现有的方法一般需要对比试验，本方法不仅适用于对比试验，还通过量化油蚀程度可单独测试沥青及沥青混合料的油蚀度。
[0096]
以下各实施例中，所涉及的试件(马歇尔试件)的试件空隙率控制在4-8％。
[0097]
实施例1
[0098]
本实施例提供一种快速检测沥青的抗油蚀性能的方法，包括如下步骤：
[0099]
1)准备进行试验的沥青混合料试件，测得质量为m1，将其放入检测装置中；
[0100]
2)进行模拟油蚀试验：在检测装置中加入65℃的柴油直至柴油没过试件上表面约5厘米；开启试验装置，设定超声波频率220khz，设定温度65℃，定时运行2小时；
[0101]
3)关闭实验装置，开启排油口，排空容器内的油；去除试件表面残留溶剂，以吹风、烘干和静置为一组，每组操作为1小时，共进行2组操作。完成后称取试件剩余重量m2，即沥青混合料试件前后质量差δm为m
1-m2；
[0102]
4)油蚀质量损失率计算：
[0103]
m1为767.2g，m2为746.5g，δm为20.7g，根据油蚀质量损失率计算公式s＝δm/m1×
100％，经计算s为2.7％。
[0104]
实施例2
[0105]
本实施例提供一种快速检测沥青抗油蚀性能的方法，按照实施例1所述的步骤进行检测沥青样品a和沥青样品b，每个样品分别制作3个沥青混合料试件并检测，其检测数据以及所得油蚀系数如表1所示。
[0106]
表1
[0107][0108]
可见，沥青样品a的油蚀损失小于沥青样品b，沥青样品a的抗油蚀性能优于沥青样品b。
[0109]
实施例3
[0110]
本实施例提供一种快速检测沥青抗油蚀性能的检测方法，包括如下步骤；
[0111]
1)测量准备进行试验的马歇尔试件，测得质量为m1，将其放入检测装置中；
[0112]
2)进行模拟油蚀试验：在检测装置中加入65℃的柴油直至柴油没过马歇尔试件上表面约5厘米；开启试验装置，设定超声波频率220khz，设定温度65℃，定时运行2小时；
[0113]
3)关闭实验装置，开启排油口，排空容器内的油；以吹风、烘干和静置为一组操作，去除马歇尔试件表面残留溶剂，每组操作为1小时，共进行2组操作。完成后称取试件剩余重量m2，即沥青试件前后质量差δm为m
1-m2；
[0114]
4)取经过步骤3)试验后的马歇尔试件，进行洛杉矶磨耗试验，并准确测量磨耗试验后质量m，试验前后质量差δm为m
2-m；
[0115]
5)油蚀程度计算：
[0116]
m1为1306.0g，m2为1257g，m为1096g，δm为49.0g，δm为161g，根据油蚀度的计算公式得到s为3.75％，s'为12.81％，t为5.56％。此时权重α、β分别为0.8和0.2。
[0117]
实施例4
[0118]
本实施例提供一种快速检测沥青抗油蚀性能的方法，按照实施例3所述的步骤进行检测沥青基质沥青制作的马歇尔试件a组和sbs改性沥青制作的马歇尔试件b组，每组样品分别取3个试件进行试验，其试验数据以及所得油蚀系数如表2所示。
[0119]
表2
[0120]
[0121][0122]
通过试验数据，可见sbs改性沥青制作的马歇尔试件油蚀程度小于基质沥青混合料制作的马歇尔试件，sbs改性沥青的抗油蚀程度好于基质沥青。
[0123]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。