一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法及指标

1.本发明涉及道路建筑材料技术领域，具体涉及一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法及指标。


背景技术：

2.道路石油沥青是公路路面的首选材料，是沥青混凝土路面的重要组成部分。在车辆荷载和温度应力的作用下，沥青路面在服役期内不可避免的会产生裂缝。随着服役时间的推移，在温度较高的环境条件下，沥青材料的流动性增强，部分细微裂缝会逐渐愈合，避免裂缝进一步发展为其它路面病害，因此沥青材料的自愈合能力越来越受到国内外道路工作者的关注。道路石油沥青的自愈合性能决定了沥青路面在受到损伤后力学强度的恢复情况、行车舒适度及耐久性，从而决定了沥青路面的使用寿命。
3.目前，现行道路石油沥青相关规范中缺乏对沥青自愈合性能评价的相关方法及评价指标，对于道路石油沥青的自愈合性能主要依靠动态剪切流变仪（dsr）等高端仪器设备进行测试，通过对沥青材料实施疲劳-愈合-再疲劳的加载过程，模拟沥青的自愈合过程，然后测定自愈合前后沥青的复数剪切模量和相位角两个指标，借助愈合前后沥青模量的变化率、愈合前后沥青疲劳破坏率之比、愈合前后沥青承受荷载次数比、愈合前后沥青材料能量密度的比值等评价指标，量化沥青的自愈合性能。但这种测试方法存在以下问题：（1）采用dsr模拟的沥青自愈合过程，没有肉眼可见的破坏，与道路石油沥青在路面应用时产生细微裂缝（沥青膜之间存在明显的裂隙）后愈合的情况不符；（2）测试过程复杂，不能够直观简明地表现沥青裂缝自愈合的过程和特性；（3）动态剪切流变仪（dsr）属于高端仪器设备，不属于道路石油沥青的三大常规指标（针入度、延度、软化点）检测设备，在很多应用场景下不具备检测条件，检测便利性差。因此，现在亟需开发一种新的道路石油沥青自愈合能力测试方法和一种能够全面表征沥青自愈合情况的自愈合评价指标，以实现对沥青自愈合性能的快速、准确评价，用以弥补现行道路石油沥青相关规范中对自愈合性能评价的空白。


技术实现要素：

4.解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法与指标，能够便捷地实现道路石油沥青的自愈合性能测试，对道路石油沥青的自愈合性能进行定量评价，摆脱了道路石油沥青自愈合性能测试对动态剪切流变仪等高端仪器设备的依赖，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
5.技术方案：一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，步骤如下：步骤一.将待检测的道路石油沥青样品在150-180℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h以上，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准延度试样，所述标准延度试样的制作方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（jtg e20-2011）》t0605-2011执行；步骤二.将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用温
度为150℃的热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开；步骤三.将步骤二处理后的试样继续保留在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h；步骤四.将步骤三处理后的试样和步骤一所得另外一个未破坏的冷却后得到的标准延度试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h；步骤五.分别将两个试样安装在延度仪上，试验温度为15℃，并在延度仪固定端与试模的一端之间加装拉力感应装置，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在5cm/min
±
0.25cm/min的拉伸速度下进行试验，并记录试样破坏时拉力感应装置的数值，最终结果取五组试验的平均值，其中，步骤一所得未破坏试样的拉力值记为f0，步骤三所得愈合24h后试样的拉力值记为f1；步骤六.计算拉伸强度恢复率mr=f1/f0×
100%，拉伸强度恢复率越大，沥青的自愈合能力越强；步骤七.将道路石油沥青样品的自愈合能力分为5个等级，不同的等级依据mr值进行划分，具体如下：i级：mr值≥90%；ii级：mr值≥80%，＜90%；iii级：mr值≥70%，＜80%；iv级：mr值≥60%，＜70%；v级：mr值＜60%。
6.作为优选，所述道路石油沥青为基质沥青或改性沥青。
7.作为优选，所述步骤五中延度仪为道路石油沥青的延度仪。
8.作为优选，所述步骤五中延度仪的型号为syd-4508c。
9.作为优选，所述步骤五中拉力感应装置为拉力传感器或拉力计。
10.作为优选，所述步骤二中刀片的厚度为0.2mm。
11.基于上述一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法的评价指标，所述评价指标为拉伸强度恢复率mr，拉伸强度恢复率越大，沥青的自愈合能力越强。
12.有益效果：本发明的道路石油沥青自愈合性能的评价方法和指标，在沥青延度试验的基础上，用热刀片对沥青延度试件进行切割破坏，选择接近道路石油沥青现场愈合温度60℃作为愈合温度，引入拉力传感器，量化沥青的拉伸强度，同时用拉伸强度恢复率作为经历损伤愈合后沥青的自愈合性能评价指标，定量描述了道路石油沥青的自愈合性能。道路石油沥青的自愈合性能越差，拉伸强度恢复率越低，沥青路面越容易产生开裂病害。本发明所述方法在使用过程中操作简易、容易理解、成本较低，评价结果离散性小，可靠性高，在前期材料的评价和比选过程中起到重要作用。
附图说明
13.图1 为本发明所述道路石油沥青自愈合性能的评价方法的工艺流程图；图2为试样切开位置示意图。
具体实施方式
14.为了更好地理解本发明，下面通过附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
15.所述热刀片为温度为150℃、厚度为0.2mm的刀片。
16.所述标准延度试样的制作方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（jtg e20-2011）》t0605-2011执行。
17.本说明书实施例中用到的普通市售70#基质沥青、sbs改性沥青、胶粉改性沥青、sbs/胶粉复合改性沥青购买自广东省广州市。
18.实施例1本实施例中采用的延度仪道路石油沥青的试验机，型号为 syd-4508c。
19.选择70#基质沥青作为评价对象。参见图1，首先，将待检测的沥青样品在150℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准延度试样。将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开。将切割处理后的试样继续保留在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h。将未切割的试样和愈合后的试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h。
20.参见图2，分别将两个试样安装在延度仪上，试验温度为15℃，在延度仪固定端与试模的一端之间加装拉力传感器，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在5cm/min
±
0.25 cm/min的拉伸速度下进行试验，并记录试样破坏时拉力传感器的数值，五次平行测试结果的平均值和拉伸强度恢复率如附表1所示。
21.实施例2本实施例中采用的延度仪道路石油沥青的试验机，型号为 syd-4508c。
22.选择sbs改性沥青作为评价对象。参见图1，首先，将待检测的沥青样品在165℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准延度试样。将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开。将切割处理后的试样继续保留在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h。将未切割的试样和愈合后的试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h。
23.参见图2，分别将两个试样安装在延度仪上，试验温度为15℃，在延度仪固定端与试模的一端之间加装拉力传感器，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在5cm/min
±
0.25 cm/min的拉伸速度下进行试验，并记录试样破坏时拉力传感器的数值，五次平行测试结果的平均值和拉伸强度恢复率如附表1所示。
24.实施例3本实施例中采用的延度仪道路石油沥青的试验机，型号为 syd-4508c。
25.选择胶粉改性沥青作为评价对象。参见图1，首先，将待检测的沥青样品在165℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准延度试样。将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开。将切割处理后的试样继续保留
在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h。将未切割的试样和愈合后的试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h。
26.参见图2，分别将两个试样安装在延度仪上，试验温度为15℃，在延度仪固定端与试模的一端之间加装拉力传感器，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在5cm/min
±
0.25 cm/min的拉伸速度下进行试验，并记录试样破坏时拉力传感器的数值，五次平行测试结果的平均值和拉伸强度恢复率如附表1所示。
27.实施例4本实施例中采用的延度仪道路石油沥青的试验机，型号为 syd-4508c。
28.选择sbs/胶粉复合改性沥青作为评价对象。参见图1，首先，将待检测的沥青样品在165℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准延度试样。将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开。将切割处理后的试样继续保留在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h。将未切割的试样和愈合后的试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h。
29.参见图2，分别将两个试样安装在延度仪上，试验温度为15℃，在延度仪固定端与试模的一端之间加装拉力传感器，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在5cm/min
±
0.25 cm/min的拉伸速度下进行试验，并记录试样破坏时拉力传感器的数值，五次平行测试结果的平均值和拉伸强度恢复率如附表1所示。
30.将上述实施例1-4中，未破坏试样的拉力值记为f0，n；愈合24h后试样的拉力值记为f1，n。拉伸强度恢复率mr，为道路石油沥青自愈合性能的评价指标，%，mr=f1/f0×
100%，拉伸强度恢复率越大，沥青的自愈合能力越强。
31.并将道路石油沥青样品的自愈合能力分为5个等级，不同的等级依据mr值进行划分，具体如下：i级：mr值≥90%；ii级：mr值≥80%，＜90%；iii级：mr值≥70%，＜80%；iv级：mr值≥60%，＜70%；v级：mr值＜60%。
32.实施例1-4中的测试结果参见下表：附表1 实施例中的拉伸强度恢复率测试结果
33.从上述结果可以看出，本发明借助延度仪这一道路石油沥青常规性能测试仪器，有效模拟了沥青在服役过程中产生的裂隙破坏，并在接近道路石油沥青路面现场温度的条件下对损坏后的沥青进行愈合，定量评价了沥青的自愈合性能，测试结果准确，区分度较
高，摆脱了道路石油沥青自愈合性能测试对动态剪切流变仪等高端仪器设备的依赖，测试成本低，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
34.对比例1本对比例中采用的延度仪道路石油沥青的试验机，型号为 syd-4508c。
35.选择基质沥青、sbs改性沥青、胶粉改性沥青、sbs/胶粉复合改性沥青作为评价对象，依次对每种沥青进行测试。参见图1，首先，将待检测的沥青样品在165℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准的延度试样。将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开。将切割处理后的试样继续保留在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h。将未切割的试样和愈合后的试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h。
36.参见图2，分别将两个试样安装在延度仪上，试验温度为15℃，在5cm/min
±
0.25 cm/min的拉伸速度下进行延度试验，未破坏试样的延度值记为d0，cm；愈合后试样的延度值记为d1，cm；五次平行测试结果的平均值和延度恢复率nr，%，nr=d1/d0×
100%，结果如附表2所示。
37.附表2 对比例中的延度恢复率测试结果
38.从对比例结果可以看出，在相同的破坏-愈合条件下，采用延度作为沥青自愈合性能评价指标时，对沥青的愈合性能评价区分度不明显，测试结果不准确。沥青的延度恢复只能反应沥青延展性的恢复情况，不能代替沥青拉伸强度的恢复情况，也无法真实反应道路石油沥青在路面现场真实的愈合情况。通过对比例的测试结果可以看出，本发明能够很好地对沥青的自愈合情况进行测试，结果准确，区分度明显。

技术特征：
1.一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，其特征在于，步骤如下：步骤一.将待检测的道路石油沥青样品在150-180℃条件下加热4h，分别浇筑至两个延度试模并连同底板在室温条件下冷却2h以上，冷却后对样品进行刮平处理，得到两个标准延度试样；步骤二.将其中一个冷却后得到的标准延度试样置于-10℃的环境中冷冻2h，用温度为150℃的热刀片将冷冻处理后的试样从中部切开；步骤三.将步骤二处理后的试样继续保留在试模内，连同底板一起在60℃的条件下，愈合24h；步骤四.将步骤三处理后的试样和步骤一所得另外一个未破坏的冷却后得到的标准延度试样连同底板再放入15℃的水槽中保温1.5h；步骤五.分别将两个试样安装在延度仪上，并在延度仪固定端与试模的一端之间加装拉力感应装置，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在5cm/min
±
0.25cm/min的拉伸速度下进行试验，并记录试样破坏时拉力感应装置的数值，最终结果取五组试验的平均值，其中，步骤一所得未破坏试样的拉力值记为f0，步骤三所得愈合24h后试样的拉力值记为f1；步骤六.计算拉伸强度恢复率m
r
=f1/f0×
100%，拉伸强度恢复率越大，沥青的自愈合能力越强；步骤七.将道路石油沥青样品的自愈合能力分为5个等级，不同的等级依据m
r
值进行划分，具体如下：i级：m
r
值≥90%；ii级：m
r
值≥80%，＜90%；iii级：m
r
值≥70%，＜80%；iv级：m
r
值≥60%，＜70%；v级：m
r
值＜60%。2.根据权利要求1所述的一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述道路石油沥青为基质沥青或改性沥青。3.根据权利要求1所述的一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤五中延度仪为道路石油沥青的延度仪。4.根据权利要求3所述的一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤五中延度仪的型号为syd-4508c。5.根据权利要求1所述的一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤五中拉力感应装置为拉力传感器或拉力计。6.根据权利要求1所述的一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤二中刀片的厚度为0.2mm。7.基于权利要求1所述的一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法的评价指标，其特征在于，所述评价指标为拉伸强度恢复率m
r
，拉伸强度恢复率越大，沥青的自愈合能力越强。

技术总结
一种道路石油沥青自愈合性能的评价方法及指标，步骤如下：将待检测的沥青样品制作成标准延度试件，刮平沥青试模后，对试模进行冷冻处理，然后用热刀片从中部切开，将试样在给定的温度和时间下自愈。自愈过程结束后，将试模连同底板再放入规定试验温度的水槽中保温。将试件安装在延度仪上，在延度仪固定端与试模之间加装拉力传感器，试模的另一端与延度仪的移动端相连，在固定拉伸速率下进行测试，采用拉伸强度恢复率来评价道路石油沥青的自愈合性能，拉伸强度恢复率越大，沥青的自愈合性能越强。本发明能够实现对道路石油沥青自愈合性能的快速定量评价，同时，摆脱沥青自愈性能测试对高端仪器设备的依赖，提升道路石油沥青自愈性能测试的便利性。愈性能测试的便利性。愈性能测试的便利性。


技术研发人员：胡迟春 叶向前 李文煜 李晓东 龙翔 项彦茂
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/9/14