沥青粘试验仪

2023年8月初，欧美大地邀请了意大利CONTROLS公司的技术工程师Jesse Bedra来华进行了为期一周的内部培训。此次培训旨在进一步提高欧美大地国内技术服务团队对于UTM等沥青混合料多功能道路材料试验机的操作水平和培训水平，更好的服务国内客户。自欧美大地2018年成为意大利CONTROLS公司的中国合作伙伴以来，双方一直致力于提高为中国用户服务的水平，此次实地培训也是时隔3年，双方组织的一次重要技术培训活动。此次培训首先由Jesse在会议室内进行了动态试验机控制技术的理论培训，为大家深入讲解PID控制的理论和注意事项。随后的几天，在山东高速集团有限公司，山东建筑大学和山东省交通科学研究院3个用户的实验室内，使用各种类型的动态试验机（液压的UTM-30和UTM-130，电动的AsphaltQube），及传统的UTS软件和新版的UTS Neutron软件实际开展了多个试验方法的实际操作培训。在此次培训的试验方法中，不但选择了国内用户目前普遍熟悉的单轴压缩动态模量试验（JTG E20-T0738）和四点小梁弯曲疲劳寿命试验（JTG E20-T0739），还关注了其他应用不普遍，但今后可能借鉴的美国、欧洲的方法体系及欧美标准，并了解了低温性能试验新方法的研究进展。这三个方面的培训内容，即针对目前国内客户普遍关心的试验方法，又涵盖了沥青路面材料未来的研究发展方向，对于欧美大地更好的协助客户，推动创新研发起着重要作用。 方向1：欧盟方法欧盟在确定沥青路面材料设计参数时，除法国主要使用梯形梁2点弯曲试验方法外，其他主要使用间接拉伸的试验方法，2018年更新的EN 12697-26刚度模量试验方法中增加了方法F间接拉伸动态模量试验方法（德国AL-SP-Asphalt-09）。在评价疲劳性能时，则可以使用EN-12697-24疲劳试验方法中的方法E。与我国交通行业标准选择的单轴压缩动态模量和四点小梁疲劳试验方法相比，间接拉伸试验方法的主要优点在于试件获取更加方便，甚至能够直接使用现场取芯的试件和马歇尔试件进行试验。相比之下，单轴压缩动态模量和四点小梁弯曲疲劳的试件获取要麻烦一些，这也是目前制约方法推广普及的原因之一。因此，提高间接拉伸试验的操作和培训水平，有助于我们满足国内众多欧洲留学归来的专家学者的研究需要，也可以在部分情况下试件获取困难时使用现场芯样或马歇尔试件来对路面性能给予评价。间接拉伸试验（左-动态模量/右-疲劳寿命）方向2：美国方向继我们邀请Richard Kim教授在国内就基于AMPT的沥青混合料性能评价体系开展理论教学推广后，我们再次请Jesse就试验的实际操作进行了深入培训。而且，基于目前国内AMPT用户数量较少，而UTM类型的动态试验机较多的现状，我们此次培训AASHTO T400 S-VECD（原TP105，目前已成为正式试验标准）和AASHTO TP134 SSR试验是基于AsphaltQube和UTM试验机进行的，实测结果表明：即使用户没有AMPT，也可以成功开展相关试验研究。（AMPT作为开发整套体系的试验设备基础，操作上要更加方便）PASSFlexTM试验方法培训（左-SVECD/右-SSR）基于目前国内试验方法体系仍重视四点小梁疲劳试验，以及要兼顾低温性能评价的现状，资金预算有限的用户，可以考虑购买AsphaltQube系列电动多功能动态试验机。AsphaltQube系列通过将AMPT的三轴室改变为环境箱，增加了荷载量程（最大±30KN动态），扩大了温控范围（最大-40℃~+80℃），并可以进行四点小梁弯曲疲劳试验，以及低温性能试验。同时还具有环保，集成度高，移动性强，操作便利等优势，是用于替代UTM-30的动态试验机产品。电动型AsphaltQube动态试验机方向3：低温性能评价新方法目前我国行业标准中评价沥青混合料低温性能的试验方法是JTG E20 T0715沥青混合料弯曲试验方法，一般称作“三点小梁弯曲试验”。但该试验方法因为数据离散性大，业内同行普遍对这种试验方法感到不满意。因此，近年来国内外同行提出了多种试验方法希望替代三点小梁弯曲试验。这些主要的方法有：（1） AASHTO T394（原TP105） SCB，低温半圆弯曲试验；（2） AASHTO TP10-93 TSRST，约束试件温度应力试验；（3） ASTM D8303 UTSST，单轴温度应力应变试验；（4） ASTM D7313 DCT，碟型试件偏心拉伸试验；（5） EN 12697-46低温性能试验方法。 在这些方法中，我们主要选择了方法1和2作为了此次培训的主要内容。原因在于：（1） 低温SCB试验方法与DCT试验方法大同小异，都是基于断裂能理论来评价沥青混合料的低温性能。相比低温SCB，DCT试验方法目前没有进入AASHTO试验规范体系，试件制备过于复杂（需要特制的切缝机和钻芯机），全球应用也不够多。（2） TSRST试验方法在美国和欧盟都是行业标准的一部分，国内对此方法比较熟悉，有很多单位开展过相关研究。UTSST试验方法是在TSRST试验的基础上增加了测量沥青混合料在低温条件下无约束的收缩应变，因此，试验操作是类似的，理解了TSRST，也就理解了UTSST。低温性能试验方法培训（左-TSRST冻断/右-低温SCB）此次在山东高速集团有限公司，山东建筑大学和山东省交通科学研究院的3个实验室进行培训，使得制造商、技术服务工程师与用户，有了更多现场交流的机会。在欧美大地的技术服务团队加强了对动态试验机的理解、对以上试验方法的理解、提高了试验的操作水平、提高数据质量，为今后帮助用户充分挖掘设备潜能，顺利开展试验研究打下了坚实的基础的同时，还解答了全国用户遇到的各种问题。也与现场用户进行了沟通，加深了用户对于动态试验机的认知，对于将动态试验机更好的应用于沥青混合料未来发展与研究中，起到了积极作用。 结语：在此，感谢山东高速集团有限公司，山东建筑大学和山东省交通科学研究院3个用户在场地，设备，试件等基础条件方面的大力支持。如想进一步了解情况，请登录欧美大地仪器官网咨询。

研究背景铁尾矿是铁矿石经破碎、筛分、研磨、分级、浮选等工艺流程，筛选出铁元素后的剩余产物，其主要成分与公路工程用集料相同。但现阶段我国的铁尾矿综合利用率较低，主要采取堆存方式进行处置，该做法造成了资源的浪费。公路工程建设过程中需要大量的筑路材料，若能将铁尾矿用作筑路材料，即可以降低公路工程造价，也可减少其对环境的污染。本文以表面自由能理论为依据,采用座滴法测量铁尾矿和不同沥青的表面能参数,并计算沥青与不同集料间的粘附功,以衡量铁尾矿与沥青间的粘附性能。实验方法与仪器1.表面能测试本文使用蒸馏水、甘油以及甲酰胺作为测定接触角的试剂，后测定这三种试剂在试样表面的接触角，并计算沥青与集料的表面能及其分量。本文采用德国KRÜ SS公司的DSA100接触角测量仪在25℃下对四种集料和沥青的接触角进行测试。DSA100接触角测试仪2.原材料本文研究过程中采用东海70号沥青、SBS改性沥青（I-D）和SBR改性乳化沥青蒸发残留物三种沥青，集料采用石灰岩、玄武岩和铁尾矿石。原材料各项技术均能满足现行技术规范要求，其中沥青技术指标如表1所示，四种集料矿物成分如表2所示。表1 沥青技术指标表2 矿物成分组成表结果与讨论1.接触角图1 接触角测试结果由图1实验结果可以发现，四种集料与测试液体的接触角差别较小，且不同材料与各测试液体的接触角试验的重复性较高。其主要原因可能是，各集料在测试前均对其表面进行了分割和磨平，这使得其空隙情况差别不大，因此各接触角差别不是很大。整体而言，蒸馏水与集料间的接触角随SiO2含量的增加而减小，其主要原因是水为极性分子，SiO2对水的极性能力较大，二者接触时更倾向于吸附更多的水以平衡表面力场，降低表面能，所以表现出水与集料间的接触角随SiO2含量的增加而减小的现象。SBS改性沥青与水和甘油间的接触角最大，SBR改性乳化沥青蒸发残留物与水间的接触角次之，基质沥青最小；SBR改性乳化沥青蒸发残留物与甲酰胺间的接触角最大，SBS改性沥青次之，基质沥青最小。图2γL与γLcosθ的关系为进一步验证测试结果的准确性，将不同测试液体的表面能γL与γLCOSθ进行线性拟合，结果如图2。由图 2可以发现，测试液体的表面能γL与γLCOSθ 线性拟合后的相关系数（R2）均大于0.90。表明二者之间具有良好的线性关系，即测试结果可靠。2.表面自由能图3表面能计算结果分别综合3种测试液体的表面能参数及其在集料和沥青的接触角计算集料和沥青的表面能及其分量，计算结果如图3所示。由图3(a)-(c)可以看出，四种集料的表面能相差不大，其中石灰岩的表面能最大，铁尾矿1的表面能最小，该现象的主要原因是石灰岩中的SiO2含量最小，铁尾矿1中SiO2含量最大，已有研究结果表明集料的表面能与SiO2含量呈负相关关系。四种集料中，铁尾矿2的极性分量最大，色散分量最小，石灰岩的极性分量最小，色散分量最大。由(d)-(f)三种沥青的表面能存在较大的差异，其中SBS改性沥青的表面能最大，SBR改性乳化沥青蒸发残留物的表面能最小，其可能原因是改性乳化沥青制备过程中需要加入乳化剂，乳化剂的作用原理是降低沥青与水间的界面能，提高二者间的稳定性，蒸发残留物制备过程中的乳化剂未能完全蒸发，导致其表面能的降低。SBS改性沥青的极性分量最小，色散分量最大，SBR改性乳化沥青的极性分量最大，色散分量最小，其可能原因是SBS蒸发残留物中的乳化剂未能充分挥发，使得其蒸发残留物的极性增强。3.粘附功的计算图4不同沥青与集料间的粘附功通过沥青和集料的表面能数据计算得到二者间的粘附功，计算结果如图4。由图4可以发现，不同沥青与不同集料间的粘附功存在一定差别，其中SBS改性沥青与石灰岩间的粘附功最大，为71.16mJ/m2，而SBR改性乳化沥青蒸发残留物和铁尾矿1之间的粘附功最小，为66.24mJ/m2。整体而言，石灰岩与各沥青间的粘附功要大于玄武岩和铁尾矿，该现象产生的原因是石灰岩的SiO2含量仅为0.76%，其碱性要强于玄武岩和铁尾矿。SBS改性沥青与集料间的粘附功要大于70号基质沥青和SBR改性乳化沥青蒸发残留物，究其原因，SBS改性剂的加入使得沥青的极性降低，而SBR改性乳化沥青蒸发残留物中乳化剂在挥发不完全情况下，其极性更大，且残留物制备过程中需要经过高温蒸发，使得沥青发生了一定程度的老化，老化后的沥青极性增强。小结石灰岩的表面能最大，铁尾矿的表面能小于石灰岩和玄武岩，且铁尾矿的极性分量大于石灰岩和玄武岩，色散分量小于二者。不同沥青与不同集料间的粘附功存在一定差别，SBS改性沥青与集料间的粘附功大于基质沥青和SBR改性乳化沥青蒸发残留物，石灰岩与沥青间的粘附功要大于玄武岩和铁尾矿。参考文献：[1]王鑫洋,苏纪壮,祁冰.基于表面能理论和拉拔试验的铁尾矿与沥青黏附性研究[J/OL].武汉理工大学学报(交通科学与工程版):1-11[2022-12-15].

在今年的两会上，与会代表提出“取消重大节假日高速公路免费通行政策，与此同时，全面降低高速公路收费标准”的建议，引起了大家的热议。高速公路已经与人们出行密不可分，影响高速公路质量的重要材料——沥青。沥青乳液沥青乳液不仅使沥青的加工和储存变得简单，也使得道路的铺设过程更为方便（1）。沥青乳液的物理、化学及应用性能在很大程度上取决于沥青、乳化剂和水的含量比，以及沥青乳液的粒径分布（2）。常温下，沥青是不可加工的。因此，为了使沥青变的可加工，需采用不同的工艺对其处理。最常见的技术是将沥青加热到液态。另一种技术是将沥青加工成乳状液。然而，单纯将沥青和水混合在一起并不能形成一个稳定体系。因此，要根据具体的应用需求在沥青中添加一定的稳定剂和乳化剂。沥青乳液使用起来非常方便，同时也更容易对其储存、运输和进一步加工。沥青乳液的优势及化学组成沥青乳液的优势：良好的润湿能力低能源消耗和环境友好可通过增塑剂对其改性状态的多样性(如粘度)沥青乳液的化学组成：在沥青乳液中，沥青为分散相，水为连续相。为了保证能够乳化充分并形成稳定的颗粒，对乳化剂的选择变得十分重要。而粒径和乳化剂也同样会影响沥青乳液的加工性能和存储稳定性。乳化剂分子附着在沥青颗粒的表面，使这些颗粒具有均匀的电荷。这导致颗粒间的静电斥力，从而阻止乳液颗粒在运输和储存过程中固化。根据电荷(正电荷或负电荷)的不同，可以将其分为阳离子或阴离子的沥青乳液。沥青乳液的应用取决于其电荷、沥青质量分数、乳化剂、水以及沥青乳液的粒径（2）。实验实验中选取四种不同的沥青乳液(样品1 - 4)，固含量均为63%。实验分别研究了样品的粒径、电位及流变行为。电位zeta电位的测量采用安东帕Litesizer 500。样品经水稀释，pH 为8.6±0.2。实验中对电位的测量采用Ω样品池，分别对样品进行三次系列测试。Litesizer 500粒径粒径分布(PSD)采用安东帕PSA 1090 L测定。实验设置为三次系列测量，水为流动相。样品分散不需要超声处理，搅拌和泵速分别设置为中速，遮光度设为10%，并采用夫琅和费近似理论对粒度分布进行计算。PSA流变行为为了表征沥青乳状液的流变特性，采用Anton Paar公司的流变仪及其平板测量系统PP25对样品进行测试。实验中，对每个样品在25°C下的流变曲线和振幅扫描进行测量。流变曲线的剪切速率范围为0.01~100s -1，时间范围为100s~1秒。振幅扫描的角频率为10 rad / s，形变范围为0.01~100% 。SmartPave结果与讨论zeta电位对稳定性的评估通过对沥青乳液zeta电位的表征，可得到样品稳定性的相关信息。zeta电位值越高，体系越稳定。实验中的所有样品zeta电位均为负值，说明沥青乳状液为阴离子型。如表1所示。这说明热处理对沥青乳状液的稳定性没有影响。样品加工性能的表征实验中，对样品1和样品2的加工性能进行了比较。样品1比样品2的粒径分布更宽，同时包含了大颗粒和小颗粒(图1)。两个样品的D90值差异最为明显（表2）。图2显示了样品的剪切速率粘度函数。样品1的小颗粒含量较少，与样品2（小颗粒含量较多）相比其表面积较小。较小的表面积说明颗粒和液体之间较小的界面，导致两相之间的摩擦力和相互作用力较小。从而造成较低的粘度，如图2所示。样品的屈服应力也不同。样品1 (2.33 Pa)颗粒较大(图3)，其屈服应力低于样品2 (15.99 Pa)。质量控制沥青配方及工艺参数对其最终产品的粘度均有影响，为了控制产品的粘度，可在生产过程中对工艺参数进行监测。例如，样品3和样品4在粘度上没有差异，但在加工后表现出不同的流变特性（图4）。样品3的屈服应力为31.78 Pa，高于样品4的22.63 Pa。此外，样品3的损耗模量G”更高，这意味着它比样品4的粘性更大(图5)。这些结果表明，沥青乳液样品的界面性质不同，可通过测量粒度分布来实现质量控制。表3和图6汇总了各个样品的粒径结果。结论及参考文献结论实验展示了粒径对不同沥青乳液流变性能的影响。一般认为，沥青乳液的稳定性很好，同时具有以下特性：粒径越小，粘度越大粒径分布越宽，粘度越小具有混合粒径的沥青乳液，比只有单一粒径的沥青乳液粘度更低粒径分布影响样品的粘弹行为和屈服点利用现代测量技术，有利于开发出黏度相对较低但固体含量较高的高稳定性沥青乳液。沥青乳液的屈服应力和粒径分布影响着沥青乳液的应用性能，因此对这些参数的分析具有重要的意参考文献安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn