本技术涉及道路工程技术领域,具体为一种基于复合材料理论的新‑旧沥青拌和度计算方法,包括:(1)根据菲克第二扩散定律计算新沥青在旧沥青各个子层中的扩散浓度;(2)基于旧沥青各个子层中的新沥青扩散浓度计算各个子层的模量;(3)基于复合材料理论推导新‑旧沥青扩散与融合体系在某一扩散温度和扩散时间下的总模量;(4)根据各个子层的模量求解新‑旧沥青扩散与融合体系的总模量;(5)定义新‑旧沥青扩散与融合体系的拌和度表达式,从而定量计算新‑旧沥青的拌和度。本发明能够快速精准地预测新‑旧沥青混合体系的拌和度,从而定量确定再生沥青混合料中的有效沥青含量,以指导实际生产,确保再生沥青路面的服役耐久性。
背景技术
交通运输部公开信息显示,目前随着公路路网的日趋完善,我国公路工程建设已逐步向养护与改扩建过渡转型。据统计约97%的国道、省道及县乡道将进行升级改造,公路养护设备和服务市场规模达2000亿元,老旧沥青路面在小范围养护维修和大范围铣刨重建时会产生大量的废旧沥青混合料(RAP),根据统计数据显示,我国仅干线公路大中修工程每年就产生约1.6亿吨RAP材料,而国省干线公路里程仅占全国公路总里程的11.2%,其路面厚度约为其他低等级公路的2倍左右。据此推算,我国整个公路网每年废旧路面材料产生量将是7.9亿吨左右,与美国公路网每年产生的RAP材料的数量基本相当。近年来,沥青路面再生技术,尤其是热拌再生与温拌再生技术在我国道路工程的养护与新建中广泛应用,极大缓解了数量庞大的RAP材料对生态环境的污染、土地侵占以及筑路材料资源浪费等问题。
然而,在实际废旧RAP材料的再生施工过程中,由扩散与融合控制的新沥青与旧沥青之间的拌和度(DOB),是决定再生路面服役性能的关键。对DOB的过高或过低估算均可能直接导致再生沥青路面的早期病害,继而影响其服役耐久性。具体表现在:1)过高的DOB估算值将导致再生沥青混合料的总沥青含量低于实际最佳沥青含量,即有效沥青粘结剂含量过低,进而诱发再生沥青路面产生开裂、剥落等病害造成路面耐久性不佳等问题;2)过低的DOB估算值将导致再生沥青混合料中的总沥青含量过多,即有效沥青粘结剂含量过高,引发再生沥青路面产生高温车辙、拥包、滑移等病害并造成路面抗滑性能降低等问题。为确保再生沥青路面的长期服役性能和节约新沥青的用量,必须要快速和精确的计算新-旧沥青混合体系的DOB值,从而控制有效沥青含量。实际上,RAP旧沥青是包裹在RAP集料周围的一层严重老化的沥青薄膜,在实际高温拌和过程时,其一旦与新沥青接触将会立即发生扩散与融合,但该过程很难通过实验手段定量捕获。现有研究大多是通过对拌和完成后的RAP集料、新集料采用三氯乙烯溶液进行多次抽提清洗,采用微观测试手段如红外光谱(FTIR)、凝胶色谱(GPC)、扫描电镜(SEM)、荧光显微镜(FM)等手段检测RAP旧沥青在新沥青中的转移率,从而间接计算DOB值,或检测多次清洗得到的抽提沥青的物理-流变性能,通过对比其与新沥青、旧沥青之间的物理-流变性能的差异计算DOB值。然而,三氯乙烯溶液处理沥青会对沥青的微观性能造成不可逆影响,并且多次抽提清洗实验量大、清洗时机难以把控、操作误差大,都会影响最终的DOB计算精度,且三氯乙烯为有毒类有机化合物,实验操作过程中会对试验人员的身体健康带来潜在危害。
实现思路