本發(fā)明屬于道路工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于原子力顯微技術(shù)的瀝青老化程度原位判別方法。

背景技術(shù)：

廢舊瀝青混合料的再生利用已經(jīng)受到越來越多的重視，而判別舊料中瀝青的老化程度是進(jìn)行舊料再生設(shè)計(jì)的前提和關(guān)鍵。常規(guī)的做法是先抽提回收瀝青，然后進(jìn)行針入度、粘度等指標(biāo)測(cè)試，而抽提瀝青時(shí)存在諸多缺點(diǎn)：循環(huán)周期長(zhǎng)、回收效率低、需要空白試驗(yàn)標(biāo)定、實(shí)驗(yàn)采用劇毒有機(jī)溶劑、存在二次老化現(xiàn)象、回收瀝青中不可避免存在的溶劑和礦粉等雜質(zhì)，這些缺點(diǎn)增加了瀝青老化程度判別的難度和不確定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種基于原子力顯微技術(shù)的瀝青老化程度原位判別方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種基于原子力顯微技術(shù)的瀝青老化程度原位判別方法，其包括以下步驟：

(1)、在舊路面上獲取芯樣，分層次切割芯樣，得到不同層位的瀝青混合料試件；

(2)、采用“冷凍保存、低溫切割”的方法對(duì)不同層位的瀝青混合料試件進(jìn)行處理，得到瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本；

(3)、對(duì)瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本的瀝青膠漿區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，得到瀝青膠漿模量圖；

(4)、對(duì)瀝青膠漿模量圖進(jìn)行定量分析，得到瀝青微尺度模量值；

(5)、利用瀝青微尺度模量值與宏觀尺度瀝青路用性能的關(guān)系，進(jìn)行瀝青老化程度及老化等級(jí)的劃分。

作為優(yōu)選，步驟(1)中獲取不同層位的瀝青混合料試件的方法為：

(1-1)、選定待評(píng)價(jià)的舊瀝青路面，用取芯機(jī)鉆取路面芯樣；

(1-2)、將芯樣分層次切割，得到不同層位的瀝青混合料試件。

作為優(yōu)選，步驟(2)中獲取瀝青合料顯微觀測(cè)樣本的方法為：

(2-1)、試件冷凍：將不同層位的瀝青混合料試件包裹，接著冷凍至少24h；

(2-2)、試件切割：在冷卻水的作用下，將不同層位的瀝青混合料試件切割為瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本；

(2-3)、試樣清洗：將瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本在5℃左右的礦泉水中清洗；

(2-4)、試樣保存：除去瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本表面的水分并將其保存，以待觀測(cè)。

作為優(yōu)選，步驟(3)中獲取瀝青膠漿模量圖的方法為：

(3-1)、將瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本中的觀測(cè)區(qū)域限定為瀝青膠漿區(qū)域；

(3-2)、采用原子力顯微技術(shù)對(duì)瀝青膠漿區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，得到瀝青膠漿模量圖。

作為優(yōu)選，步驟(4)中獲取瀝青微尺度模量值的方法為：

采用原子力顯微技術(shù)軟件對(duì)瀝青膠漿模量圖進(jìn)行定量分析，得到瀝青微尺度模量值。

作為優(yōu)選，驟(5)中瀝青老化程度及老化等級(jí)劃分的方法為：

依據(jù)瀝青微尺度模量值與宏觀尺度瀝青路用性能指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行瀝青老化程度及老化等級(jí)的劃分。

由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：

第一、本發(fā)明的方法可以在不分離瀝青混合料各組分的前提下，在舊路面的芯樣中直接判別瀝青的老化程度，省去了常規(guī)做法中復(fù)雜的抽提回收流程。

第二、本發(fā)明的方法可以很方便地對(duì)舊路面不同層次、不同深度的瀝青老化程度進(jìn)行判別，且進(jìn)行力學(xué)特性研究時(shí)采用多樣本，多觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行多次測(cè)量取均值的方法，提高了量化結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第三、本發(fā)明的瀝青混合料樣本制備簡(jiǎn)單，且其測(cè)試效率較高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的瀝青老化程度原位判別方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明舊路面上面層試樣瀝青膠漿區(qū)域模量圖像。

圖3為本發(fā)明舊路面上面層試樣瀝青膠漿區(qū)域中局部范圍像素點(diǎn)模量變化曲線。

圖4為本發(fā)明舊路面中面層試樣瀝青膠漿區(qū)域模量圖像。

圖5為本發(fā)明舊路面中面層試樣瀝青膠漿區(qū)域中局部范圍像素點(diǎn)模量變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種基于原子力顯微技術(shù)的瀝青老化程度原位判別方法。

一種基于原子力顯微技術(shù)的瀝青老化程度原位判別方法，其包括以下步驟：

(1)、在現(xiàn)場(chǎng)的舊路面上獲取芯樣，分層次切割芯樣，得到不同層位的瀝青混合料試件，具體為：

(1-1)、選定待評(píng)價(jià)的舊瀝青路面，用取芯機(jī)鉆取路面芯樣；

(1-2)、按照瀝青舊路面的層次，將芯樣分層次切割，得到不同層位的瀝青混合料試件。

其中，本發(fā)明僅對(duì)舊路面的上面層和中面層進(jìn)行切割，上面層和中面層均為基質(zhì)瀝青，級(jí)配類型為ac-13；實(shí)際上，舊路面的下面層也適用于本發(fā)明的方法。

(2)、采用“冷凍保存、低溫切割”的方法對(duì)不同層位的瀝青混合料試件進(jìn)行處理，得到瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本，具體為：

(2-1)、試件冷凍：將不同層位的瀝青混合料試件用保鮮膜包裹好，在恒溫冷凍箱中冷凍并設(shè)定冷凍時(shí)間，其中，恒溫冷凍箱的溫度為-10℃，冷凍時(shí)間大于或等于24h；

(2-2)、試件切割：在冷卻水的作用下，用石材切割機(jī)將不同層位的瀝青混合料試件切割為20×20×10mm的瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本，切割過程在10分鐘內(nèi)完成，避免因切割產(chǎn)生的熱效應(yīng)，導(dǎo)致瀝青混合料試樣軟化，影響瀝青混合料試樣表面的平整度和光潔度，從而影響后續(xù)力學(xué)特性數(shù)值的準(zhǔn)確性；

(2-3)、試樣清洗：將切割后的瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本在5℃左右的礦泉水中清洗，從而除去表面污物；

(2-4)、試樣保存：用吸水紙吸干瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本表面的水分并將其保存在試樣袋中，以待觀測(cè)。

(3)、利用原子力顯微技術(shù)對(duì)瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本的瀝青膠漿區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，得到瀝青膠漿模量圖，即瀝青膠漿區(qū)域的力學(xué)特性圖像，具體為：

(3-1)、將瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本中的觀測(cè)區(qū)域限定為瀝青膠漿區(qū)域；

(3-2)、采用原子力顯微技術(shù)(atomicforcemicroscope，afm)的納米力學(xué)性能量化模塊(quantitativenanomechanical，qnm)對(duì)瀝青膠漿區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，得到瀝青膠漿模量圖。

(4)、采用bruker公司的原子力顯微分析專業(yè)軟件nanoscopeanalysis1.4對(duì)瀝青膠漿模量圖進(jìn)行定量分析，得到瀝青微尺度模量值。

圖2至圖5是利用peakforceqnm力學(xué)模塊分別測(cè)試得到的舊路面上面層和中面層試樣中瀝青膠漿區(qū)域的模量性能圖像和局部量化結(jié)果。其中，圖2和圖4為原子力顯微技術(shù)直接采集的力學(xué)圖像，圖像中顏色的深淺代表模量數(shù)值的差異，顏色由深到淺，代表模量由小變大，圖像中分布呈現(xiàn)的亮點(diǎn)區(qū)域，是高模量區(qū)域，圖像中模量大的區(qū)域近乎礦粉或細(xì)集料組分，圖像中模量低的區(qū)域近乎瀝青組分。

(5)、利用瀝青微尺度模量值與宏觀尺度瀝青路用性能指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行瀝青老化程度及老化等級(jí)的劃分。

該分級(jí)體系由不同老化程度的瀝青微尺度模量測(cè)試結(jié)果和瀝青宏觀路用性能指標(biāo)之間的關(guān)系回歸擬合而綜合確定，可以作為混合料中瀝青老化程度的初步判別標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際上，原子力顯微技術(shù)不但可以觀測(cè)到物質(zhì)納米尺度表面微觀結(jié)構(gòu)，而且可以量化表征材料局部或是微納米尺度相態(tài)的力學(xué)特性，尤其是2011年，德國(guó)布魯克公司推出了基于峰值力輕敲模式的納米尺度力學(xué)性能(qnm)量化模塊，由于探針與試樣之間的接觸半徑極小，因而，可以直接測(cè)試舊路面芯樣中瀝青的微尺度力學(xué)性質(zhì)，依據(jù)混合料中瀝青微尺度模量值與宏觀尺度瀝青路用性能指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，從而判別瀝青的老化狀態(tài)。本發(fā)明的方法將現(xiàn)代微觀檢測(cè)技術(shù)—原子力顯微技術(shù)(afm)引入到瀝青老化程度判別中，嘗試在路面取芯試樣而不通過抽提，從而直接判別瀝青的老化程度(即原位判別)，為瀝青路面再生技術(shù)中判別瀝青老化程度提供了新的研究思路。

以下結(jié)合附圖和所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例：

如圖1所示，本實(shí)施例的基于原子力顯微技術(shù)的瀝青老化程度原位判別方法包括以下步驟：

(1)、在現(xiàn)場(chǎng)的舊路面上獲取芯樣，分層次切割芯樣，得到上面層和中面層的瀝青混合料試件，具體為：

(1-1)、選定待評(píng)價(jià)的舊瀝青路面，用取芯機(jī)鉆取路面芯樣；

(1-2)、按照瀝青舊路面的層次，將芯樣分層次切割，得到上面層和中面層的瀝青混合料試件。

(2)、采用“冷凍保存、低溫切割”的方法對(duì)上面層和中面層的瀝青混合料試件進(jìn)行處理，得到瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本，具體為：

(2-1)、試件冷凍：將上面層和中面層的瀝青混合料試件用保鮮膜包裹好，在恒溫冷凍箱中冷凍并設(shè)定冷凍時(shí)間，其中，恒溫冷凍箱溫度為-10℃，冷凍時(shí)間大于或等于24h；

(2-2)、試件切割：在冷卻水的作用下，用石材切割機(jī)將上面層和中面層的瀝青混合料試件切割為20×20×10mm的瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本，切割過程在10分鐘內(nèi)完成；

(2-3)、試樣清洗：將切割后的瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本在小于5℃的礦泉水中清洗；

(2-4)、試樣保存：蒸干瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本表面的水分并將其保存在試樣袋中。

(3)、利用原子力顯微技術(shù)(afm)的納米尺度的力學(xué)性能量化模塊(qmn)對(duì)瀝青混合料顯微觀測(cè)樣本的瀝青膠漿區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，得到瀝青膠漿料模量圖，即瀝青膠漿區(qū)域的力學(xué)特性圖像，其中，力學(xué)特性圖像就是模量特性圖像。

采用該方法對(duì)某一瀝青混合料試樣進(jìn)行力學(xué)特性研究時(shí)，一個(gè)顯微觀測(cè)樣本需要選取至少5個(gè)觀測(cè)區(qū)域，同時(shí)獲取同一觀測(cè)試樣不同觀測(cè)區(qū)域的力學(xué)圖像。

(4)、采用bruker公司的原子力顯微分析專業(yè)軟件nanoscopeanalysis1.4對(duì)瀝青膠漿模量圖進(jìn)行定量分析，得到瀝青微尺度模量值。

分別針對(duì)不同觀測(cè)區(qū)域的模量圖像進(jìn)行分析，獲取每個(gè)樣本中各觀測(cè)區(qū)域的模量均值，最后計(jì)算不同觀測(cè)區(qū)域的微尺度的模量誤差與均值。

圖3和圖5是利用分析軟件nanoscopeanalysis1.4分別針對(duì)圖像中標(biāo)記的兩條直線上模量數(shù)值的量化結(jié)果。由量化結(jié)果可知，上面層中瀝青的微尺度模量值在750mpa左右，而中面層中瀝青的微尺度模量值在520mpa左右。

(5)、利用瀝青微尺度模量值與宏觀尺度瀝青路用性能指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行瀝青老化程度及老化等級(jí)的劃分，如表1所示：

表1瀝青微尺度模量老化等級(jí)分級(jí)體系

由表1可知，舊路面中上面層的瀝青老化等級(jí)屬于ⅱ級(jí)，針入度在20-30之間；中面層的瀝青老化等級(jí)屬于ⅰ級(jí)，針入度大于30。

上述對(duì)實(shí)施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以容易的對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中，而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的原理，不脫離本發(fā)明的范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。