本發(fā)明屬于道路工程建設(shè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及表征瀝青結(jié)合料流變特性的測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，瀝青路面以其行車舒適、平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低和便于維修養(yǎng)護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)道路建設(shè)工程中備受青睞。然而，由于瀝青路面服役環(huán)境及交通荷載的影響，瀝青結(jié)合料路用性能會(huì)逐漸衰減，引起諸多病害如：裂縫、麻面、坑槽和唧漿等病害，縮短了瀝青路面的使用壽命，增加了瀝青路面的維護(hù)頻率，提高了維修和養(yǎng)護(hù)成本，甚至影響交通運(yùn)輸?shù)臅惩ê托熊嚢踩?。瀝青結(jié)合料的化學(xué)組分變化和流變特性對(duì)其路用性能的優(yōu)劣起關(guān)鍵作用，在國(guó)內(nèi)外一直是道路建筑材料研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于瀝青結(jié)合料的結(jié)構(gòu)及其性狀，一般運(yùn)用于純物質(zhì)的測(cè)試方法表征瀝青結(jié)合料非常困難，傅里葉變換紅外光譜(ft-ir)作為一種廣泛使用的測(cè)試手法引起大量學(xué)者的關(guān)注和研究。利用ft-ir測(cè)試技術(shù)從微觀的角度定性的分析和研究瀝青結(jié)合料老化前后的結(jié)構(gòu)以及化學(xué)組分的變化，在國(guó)內(nèi)外取得了一些令人矚目的成果。但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于瀝青結(jié)合料的紅外光譜數(shù)據(jù)定量分析尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且將現(xiàn)代測(cè)試結(jié)構(gòu)表征與傳統(tǒng)性能測(cè)試方法結(jié)合起來(lái)，建立瀝青結(jié)合料損傷前后化學(xué)組分變化與流變特性參數(shù)之間的關(guān)系研究尚屬空白。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種可施加損傷ftir瀝青試件制備機(jī)及復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明是可施加損傷ftir瀝青試件制備機(jī)及復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)方法，可施加損傷ftir瀝青試件制備機(jī)，包括加熱裝置、皮護(hù)腳3，可調(diào)節(jié)平衡支架4，固定螺栓5，連接扣6，托圈7，鋼絲網(wǎng)8，護(hù)圈9，水平儀10，耐高溫玻璃片11，載玻片12，隔塵裝置，所述加熱裝置包括墊塊1，加熱爐2，置于耐高溫玻璃片11的下方進(jìn)行加熱；所述皮護(hù)腳3安裝在可調(diào)節(jié)平衡支架4的下端部；所述固定螺栓5安置在可調(diào)節(jié)平衡支架4的上半部；所述托圈7與可調(diào)節(jié)平衡支架4通過(guò)連接扣6連接；所述護(hù)圈9與鋼絲網(wǎng)8連接成整體置于托圈7上；所述耐高溫玻璃片11置于鋼絲網(wǎng)8上；所述載玻片12和水平儀10置于耐高溫玻璃片11上；所述隔塵裝置包括試樣盛放桶14、隔塵蓋15。本發(fā)明的復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)方法，其步驟為：(1)可施加損傷的瀝青結(jié)合料ft-ir試件制備；(2)瀝青結(jié)合料ft-ir測(cè)試；(3)ft-ir瀝青結(jié)合料紅外譜圖特征官能團(tuán)含量的定量計(jì)算；(4)瀝青結(jié)合料復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)。本發(fā)明的有益之處是：簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)，便于推廣，能建立瀝青結(jié)合料損傷前后流變學(xué)指標(biāo)和化學(xué)官能團(tuán)含量變化之間的關(guān)系，可將瀝青結(jié)合料的化學(xué)分析與路面使用性能聯(lián)系起來(lái)，對(duì)瀝青結(jié)合料的路用性能評(píng)價(jià)具有重要的意義。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的瀝青試件制備機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為隔塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為托圈的正視圖，圖4為本發(fā)明制得的可施加損傷條件ft-ir瀝青試件示意圖，圖5為吸收峰兩側(cè)最低點(diǎn)的切線為校正基線計(jì)算特征吸收峰的峰面積示意圖，圖6為瀝青結(jié)合料復(fù)數(shù)剪切模量實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值分析圖。附圖標(biāo)記及對(duì)應(yīng)名稱為：1—墊塊、2—加熱爐、3—皮護(hù)腳、4—可調(diào)節(jié)平衡支架、5—固定螺栓、6—連接扣、7—托圈、8—鋼絲網(wǎng)、9—護(hù)圈、10—水平儀、11—耐高溫玻璃片、12—載玻片、13—瀝青結(jié)合料、14—試樣盛放桶、15—隔塵蓋。具體實(shí)施方式本發(fā)明是可施加損傷ftir瀝青試件制備機(jī)及復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)方法，如圖1、圖2所示，可施加損傷ftir瀝青試件制備機(jī)，包括加熱裝置、皮護(hù)腳3，可調(diào)節(jié)平衡支架4，固定螺栓5，連接扣6，托圈7，鋼絲網(wǎng)8，護(hù)圈9，水平儀10，耐高溫玻璃片11，載玻片12，隔塵裝置，所述加熱裝置包括墊塊1，加熱爐2，置于耐高溫玻璃片11的下方進(jìn)行加熱；所述皮護(hù)腳3安裝在可調(diào)節(jié)平衡支架4的下端部；所述固定螺栓5安置在可調(diào)節(jié)平衡支架4的上半部；所述托圈7與可調(diào)節(jié)平衡支架4通過(guò)連接扣6連接；所述護(hù)圈9與鋼絲網(wǎng)8連接成整體置于托圈7上；所述耐高溫玻璃片11置于鋼絲網(wǎng)8上；所述載玻片12和水平儀10置于耐高溫玻璃片11上；所述隔塵裝置包括試樣盛放桶14、隔塵蓋15。如圖1所示，所述耐高溫玻璃片11厚度為5mm，所述載玻片12寬為25.4±1″mm、長(zhǎng)為75.6±3″mm、厚為1～1.2mm。如圖1、圖3所示，所述托圈7為空心圓形，下部托楞的長(zhǎng)為25mm，托圈上部外沿向外翻制，長(zhǎng)為10mm，所述護(hù)圈9的直徑比托圈的直徑小3mm。如圖4所示，瀝青試件成型后瀝青結(jié)合料攤鋪膜厚度一致。如圖1所示，通過(guò)可調(diào)節(jié)平衡支架4調(diào)節(jié)置于鋼絲網(wǎng)8上的耐高溫玻璃片11處于水平狀態(tài)，水平狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為置于耐高溫玻璃片11上的水平儀10水準(zhǔn)氣泡處于水準(zhǔn)儀中央。本發(fā)明的復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)方法，具體的方法步驟如下：(1)可施加損傷的瀝青結(jié)合料ft-ir試件制備；(2)瀝青結(jié)合料ft-ir測(cè)試；(3)ft-ir瀝青結(jié)合料紅外譜圖特征官能團(tuán)含量的定量計(jì)算；(4)瀝青結(jié)合料復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)。上述方法的步驟(1)中瀝青試件制備機(jī)選用載玻片作為底板，具體的步驟如下：(1)在制備試件前用蒸餾水清洗載玻片、脫脂棉球擦拭載玻片表面，去除表面粉塵等雜質(zhì)，并將擦洗過(guò)的載玻片靠近加熱爐烤干后，用隔塵裝置蓋住載玻片冷卻至室溫；(2)為了使試件成型后瀝青結(jié)合料攤鋪膜厚度一致，采用式(1)定量選取瀝青的用量，并取加熱至110±10℃的流動(dòng)瀝青結(jié)合料滴在載玻片表面；md＝ρa(bǔ)lzbzhs；(式1)md為瀝青用量g，ρa(bǔ)為所選用瀝青的密度g/cm3，lz為載玻片的長(zhǎng)cm，bz為載玻片的寬cm，hs為所需瀝青膜攤鋪厚度(cm)；(3)通過(guò)可調(diào)節(jié)平衡支架調(diào)節(jié)置于鋼絲網(wǎng)上的耐高溫玻璃片處于水平狀態(tài)，水平狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為置于耐高溫玻璃片上的水平儀水準(zhǔn)氣泡處于水準(zhǔn)儀中央，待達(dá)到水平狀態(tài)時(shí)將水平儀從耐高溫玻璃片上取掉，防止試件制備過(guò)程中高溫?fù)p壞水準(zhǔn)儀；(4)將滴有瀝青結(jié)合料的載玻片放置在耐高溫玻璃片中央，在耐高溫玻璃片下部約20cm處用加熱裝置對(duì)準(zhǔn)載玻片加熱，使瀝青結(jié)合料在載玻片表面水平攤鋪；(5)待瀝青在載玻片上攤鋪開時(shí)，將載玻片置于隔塵裝置中冷卻至室溫，即可得到表面水平、均一、無(wú)污染的可施加損傷條件的ft-ir試件。上述方法的步驟(2)瀝青結(jié)合料ft-ir測(cè)試，具體的步驟如下：(1)測(cè)試儀器選用傅里葉變換紅外光譜儀為美國(guó)產(chǎn)thermoscientificnicoletis5便攜式傅立葉變換紅外光譜儀，測(cè)試分辨率為4cm-1，掃描次數(shù)為32次，測(cè)試譜峰范圍為650～4000cm-1，并選取衰減全反射idfoundation-multi-bounceatrznse水平槽形附件進(jìn)行譜圖采集，采用涂膜法將瀝青涂抹到atr晶體上測(cè)試；(2)在進(jìn)行試樣譜圖采集時(shí)，首先采集空白底片的背景圖，即空氣中水和二氧化碳的譜圖；然后對(duì)施加損傷后的瀝青結(jié)合料試樣進(jìn)行譜圖采集，最后從施加損傷后的瀝青結(jié)合料譜圖中扣除背景譜圖即可得待測(cè)樣的最終譜圖；(3)譜圖分析軟件采用thermoscientificomnic和tqanalyst。上述方法的步驟(3)ft-ir瀝青結(jié)合料紅外譜圖特征官能團(tuán)含量的定量計(jì)算，具體的步驟如下：(1)根據(jù)朗伯-比耳(lambert-beer)定律，以吸收峰兩側(cè)最低點(diǎn)的切線為校正基線計(jì)算特征吸收峰的峰面積；(2)國(guó)內(nèi)外對(duì)于瀝青結(jié)合料的紅外光譜數(shù)據(jù)定量分析尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，選取不同的譜峰面積和作為參照基準(zhǔn)對(duì)瀝青結(jié)合料譜圖進(jìn)行定量分析；(3)所述不同的譜峰面積和參照基準(zhǔn)有四種：a、以4000-650cm-1范圍的全譜峰面積和為基準(zhǔn)對(duì)特征官能團(tuán)的峰面積比進(jìn)行比較，見式(2)：∑a1＝a2920+a2852+a1700+a1600+a1456+a1376+a1306+a1162+a1031+a968+a861+式(2)a810+a744+a722a2920、a2852、a1700、a1600、a1456、a1376、a1306、a1162、a1031、a968、a861、a810、a744、a722為2920、2852、1700、1600、1456、1376、1306、1162、1031、968、861、810、744、722cm-1處對(duì)應(yīng)的峰面積；b、以4000-1400cm-1范圍的譜峰面積和為基準(zhǔn)對(duì)特征官能團(tuán)的峰面積比進(jìn)行比較，見式(3)：∑a2＝a2920+a2852+a1700+a1600+a1456式(3)c、以2000-650cm-1范圍指紋區(qū)域峰面積和為基準(zhǔn)對(duì)特征官能團(tuán)的峰面積比進(jìn)行比較，見式(4)：∑a3＝a1700+a1600+a1456+a1376+a1306+a1162+a1031+a968+a861+a810+a744+a722式(4)d、以2920和2852cm-1處峰面積和為基準(zhǔn)對(duì)特征官能團(tuán)的峰面積比進(jìn)行比較，見式(5)：∑a4＝a2920+a2852式(5)(4)對(duì)不同分析方式進(jìn)行比較特征官能團(tuán)的峰面積比定義見式(6)：ib,a為非對(duì)稱脂肪族官能團(tuán)指數(shù)c-ch3，ib為脂肪族官能團(tuán)指數(shù)ch2，ch3，iar為芳香官能團(tuán)指數(shù)，ic＝o為羰基官能團(tuán)指數(shù)，is＝o為亞砜基官能團(tuán)指數(shù)，w為瀝青結(jié)合料各官能團(tuán)隨損傷的變化率，ia為各瀝青結(jié)合料損傷后各官能團(tuán)指數(shù)，io為各瀝青結(jié)合料損傷前各官能團(tuán)指數(shù)；∑ai(i＝1、2、3、4)為某個(gè)范圍內(nèi)不同特征譜峰峰面積之和；經(jīng)過(guò)對(duì)不同的譜峰面積和作為參照基準(zhǔn)對(duì)瀝青結(jié)合料譜圖進(jìn)行定量分析，推薦使用以a3對(duì)應(yīng)的2000-650cm-1范圍作為基準(zhǔn)譜峰面積進(jìn)行ft-ir定量圖譜分析的標(biāo)準(zhǔn)。上述方法的步驟(4)瀝青結(jié)合料復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)，具體具體的步驟如下：(1)以2000-650cm-1范圍作為基準(zhǔn)譜峰面積對(duì)損傷前后的瀝青結(jié)合試樣進(jìn)行ft-ir定量圖譜分析，并采用式(6)對(duì)各特征官能團(tuán)指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率進(jìn)行計(jì)算分析；(2)基于麥夸特法(levenberg-marquardt)和通用全局優(yōu)化算法對(duì)ft-ir測(cè)試官能團(tuán)變化指數(shù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸分析，并采用f-統(tǒng)計(jì)(f-statistic)對(duì)回歸結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，提出復(fù)數(shù)剪切模量g*的預(yù)測(cè)式見式(7)；ln|g*|＝α1+β1ib+β2iar+β3ic＝o+β4is＝o式(7)g*為復(fù)數(shù)剪切模量(kpa)；α1、β1、β2、β3、β4為回歸常數(shù)。下面用幾個(gè)具體的測(cè)試實(shí)例進(jìn)一步展開本發(fā)明。實(shí)施例1：選用兩種常用瀝青結(jié)合料at-1和at-2，并對(duì)兩種瀝青結(jié)合料按我國(guó)現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)施加損傷(旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)，rtfo和壓力老化容器試驗(yàn)，pav)。對(duì)所選用的瀝青結(jié)合料at-1和at-2分別進(jìn)行三個(gè)周期的rtfo老化，即第一個(gè)周期老化時(shí)間為85min、第二個(gè)周期老化時(shí)間為170min、第三個(gè)周期老化時(shí)間為255min。對(duì)損傷前后的瀝青結(jié)合料at-1和at-2進(jìn)行ft-ir測(cè)試，并采用式(2)-式(6)對(duì)特征官能團(tuán)變化指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1和表2。表1at-1瀝青結(jié)合料損傷前后特征官能團(tuán)指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率：從表1可知，at-1瀝青結(jié)合料wc＝o沒(méi)有給出，其原因是原樣at-1瀝青結(jié)合料通過(guò)ft-ir檢測(cè)表征發(fā)現(xiàn)在1700cm-1波段處沒(méi)有羰基吸收峰，故根據(jù)式(6)不能計(jì)算出變化率，但是從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著損傷時(shí)間的增大，ic＝o在不斷增大，即隨著損傷時(shí)間的增長(zhǎng)at-1瀝青結(jié)合料在1700cm-1波段處出現(xiàn)了新的吸收峰，產(chǎn)生了新的官能團(tuán)羰基。表2at-2瀝青結(jié)合料損傷前后特征官能團(tuán)指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率：縱向?qū)Ρ缺?和表2中兩種瀝青結(jié)合料數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在四種基準(zhǔn)范圍下，只有使用a3基準(zhǔn)范圍計(jì)算出的官能團(tuán)指數(shù)變化率均為正值，而其他三種參考范圍在羰基和亞砜基指數(shù)變化率出現(xiàn)了負(fù)值-3.30％、-4.81％、-11.47％以及-1.00％，國(guó)內(nèi)外研究表明隨著瀝青損傷(老化時(shí)間)的增大羰基和亞砜基不可能減少。所以，a1、a2和a4對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)范圍4000-650cm-1、4000-1400cm-1、2920和2852cm-1處光譜峰面積和不宜作為瀝青結(jié)合料ft-ir定量圖譜分析的標(biāo)準(zhǔn)，即推薦使用a3對(duì)應(yīng)的2000-650cm-1范圍作為基準(zhǔn)范圍進(jìn)行ft-ir定量圖譜分析的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2：同樣對(duì)瀝青結(jié)合料at-1和at-2分別進(jìn)行以下步驟的損傷(凍融循環(huán))：(1)將制備好的ft-ir試件放入培養(yǎng)皿中用生活用水浸泡6h；(2)將培養(yǎng)皿中的水倒掉，把試件置于培養(yǎng)皿中在-20℃的冰柜中凍12h；(3)待達(dá)到凍融時(shí)間時(shí)，將裝有試件的培養(yǎng)皿置于恒溫室融化6h，恒溫室的溫度為25±0.5℃、濕度范圍控制在35％-60％。以上(1)至(3)步為1個(gè)凍融循環(huán)過(guò)程，對(duì)經(jīng)0次、3次、6次、9次、12次、15次和18次的瀝青結(jié)合料進(jìn)行大量的ft-ir測(cè)試，并對(duì)所得瀝青譜圖采用本發(fā)明所推薦的ft-ir定量分析方法，得不同凍融循環(huán)損傷后特征官能團(tuán)變化指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率見表3和表4。表3at-1瀝青結(jié)合料凍融損傷前后特征官能團(tuán)指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率凍融損傷次數(shù)∑a3ib,aibiaric＝ois＝o055.3730.62891.389050.1112800.04304347.3790.619641.260940.074610.002240.07216651.8710.615411.211850.074070.002660.08274953.6810.604591.163130.075520.003350.092011255.2270.586511.154440.072840.004330.121051553.5050.585161.134170.071170.00480.12191849.9730.575191.070460.068680.005160.13075表4at-2瀝青結(jié)合料凍融損傷前后特征官能團(tuán)指數(shù)及官能團(tuán)指數(shù)變化率：凍融循環(huán)次數(shù)∑a3ib,aibiaric＝ois＝o048.2910.670211.339570.125840.033280.00675348.640.665441.28320.127510.033880.00831650.0380.653921.194110.137420.033710.01287948.3260.653581.194660.132740.03520.017011246.890.662661.295590.127470.035980.017511543.6280.665031.329540.121830.03890.022461844.3220.655611.291620.130390.038940.02358從表3和表4可以看出，at-2瀝青結(jié)合料羰基指數(shù)比at-1瀝青結(jié)合料羰基指數(shù)大，而at-1瀝青結(jié)合料亞砜基指數(shù)明顯要大于at-2瀝青結(jié)合料亞砜基指數(shù)，說(shuō)明兩種粘結(jié)材料在凍融循環(huán)老化后化學(xué)組分變化稍有差別。在ft-ir表征測(cè)試中at-2瀝青結(jié)合料老化表現(xiàn)在羰基吸收峰較強(qiáng)，at-1瀝青結(jié)合料老化表現(xiàn)在亞砜基吸收峰較強(qiáng)?；邴溈涮胤?levenberg-marquardt)和通用全局優(yōu)化算法對(duì)ft-ir測(cè)試官能團(tuán)變化指數(shù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸分析，并采用f-統(tǒng)計(jì)(f-statistic)對(duì)回歸結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)數(shù)剪切模量g*可用式(7)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，且模型具有良好的精度。回歸預(yù)測(cè)分析值與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，利用式(7)模型對(duì)凍融循環(huán)損傷后瀝青結(jié)合料的復(fù)數(shù)剪切模量預(yù)測(cè)精度較高。因此式(7)模型建立了凍融循環(huán)損傷后瀝青結(jié)合料流變學(xué)指標(biāo)和化學(xué)官能團(tuán)含量之間的關(guān)系。通過(guò)該試驗(yàn)裝置和方法，可制備瀝青結(jié)合料可施加損傷ft-ir試件，并且可以預(yù)測(cè)瀝青結(jié)合料復(fù)數(shù)剪切模量g*，建立了瀝青結(jié)合料損傷前后流變學(xué)指標(biāo)和化學(xué)官能團(tuán)含量變化之間的關(guān)系，將瀝青結(jié)合料的化學(xué)分析與路面使用性能聯(lián)系起來(lái)，對(duì)瀝青結(jié)合料的路用性能評(píng)價(jià)具有重要的意義。當(dāng)前第1頁(yè)12