瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于屬于道路工程領(lǐng)域，涉及一種道路瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水損害是瀝青路面早期病害的主要表現(xiàn)形式，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要集中于水 以液態(tài)形式存在時(shí)對(duì)瀝青混合料的影響。如國(guó)內(nèi)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法以對(duì)試件浸水前后得到 的馬歇爾殘留穩(wěn)定度比以及浸水凍融循環(huán)前后的凍融劈裂強(qiáng)度比作為評(píng)價(jià)瀝青混合料水 穩(wěn)定性的兩個(gè)主要指標(biāo)；美國(guó)的Superpave設(shè)計(jì)方法也是以真空飽水凍融處理前后試件間 接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度比作為評(píng)價(jià)瀝青混合料水敏感性的指標(biāo)。然而，大量的工程實(shí) 踐證實(shí)瀝青路面的水損害并非僅僅集中在潮濕多雨地區(qū)，干旱少雨地區(qū)的瀝青路面也出現(xiàn) 了大量的水損害現(xiàn)象。例如，我國(guó)新疆省內(nèi)烏昌、烏奎等公路處在大陸型干旱少雨區(qū)，年降 雨量?jī)H為240~280mm，路面采用密級(jí)配瀝青混合料，施工配合比空隙率小于6%，且經(jīng)檢 測(cè)路面滲水率不超過(guò)20ml/min (可以視為不透水），但是路面運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后還是出現(xiàn)了 諸如坑洞、網(wǎng)裂、唧漿等水損害；又如，我國(guó)甘肅省年均降水量約為300mm，依據(jù)《公路瀝青 路面施工技術(shù)規(guī)范》，全省約70%屬于干旱區(qū)、半干旱區(qū)，但其境內(nèi)的永昌至山丹、蘭州至白 銀、、巉口至柳溝河、嘉峪關(guān)至安西、蘭州至臨洮、天水至定西、靜寧至莊浪等多條高速公路、 一級(jí)公路、二級(jí)公路的瀝青路面在使用初期均出現(xiàn)了松散、坑槽等水損害現(xiàn)象。國(guó)外也有 類(lèi)似的工程實(shí)例，比如美國(guó)的亞利桑那州屬于典型的半干旱沙漠氣候，但其境內(nèi)被調(diào)查證 實(shí)有約30%~50%的路面存在早期車(chē)轍、集料松散等水損害現(xiàn)象，表面加鋪路面封層處理 后，仍有約50%路面出現(xiàn)集料剝落等現(xiàn)象，與此類(lèi)似的賓夕法尼亞某高速公路加鋪瀝青封 層后路面也出現(xiàn)了典型的混合料剝落等水損害現(xiàn)象。以上工程實(shí)例證實(shí)，液態(tài)水并非是瀝 青路面產(chǎn)生水損害的唯一來(lái)源。
[0003] 事實(shí)上，除了降雨產(chǎn)生的液態(tài)水之外，瀝青路面內(nèi)部存在的水汽運(yùn)動(dòng)同樣會(huì)導(dǎo)致 混合料產(chǎn)生水損害。國(guó)外已有相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，即使瀝青路面不透水（液態(tài)水），隨著溫度和 相對(duì)濕度的變化路面始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的"呼吸"過(guò)程，即不斷"吸入"和"呼出"水汽，在此 過(guò)程中水汽不斷攜帶水分子進(jìn)入到瀝青混合料內(nèi)部，附著在瀝青膜上或穿透瀝青膜進(jìn)入到 瀝青與集料界面間，從而降低瀝青膜自身的內(nèi)聚結(jié)合能或?yàn)r青與集料界面之間的粘附結(jié)合 能，引起瀝青膜的內(nèi)聚破壞或?yàn)r青與集料之間的粘聚破壞，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生水損害。 水汽運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致瀝青混合料的水損害機(jī)理可以合理解釋干旱少雨地區(qū)瀝青路面出現(xiàn)的水損 害現(xiàn)象，因此研究水汽在瀝青混合料中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)降低瀝青路面產(chǎn)生的水損害具有 十分重要的意義。
[0004] 對(duì)于水汽在瀝青混合料中的擴(kuò)散國(guó)外雖已進(jìn)行了相關(guān)研究，如采用重量吸附法測(cè) 試了 35°C、常壓、相對(duì)濕度梯度100%- 15%條件下瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)；采用熱電偶 濕度計(jì)測(cè)試了常壓、25°C、相對(duì)濕度梯度100% -室濕條件下瀝青混合料內(nèi)部總吸力，換算 得到瀝青混合料的水汽擴(kuò)散系數(shù)。但當(dāng)前研究均是在單一濕度梯度下進(jìn)行，這與瀝青路面 實(shí)際所處的多濕度梯度服役環(huán)境不相符，且現(xiàn)有試驗(yàn)均在常壓條件下進(jìn)行，由于水汽擴(kuò)散 本身是一個(gè)緩慢持久的過(guò)程，導(dǎo)致整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)。
[0005] 因此，現(xiàn)階段急需一種可研究多濕度梯度條件下水汽擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)規(guī)律的快速、準(zhǔn)確 的試驗(yàn)方法，量化瀝青混合料的"透氣"、"保水"能力，從而為研究瀝青混合料水損害機(jī)理提 供理論基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種可測(cè)試不同試驗(yàn)溫度及多濕度梯度條件下瀝青混合料 水汽擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)方法，可以準(zhǔn)確、快速地量化瀝青路面在實(shí)際服役環(huán)境下的"透氣"、 "保水"能力。
[0007] 為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：
[0008] 瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0009] 1)成型圓柱體待測(cè)瀝青混合料樣品；將樣品置于密閉腔體內(nèi)，通過(guò)磁懸浮重量平 衡系統(tǒng)測(cè)試真空、試驗(yàn)溫度下樣品的質(zhì)量；
[0010] 2)通過(guò)安托尼公式p。= 10 [Α Β/(Μ 273·15)]計(jì)算水蒸汽在試驗(yàn)溫度下的飽和蒸氣壓， 進(jìn)一步計(jì)算得到對(duì)應(yīng)試驗(yàn)相對(duì)濕度RH條件下反應(yīng)腔體內(nèi)需要達(dá)到的蒸氣壓：ρ = RH*pO ; 在磁懸浮重量平衡系統(tǒng)中輸入上述蒸氣壓力值，控制試驗(yàn)溫度恒定并時(shí)刻檢測(cè)樣品的質(zhì) 量；
[0011] 3)測(cè)試在各特定試驗(yàn)溫度及相對(duì)濕度梯度條件下樣品蒸氣吸附量隨時(shí)間的變化， 所述蒸氣吸附量即為吸附水蒸汽后樣品的質(zhì)量與步驟1)所得樣品質(zhì)量之差； 3:Ρ? _ 2] 4)通過(guò)公式 u，(t)二 (卜 e ) + H，,（卜 e )
[0013] 其中，W1。。-最大水汽吸收質(zhì)量;wa_最大水汽吸附質(zhì)量；D-水汽擴(kuò)散系數(shù)；t-試驗(yàn) 時(shí)間；1-有效擴(kuò)散半徑，通過(guò)游標(biāo)卡尺量得；α -吸附時(shí)間常數(shù)；
[0014] 通過(guò)對(duì)上述公式擬合得到對(duì)應(yīng)各特定試驗(yàn)溫度及相對(duì)濕度梯度條件下樣品的水 汽擴(kuò)散系數(shù)。
[0015] 瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)裝置，包括磁懸浮天平、樣品桶、恒溫循環(huán)浴、真空 栗、試劑小瓶；所述懸浮天平和樣品桶置于密閉腔體內(nèi)，所述密閉腔體通過(guò)恒溫循環(huán)浴以及 溫度探頭控制腔體的溫度，且所述密閉腔體還通過(guò)真空栗和氣體控制閥控制其真空度，其 中氣體控制閥用于密閉腔體內(nèi)部回壓；所述試劑小瓶用于存放蒸餾水，并通過(guò)蒸氣控制閥 向密閉腔體內(nèi)定量輸入水蒸汽達(dá)到設(shè)定的濕度值；同時(shí)，另外一個(gè)恒溫循環(huán)浴用于加熱試 劑小瓶形成水蒸汽。
[0016] 按上述方案，所述的蒸氣控制閥、氣體控制閥以及相應(yīng)氣體管道設(shè)置在保溫區(qū)域 中。
[0017] 按上述方案，所述磁懸浮天平為非直接接觸式天平，實(shí)時(shí)連續(xù)稱(chēng)量。
[0018] 本發(fā)明提出采用負(fù)壓重量吸附法作為測(cè)試瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)的新方法，其 無(wú)論從測(cè)試方法的合理性、試驗(yàn)精度還是試驗(yàn)時(shí)間上較現(xiàn)有試驗(yàn)方法具有顯著的進(jìn)步，具 體如下：
[0019] 可實(shí)現(xiàn)不同溫度及多相對(duì)濕度梯度下瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試。試驗(yàn) 方法采用密封腔體內(nèi)水蒸汽的蒸氣壓作為相對(duì)濕度的控制指標(biāo)，通過(guò)磁懸浮天平設(shè)定蒸氣 壓力值實(shí)現(xiàn)在多個(gè)相對(duì)濕度梯度下的瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試，同時(shí)可通過(guò)恒溫循環(huán) 浴調(diào)整試驗(yàn)溫度，實(shí)現(xiàn)不同溫度下的水汽擴(kuò)散試驗(yàn)，較以往單一溫度及濕度梯度的水汽擴(kuò) 散試驗(yàn)而言，該試驗(yàn)方法更有效模擬了瀝青路面的實(shí)際服役環(huán)境。
[0020] 負(fù)壓下進(jìn)行試驗(yàn)可有效加快試驗(yàn)進(jìn)度，縮短試驗(yàn)時(shí)間。吸附試驗(yàn)在真空密封環(huán)境 中進(jìn)行，較常規(guī)的常壓吸附試驗(yàn)相比，可有效加快試樣表面蒸氣吸附速率，從而加快試驗(yàn)進(jìn) 度，縮短試驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間；采用此方法測(cè)試一個(gè)濕度梯度下瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)耗時(shí)約 3天，而常規(guī)水汽擴(kuò)散試驗(yàn)需耗時(shí)至少3個(gè)月以上，因此本發(fā)明可節(jié)省大量試驗(yàn)時(shí)間。
[0021] 受環(huán)境因素干擾小，試驗(yàn)精度高。試驗(yàn)采用磁懸浮重量平衡系統(tǒng)在密封腔體 內(nèi)進(jìn)行，可有效減少外界環(huán)境因素對(duì)吸附試驗(yàn)的干擾；通過(guò)腔體內(nèi)部溫度探頭（精度為 ±0. 1°C )及恒溫循環(huán)浴精確控制試驗(yàn)溫度，通過(guò)蒸氣控制進(jìn)出閥（精度為0.1 mbar)動(dòng)態(tài) 控制腔體內(nèi)蒸氣壓，從而精確控制試驗(yàn)達(dá)到的相對(duì)濕度值；通過(guò)磁懸浮天平（非直接接觸 式）（精度〇. OOOOlg)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄樣品的質(zhì)量，并可直接判斷吸附是否達(dá) 到平衡，較常規(guī)敞口天平測(cè)試相比，其控制溫度及相對(duì)濕度條件更為精確，且試驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn) 確。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 附圖1 :瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)裝置示意圖；
[0023] 其中，1-磁懸浮天平；2-樣品桶；3-溫度探頭；4-水蒸汽；5-恒溫循環(huán)浴；6-保溫 區(qū)域，；7-蒸氣控制閥；8-試劑小瓶；9-氣體控制閥；10-真空栗；11-恒溫循環(huán)浴。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0025] 本發(fā)明瀝青混合料水汽擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)裝置，參照附圖1所示。包括磁懸浮天平1、 樣品桶2、恒溫循環(huán)?。?、11)、真空栗10、試劑小瓶8 ;磁懸浮天