大厚度及低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法技术

本发明专利技术公开了一种大厚度及低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法。成型大厚度密级配圆柱体待测沥青混合料试件；在一开口玻璃容器中加入适量能控制容器内100％相对湿度的蒸馏水，制成水气扩散装置；置于能控制恒定温度的真空干燥箱中，内置P2O5提供箱内稳定湿度，采用真空泵对真空干燥箱进行所设负压下的抽真空，每天称量并记录装置质量的减少量即为水气穿透过沥青混合料的质量，通过公式计算得到特定温度、相对湿度梯度的水气扩散系数。本发明专利技术可实现特定温度及相对湿度梯度、不同负压下沥青混合料穿透型水气扩散系数的试验测试，显著缩短试验时间，提高效率，试验材料简单易得，试验方法简便易操作，试验精度高。

Detection method of water vapor diffusion coefficient of asphalt mixture with large thickness and low voidage

The invention discloses a penetrating moisture diffusion coefficient detection method for asphalt mixture with large thickness and low porosity. Forming large thickness and dense gradation cylinder to be tested asphalt mixture specimen; adding appropriate amount of distilled water which can control 100% relative humidity in an open glass container to make a water-gas diffusion device; placed in a vacuum drying box which can control constant temperature, built-in P2O5 provides stable humidity in the box, vacuum pump is used for vacuum drying. The box is vacuum pumped under the set negative pressure, and the weight of the device is weighed and recorded daily, that is, the mass of water gas passing through the asphalt mixture. The moisture diffusion coefficient of the specific temperature and relative humidity gradient is calculated by formula. The invention can realize the test test of the penetrating water-air diffusion coefficient of asphalt mixture under specific temperature and relative humidity gradient and different negative pressures, significantly shorten the test time, improve the efficiency, the test material is simple and easy to obtain, the test method is simple and easy to operate, and the test precision is high.

【技术实现步骤摘要】
大厚度及低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法
本专利技术属于道路工程领域，涉及一种道路沥青混合料中水气扩散系数检测方法。
技术介绍
水气扩散是沥青路面水损害的重要来源之一，目前许多研究人员已对沥青路面水气运动开始重视并开展相应研究。而研究水气运动的前提是准确测得水气扩散系数，其是指当浓度梯度为一个单位时，单位时间内通过单位面积的水气量，能表征水气的运动速率，同时水气扩散系数也是水气运动数值模拟和水气扩散模型中的重要参数，因此准确测量沥青混合料内水气扩散系数尤为重要，其是研究沥青路面水气运动的前提。已有研究表明，气态水分子进入沥青混合料内部的过程可分为水气积聚和水气穿透两个阶段。重量法(包括干杯法和湿杯法)是美国材料实验协会ASTM(AmericanSocietyofTestingMaterials)E96标准中所提出的一种测量水气在试验样品中穿透扩散特性的方法，通过组装水气扩散试验装置并构造相对湿度差，保持温度恒定，实现水气在相对湿度梯度驱动作用下穿透沥青混合料而扩散的过程，然后不断称量水气穿透试验试件的质量，根据菲克第一定律计算扩散系数。该方法适用前提是在较短时间内水气扩散能达到稳态，且水气穿透量随时间线性变化显著，因此对于较密实结构或者较低空隙率的沥青混合料而言，采用该方法测量材料穿透型水气扩散系数时选取试件厚度不能超过1cm。如Arambula等人采用湿杯法测得石灰岩集料、细集料沥青混合料圆柱体试件的水气扩散系数，试件尺寸为直径70mm，厚度仅3～7mm，耗时约40天；Henon等采用类似方法测量得到三种长方体岩石试件在常压下的水气扩散系数，试件横截面尺寸为5cm×5cm，厚度为1cm，耗时约30天。从以上研究可看出，在常压下采用湿杯法虽然能准确测量湿度梯度驱动下的穿透型水气扩散系数，但扩散试验耗时较长，效率不高，且适用试件厚度较小，不超过1cm，因为当试件厚度较大时水气扩散无法达到稳态，无法获取扩散系数。而1cm厚度试件并不能充分反映沥青混合料级配与材料特性，更无法反映真实结构层厚度沥青路面的水气扩散特性。因此，现阶段急需一种能测得大厚度、低空隙率沥青混合料水气扩散系数的高效而准确的试验方法，为后续研究真实结构层厚度沥青路面水气扩散特性提供基础。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种在负压下测试大厚度、低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数的试验方法，同时还能探究路面与车轮形成的不同负压对沥青混合料穿透型水气扩散速率的影响，为研究真实结构层厚度沥青混合料内部的水气运动提供基础。为达到上述目的，采用技术方案如下：大厚度及低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法，包括以下步骤：1)取容器并注入适量蒸馏水，将沥青混合料试件盖住容器开口并密封即得到水气扩散装置，测得初始质量M0；2)将上述水气扩散装置置于能控制恒定温度和真空度的真空干燥箱内，真空干燥箱内放置P2O5控制箱内稳定较低相对湿度值，由此提供水气扩散装置内外湿度差作为水气运动驱动力；3)设置真空干燥箱温度为25℃，采用真空泵对真空干燥箱进行抽真空从而实现不同负压条件，每天称量并记录装置质量Mt；记ΔM＝M0-Mt，即为水气穿透量，根据水气穿透量随时间的变化曲线得到水气穿透率4)通过公式即可算得设置不同负压下沥青混合料水气扩散系数；其中，Dx-任一负压下的水气扩散系数；A-有效扩散面积；-试验装置内水气穿透出沥青混合料的质量随时间的变化率即水气穿透率；R-通用气体常数；T-真空干燥箱设置温度；-水的相对分子质量；L-试件厚度；RH1＝试件下侧相对湿度，％；RH2＝试件上侧相对湿度，％；Psat-水的饱和蒸气压，取3169Pa；5)通过公式即可将负压下测得的扩散系数转化为常压下值；Px-真空干燥箱所设负压对应的气体压强；Patm-常压值，记为101kPa；Datm-转化得到常压下的扩散系数。按上述方案，所述容器为玻璃容器，开口为圆形；所述沥青混合料试件为圆柱体，圆形底面与容器开口大小一致，厚度4～8cm，空隙率1％以上。按上述方案，步骤1所述密封方法包括在容器开口边缘涂上真空硅脂并覆盖一层环形硅胶板，将沥青混合料试件盖住硅胶板并封住容器开口，再用熔融蜡将接缝处填充饱满。本专利技术真空干燥箱能够调节温度和不同真空度的封闭系统，内置P2O5试剂可以控制箱内稳定的相对湿度，因此可保证水气扩散试验装置在真空干燥箱中能实现湿度梯度驱动、不同负压条件下水气扩散过程。本专利技术对ASTM规范中所提出的湿杯法进行了改进，通过自制装置使其内部溶液来提供装置内即试件一侧的稳定相对湿度，并将其置于放有P2O5试剂的真空干燥箱中进行养生来提供试件外侧稳定相对湿度，同时通过真空泵和真空干燥箱实现不同负压及温度的控制，因此可实现不同负压下的水气扩散试验，能较好探究不同负压对水气扩散速率的影响，且负压下试验能显著加快水气扩散速率，使穿透型水气扩散对于大厚度、低空隙率材料而言也能在短时间内达到稳态，从而计算得到水气扩散系数。本专利技术有益效果如下：本专利技术自制装置并配合相应温度及负压控制仪器、湿度控制试剂等作为在某一湿度梯度驱动、某一温度和负压下测试大厚度、低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数的新方法，能解决目前对于大厚度、低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数缺乏的问题，同时该方法也能用于测量一些致密性较高的其它材料(如水泥混凝土、岩石)的水气扩散特性。负压下的穿透型水气扩散试验方案能明显加快水气扩散进程，缩短试验时间，因此较现有方法具有显著的进步，同时在试验精度上也能较高的控制。附图说明图1：本专利技术沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法示意图；具体实施方式以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。制备沥青混合料试验样品：试验所用沥青为70#基质沥青，集料为产自湖北房县的辉绿岩，级配中各筛孔通过率如下所述：16mm，100％；13.2mm，96.4％；9.5mm，81.5％；4.75mm，45.2％；2.36mm，30.4％；1.18mm，22％；0.6mm，16.5％；0.3mm，11.5％；0.15mm，8.1％；0.075mm，5.3％。采用马歇尔试验法确定油石比为4.5％。使用旋转压实仪成型该密级配AC-13C试件控制空隙率，再进行钻芯和切割后得到直径为100mm、高度为150mm的标准试件，选用空隙率为4.3％±0.3％的标准试件进行切割，用切割锯取试件中部约10mm及40mm部分各两个，将其作为水气扩散试验用试件，其中对于10mm试件，相关文献已记载较容易测其水气扩散系数，但对于常用结构层厚度的40mm试件的水气扩散系数难以测得，因此选以上两种厚度作对比。然后用游标卡尺对每个试件进行厚度的精确测量，取四个相互垂直方向高度的平均值作为试件的厚度，并对其进行编号，室温下风干至恒重。组装水气扩散试验装置，参照图1所示：试验所用圆柱体玻璃容器高度90mm，上端开口直径为76mm。具体组装步骤如下：a.在玻璃容器沿杯高每1cm处进行标记以确保所有装置容器内所加溶液量相同，并将能控制相对湿度为100％的蒸馏水倒入容器内刻度线4cm处；b.将高真空硅脂涂于容器边缘促进密封容器并防止水分散失，并用已清洗干净的环形硅胶板粘贴覆盖容器边缘；c.将沥青混合料试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大厚度及低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)取容器并注入适量蒸馏水，将沥青混合料试件盖住容器开口并密封即得到水气扩散装置，测得初始质量M0；2)将上述水气扩散装置置于能控制恒定温度和真空度的真空干燥箱内，真空干燥箱内放置P2O5控制箱内稳定较低相对湿度值，由此提供水气扩散装置内外湿度差作为水气运动驱动力；3)设置真空干燥箱温度为25℃，采用真空泵对真空干燥箱进行抽真空从而实现不同负压条件，每天称量并记录装置质量Mt；记ΔM＝M0‑Mt，即为水气穿透量，根据水气穿透量随时间的变化曲线得到水气穿透率

【技术特征摘要】
1.大厚度及低空隙率沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)取容器并注入适量蒸馏水，将沥青混合料试件盖住容器开口并密封即得到水气扩散装置，测得初始质量M0；2)将上述水气扩散装置置于能控制恒定温度和真空度的真空干燥箱内，真空干燥箱内放置P2O5控制箱内稳定较低相对湿度值，由此提供水气扩散装置内外湿度差作为水气运动驱动力；3)设置真空干燥箱温度为25℃，采用真空泵对真空干燥箱进行抽真空从而实现不同负压条件，每天称量并记录装置质量Mt；记ΔM＝M0-Mt，即为水气穿透量，根据水气穿透量随时间的变化曲线得到水气穿透率4)通过公式即可算得设置不同负压下沥青混合料水气扩散系数；其中，Dx-任一负压下的水气扩散系数；A-有效扩散面积；-试验装置内水气穿透出沥青混合料的质量随时间的变化率即水气穿透率；R-通用气体常数；T-真...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗蓉，柳子尧，黄婷婷，涂崇志，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42