基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，通过建立集料堆叠模型，将沥青混合料内部间隙参量的实际值同理论模型关联起来，并结合努森扩散公式，得出水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的计算方式，实现了对水气在沥青混合料内部扩散程度的量化，从而可以对不同油石比条件下的沥青混合料内部水气运动规律进行量化评价，并为规避沥青混合料水损害现象的产生指明了方向。青混合料水损害现象的产生指明了方向。青混合料水损害现象的产生指明了方向。

【技术实现步骤摘要】
基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法


[0001]本专利技术涉及道路施工领域，特别是一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法。

技术介绍

[0002]目前水气在沥青路面内部的扩散，是造成路面水损害的因素之一。沥青混合料内部水气扩散系数，能够反应水气在混合料中扩散速率。水气扩散系数直接影响沥青混合料在服役过程中，内部相对湿度分布规律及达到湿度平衡状态所需时间长短。因此，确定沥青混合料内部水气扩散系数对分析水气运动造成的水损害具有重要意义。现阶段，在研究沥青混合料内部水气扩散时，主要将沥青混合料当作单一均质材料，并根据菲克第一定律求解扩散系数。由于沥青混合料是由沥青、集料、空气三种材料组成的典型复合材料，其内部结构复杂，这使得根据菲克第一定律求解的扩散系数实际为有效扩散系数和有效扩散路径。当组成复合材料中每种基本材料扩散系数都不在同一数量级，则扩散系数与介质内部结构有关，此时有效扩散与介质内实际扩散系数不同，并通过试验计算发现沥青混合料实际扩散系数是有效扩散系数2000倍以上。因此沥青混合料的有效扩散系数无法反映沥青混合料内部的实际情况。
[0003]为了研究沥青混合料实际扩散系数和实际有效扩散路径，应先分别测试沥青混合料中基本材料的水气扩散系数。现阶段测试计算沥青和集料的水气扩散系数的方法较为成熟，但研究内部孔隙的时期扩散系数确定方法较少，沥青混合料内部孔隙是水气运动的重要通道，不能忽略内部孔隙对沥青混合料水气运动的影响。但沥青混合料内部孔隙的结构复杂，难以通过试验直接测量水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数，而现有技术中缺少水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的计算方法，从而难以对沥青混合料内部水气运动规律进行有效评价。故需要提出一种新的方法能够对沥青混合料内部水气运动规律进行有效评价。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供了一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，用于解决现有技术缺少对沥青混合料内部水气运动规律进行有效评价的方法这一问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，其步骤包括：
[0006](1)制备沥青混合料并置于水气环境中，计算沥青混合料中吸收沥青的含量百分比以及矿料间隙率；
[0007](2)吸收沥青包覆集料颗粒表面并形成沥青膜，建立关于沥青混合料内部间隙体积与沥青膜厚度之间的第一函数关系，并得到沥青膜厚度的值；
[0008](3)基于第一函数关系对沥青膜厚度进行微分处理，得到关于沥青混合料内部间
隙表面积与沥青膜厚度之间的第二函数关系；
[0009](4)建立集料堆叠模型，基于集料堆叠模型得到关于沥青混合料内部间隙体积、间隙表面积与模型孔隙平均半径三者之间的第三函数关系；
[0010](5)基于第一函数关系、第二函数关系和第三函数关系，得到关于模型孔隙平均半径与沥青膜厚度之间的第四函数关系；
[0011](6)基于努森扩散公式以及沥青膜厚度、第四函数关系，计算水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数；
[0012](7)采用水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数对不同油石比的沥青混合料内部水气运动规律进行评价。
[0013]进一步地，步骤(1)中，基于集料有效体积与吸收沥青体积之和等于集料毛体积，吸收沥青的含量百分比P的计算式为：
[0014]P＝(G
se
‑
G
sb
)/(G
se
×
G
sb
)
×
G
b
[0015]其中，G
sb
为集料毛体积相对密度，无量纲；G
b
为沥青相对密度，无量纲；G
se
为集料的有效相对密度，集料的有效相对密度G
se
的计算式为：
[0016][0017]其中，G
f
为试件毛体积相对相对密度，无量纲；P
b
为沥青混合料中总沥青含量百分化值，且P
b
％为沥青混合料中总沥青含量百分比。
[0018]进一步地，步骤(1)中，矿料间隙率VMA的计算式为：
[0019]VMA＝(1
‑
G
f
/G
sb
×
P
s
/100)
×
100
[0020]其中，P
s
为集料占沥青混合料总质量的百分化值，且P
s
＝100
‑
P
b
。
[0021]进一步地，步骤(2)中，第一函数关系的表达式为：
[0022]e
v
(t)＝(1
‑
φ)exp[
‑
(α1t+α2t2+α3t3)][0023]其中，e
v
(t)为沥青混合料内部间隙体积，α1、α2、α3表示沥青混合料中集料颗粒的几何特征，分别由下列公式进行计算得到：几何特征，分别由下列公式进行计算得到：m1是集料颗粒直径的平均值，m2是集料颗粒直径平方的平均值，m3是集料颗粒直径立方的平均值，且以集料颗粒数目为平均计算方式；q满足关系式φ为大于沥青膜厚度的集料体积函数。
[0024]其中，φ的表达式为：
[0025]φ＝(1
‑
VMA)(1
‑
P
d
)
[0026]其中，P
d
表示的是小于沥青膜厚度的集料体积百分比，满足关系式P
0.075
表示过200目筛的通过率。
[0027]进一步地，步骤(2)中，沥青混合料内部间隙体积e
v
(t)还满足关系式：
[0028][0029]该式与第一函数关系的表达式联立后得到关系式：
[0030]α1t+α2t2+α3t3＝ln[(1
‑
φ)/e
v
(t)][0031]并求解得到沥青膜厚度的值。
[0032]进一步地，步骤(3)中，第二函数关系的表达式为：
[0033][0034]其中，S(t)表示沥青混合料内部间隙表面积。
[0035]进一步地，步骤(4)中，集料堆叠模型为：每一集料颗粒为圆柱形单元，若干集料颗粒堆叠排布，相邻圆柱形单元之间形成模型孔隙，由沥青填充模型孔隙后构成沥青混合料；模型孔隙的内壁表面积等效于沥青混合料内部间隙表面积，模型孔隙的内壁表面积的表达式为：模型孔隙体积等效于沥青混合料内部间隙体积，模型孔隙体积的表达式为：其中，表示模型孔隙平均半径，h表示圆柱形单元的长度，n表示圆柱形单元的数目；基于模型孔隙的内壁表面积与模型孔隙体积的表达式，得到第三函数关系的表达式为：
[0036]进一步地，步骤(5)中，基于第一函数关系、第二函数关系和第三函数关系，得到第四函数关系的表达式为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，其特征在于，其步骤包括：(1)制备沥青混合料并置于水气环境中，计算沥青混合料中吸收沥青的含量百分比以及矿料间隙率；(2)所述吸收沥青包覆集料颗粒表面并形成沥青膜，建立关于沥青混合料内部间隙体积与所述沥青膜厚度之间的第一函数关系，并得到所述沥青膜厚度的值；(3)基于所述第一函数关系对所述沥青膜厚度进行微分处理，得到关于沥青混合料内部间隙表面积与所述沥青膜厚度之间的第二函数关系；(4)建立集料堆叠模型，基于所述集料堆叠模型得到关于所述沥青混合料内部间隙体积、间隙表面积与模型孔隙平均半径三者之间的第三函数关系；(5)基于所述第一函数关系、第二函数关系和第三函数关系，得到关于所述模型孔隙平均半径与沥青膜厚度之间的第四函数关系；(6)基于努森扩散公式以及所述沥青膜厚度、所述第四函数关系，计算水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数；(7)采用所述水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数对不同油石比的沥青混合料内部水气运动规律进行评价。2.根据权利要求1中所述的基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中，基于集料有效体积与吸收沥青体积之和等于集料毛体积，所述吸收沥青的含量百分比P的计算式为：P＝(G
se
‑
G
sb
)/(G
se
×
G
sb
)
×
G
b
其中，G
sb
为集料毛体积相对密度，无量纲；G
b
为沥青相对密度，无量纲；G
se
为集料的有效相对密度，所述集料的有效相对密度G
se
的计算式为：其中，G
f
为试件毛体积相对相对密度，无量纲；P
b
为沥青混合料中总沥青含量百分化值，且P
b
％为沥青混合料中总沥青含量百分比。3.根据权利要求2中所述的基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述矿料间隙率VMA的计算式为：VMA＝(1
‑
G
f
/G
sb
×
P
s
/100)
×
100其中，P
s
为集料占沥青混合料总质量的百分化值，且P
s
＝100
‑
P
b
。4.根据权利要求3中所述的基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述第一函数关系的表达式为：e
v
(t)＝(1
‑
φ)exp[
‑
(α1t+α2t2+α3t3)]其中，e
v
(t)为所述沥青混合料...

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