沥青混合料水汽扩散系数检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于属于道路工程领域，涉及一种道路沥青混合料水汽扩散系数检测方 法。
【背景技术】
[0002] 水损害是沥青路面早期病害的主要表现形式，当前国内外相关研究主要集中于水 以液态形式存在时对沥青混合料的影响。如国内的马歇尔设计方法以对试件浸水前后得到 的马歇尔残留稳定度比以及浸水冻融循环前后的冻融劈裂强度比作为评价沥青混合料水 稳定性的两个主要指标；美国的Superpave设计方法也是以真空饱水冻融处理前后试件间 接拉伸强度试验的抗拉强度比作为评价沥青混合料水敏感性的指标。然而，大量的工程实 践证实沥青路面的水损害并非仅仅集中在潮湿多雨地区，干旱少雨地区的沥青路面也出现 了大量的水损害现象。例如，我国新疆省内乌昌、乌奎等公路处在大陆型干旱少雨区，年降 雨量仅为240~280mm，路面采用密级配沥青混合料，施工配合比空隙率小于6%，且经检 测路面渗水率不超过20ml/min (可以视为不透水），但是路面运营一段时间后还是出现了 诸如坑洞、网裂、唧浆等水损害；又如，我国甘肃省年均降水量约为300mm，依据《公路沥青 路面施工技术规范》，全省约70%属于干旱区、半干旱区，但其境内的永昌至山丹、兰州至白 银、、巉口至柳沟河、嘉峪关至安西、兰州至临洮、天水至定西、静宁至庄浪等多条高速公路、 一级公路、二级公路的沥青路面在使用初期均出现了松散、坑槽等水损害现象。国外也有 类似的工程实例，比如美国的亚利桑那州属于典型的半干旱沙漠气候，但其境内被调查证 实有约30%~50%的路面存在早期车辙、集料松散等水损害现象，表面加铺路面封层处理 后，仍有约50%路面出现集料剥落等现象，与此类似的宾夕法尼亚某高速公路加铺沥青封 层后路面也出现了典型的混合料剥落等水损害现象。以上工程实例证实，液态水并非是沥 青路面产生水损害的唯一来源。
[0003] 事实上，除了降雨产生的液态水之外，沥青路面内部存在的水汽运动同样会导致 混合料产生水损害。国外已有相关学者发现，即使沥青路面不透水（液态水），随着温度和 相对湿度的变化路面始终处于一个动态的"呼吸"过程，即不断"吸入"和"呼出"水汽，在此 过程中水汽不断携带水分子进入到沥青混合料内部，附着在沥青膜上或穿透沥青膜进入到 沥青与集料界面间，从而降低沥青膜自身的内聚结合能或沥青与集料界面之间的粘附结合 能，引起沥青膜的内聚破坏或沥青与集料之间的粘聚破坏，进而导致沥青路面产生水损害。 水汽运动导致沥青混合料的水损害机理可以合理解释干旱少雨地区沥青路面出现的水损 害现象，因此研究水汽在沥青混合料中的扩散运动规律对降低沥青路面产生的水损害具有 十分重要的意义。
[0004] 对于水汽在沥青混合料中的扩散国外虽已进行了相关研究，如采用重量吸附法测 试了 35°C、常压、相对湿度梯度100%- 15%条件下沥青混合料水汽扩散系数；采用热电偶 湿度计测试了常压、25°C、相对湿度梯度100% -室湿条件下沥青混合料内部总吸力，换算 得到沥青混合料的水汽扩散系数。但当前研究均是在单一湿度梯度下进行，这与沥青路面 实际所处的多湿度梯度服役环境不相符，且现有试验均在常压条件下进行，由于水汽扩散 本身是一个缓慢持久的过程，导致整个试验过程耗时较长。
[0005] 因此，现阶段急需一种可研究多湿度梯度条件下水汽扩散运动规律的快速、准确 的试验方法，量化沥青混合料的"透气"、"保水"能力，从而为研究沥青混合料水损害机理提 供理论基础。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种可测试不同试验温度及多湿度梯度条件下沥青混合料 水汽扩散系数的试验方法，可以准确、快速地量化沥青路面在实际服役环境下的"透气"、 "保水"能力。
[0007] 为达到上述目的，采用技术方案如下：
[0008] 沥青混合料水汽扩散系数检测方法，包括以下步骤：
[0009] 1)成型圆柱体待测沥青混合料样品；将样品置于密闭腔体内，通过磁悬浮重量平 衡系统测试真空、试验温度下样品的质量；
[0010] 2)通过安托尼公式p。= 10 [Α Β/(Μ 273·15)]计算水蒸汽在试验温度下的饱和蒸气压， 进一步计算得到对应试验相对湿度RH条件下反应腔体内需要达到的蒸气压：ρ = RH*pO ; 在磁悬浮重量平衡系统中输入上述蒸气压力值，控制试验温度恒定并时刻检测样品的质 量；
[0011] 3)测试在各特定试验温度及相对湿度梯度条件下样品蒸气吸附量随时间的变化， 所述蒸气吸附量即为吸附水蒸汽后样品的质量与步骤1)所得样品质量之差； 3:Ρ? _ 2] 4)通过公式 u，(t)二 (卜 e ) + H，,（卜 e )
[0013] 其中，W1。。-最大水汽吸收质量;wa_最大水汽吸附质量；D-水汽扩散系数；t-试验 时间；1-有效扩散半径，通过游标卡尺量得；α -吸附时间常数；
[0014] 通过对上述公式拟合得到对应各特定试验温度及相对湿度梯度条件下样品的水 汽扩散系数。
[0015] 沥青混合料水汽扩散系数检测装置，包括磁悬浮天平、样品桶、恒温循环浴、真空 栗、试剂小瓶；所述悬浮天平和样品桶置于密闭腔体内，所述密闭腔体通过恒温循环浴以及 温度探头控制腔体的温度，且所述密闭腔体还通过真空栗和气体控制阀控制其真空度，其 中气体控制阀用于密闭腔体内部回压；所述试剂小瓶用于存放蒸馏水，并通过蒸气控制阀 向密闭腔体内定量输入水蒸汽达到设定的湿度值；同时，另外一个恒温循环浴用于加热试 剂小瓶形成水蒸汽。
[0016] 按上述方案，所述的蒸气控制阀、气体控制阀以及相应气体管道设置在保温区域 中。
[0017] 按上述方案，所述磁悬浮天平为非直接接触式天平，实时连续称量。
[0018] 本发明提出采用负压重量吸附法作为测试沥青混合料水汽扩散系数的新方法，其 无论从测试方法的合理性、试验精度还是试验时间上较现有试验方法具有显著的进步，具 体如下：
[0019] 可实现不同温度及多相对湿度梯度下沥青混合料水汽扩散系数的试验测试。试验 方法采用密封腔体内水蒸汽的蒸气压作为相对湿度的控制指标，通过磁悬浮天平设定蒸气 压力值实现在多个相对湿度梯度下的沥青混合料水汽扩散系数测试，同时可通过恒温循环 浴调整试验温度，实现不同温度下的水汽扩散试验，较以往单一温度及湿度梯度的水汽扩 散试验而言，该试验方法更有效模拟了沥青路面的实际服役环境。
[0020] 负压下进行试验可有效加快试验进度，缩短试验时间。吸附试验在真空密封环境 中进行，较常规的常压吸附试验相比，可有效加快试样表面蒸气吸附速率，从而加快试验进 度，缩短试验反应时间；采用此方法测试一个湿度梯度下沥青混合料水汽扩散系数耗时约 3天，而常规水汽扩散试验需耗时至少3个月以上，因此本发明可节省大量试验时间。
[0021] 受环境因素干扰小，试验精度高。试验采用磁悬浮重量平衡系统在密封腔体 内进行，可有效减少外界环境因素对吸附试验的干扰；通过腔体内部温度探头（精度为 ±0. 1°C )及恒温循环浴精确控制试验温度，通过蒸气控制进出阀（精度为0.1 mbar)动态 控制腔体内蒸气压，从而精确控制试验达到的相对湿度值；通过磁悬浮天平（非直接接触 式）（精度〇. OOOOlg)可实现连续实时测量并记录样品的质量，并可直接判断吸附是否达 到平衡，较常规敞口天平测试相比，其控制温度及相对湿度条件更为精确，且试验结果更准 确。
【附图说明】
[0022] 附图1 :沥青混合料水汽扩散系数检测装置示意图；
[0023] 其中，1-磁悬浮天平；2-样品桶；3-温度探头；4-水蒸汽；5-恒温循环浴；6-保温 区域，；7-蒸气控制阀；8-试剂小瓶；9-气体控制阀；10-真空栗；11-恒温循环浴。
【具体实施方式】
[0024] 以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0025] 本发明沥青混合料水汽扩散系数检测装置，参照附图1所示。包括磁悬浮天平1、 样品桶2、恒温循环浴（5、11)、真空栗10、试剂小瓶8 ;磁悬浮天