CN103776749A - 一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置 - Google Patents

Abstract

一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，它涉及一种沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置。本发明为了解决现有的沥青混合料渗水实验只是针对液态水通过沥青混合料孔隙的渗透过程，无法描述水蒸汽渗透通过沥青胶浆到达沥青与集料的界面这一过程，且无法模拟气态水在压强作用下的透过过程。本发明包括主体（1）、托盘（2）和盖板（3），所述主体（1）为圆柱空腔本体，主体（1）侧壁上由上至下依次设有两个气嘴（4），托盘（2）为变直径圆环托盘，托盘（2）固定安装在主体（1）的上端，盖板（3）盖装在托盘（2）上。本发明用于沥青胶浆水蒸汽渗透实验。

Description

一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置

技术领域

本发明涉及一种沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，具体涉及一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置。 

背景技术

沥青路面由一种包含固相、液相、气相的非均质多孔材料组成，并且直接承受严酷的行车和环境荷载作用，易产生车辙、裂缝、水损害等各种路面损坏。沥青路面中水的存在不可避免，沥青混合料孔隙中长期驻留的水分，在行车荷载的往复作用下，引起沥青混合料的水损害，降低了道路的服务质量。水损害是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落（剥离），沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象。在夏季高温作用下，沥青混合料中的液相水分气化形成水蒸汽，使得孔隙中的气压升高，气态水分子更加容易扩散到沥青与集料的界面，引起沥青混合料的水损害。 

界面粘结作用与沥青－集料体系的界面能有关，水蒸汽渗透通过沥青胶浆到达沥青—集料界面，使界面之间的粘结能力下降，同时导致了界面粘结强度的降低。这些破坏形态包括两种：1）沥青膜内部界面粘聚破坏；2）荷载、水分作用下沥青膜与集料之间的粘附性破坏。水蒸汽渗透到沥青—集料界面影响了沥青膜的完整性，而沥青膜的完整性关系到沥青从集料表面剥离的速度。同时，有研究表明，沥青与集料粘附性指标可以通过接触界面干湿粘结能之比来评价，绝对值越小，沥青与集料的粘附性就越好，而水蒸汽的渗透无疑使干湿粘结能之比的绝对值变大，从而影响沥青与集料的粘附性。 

国内发行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）虽然有对沥青混合料渗水的实验，但现有的沥青混合料渗水实验只是针对液态水通过沥青混合料孔隙的渗透过程，无法描述水蒸汽渗透通过沥青胶浆到达沥青与集料的界面这一过程，且无法模拟气态水在压强作用下的透过过程。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的沥青混合料渗水实验只是针对液态水通过沥青混合料孔隙的渗透过程，无法描述水蒸汽渗透通过沥青胶浆到达沥青与集料的界面这一过程，且无法模拟气态水在压强作用下的透过过程，进而提供一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽 渗透实验装置。 

本发明的技术方案是：一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，它包括主体、托盘和盖板，所述主体为圆柱空腔本体，主体侧壁上由上至下依次设有两个气嘴，托盘为变直径圆环托盘，托盘固定密封安装在主体的上端，沥青胶浆试件卡装在托盘上，盖板密封盖装在托盘上。 

本发明与现有技术相比具有以下效果： 

1.本发明的托盘为变直径圆环托盘，能够将沥青胶浆试件牢固的卡装在托盘上。 

2.本发明通过两个气嘴，用以测量装置内部压强，能够模拟沥青混合料孔隙中高压条件下，水蒸汽在沥青胶浆中的扩散作用，整个装置除了沥青胶浆试件以外，其余为完全密封状态，水分只有通过胶浆试件而挥发至大气中，准确的描述了水蒸汽渗透通过沥青胶浆到达沥青与集料的界面这一过程，用以测定水蒸汽在沥青胶浆中的渗透系数。对本装置施加压力不仅能够模拟沥青混合料孔隙中的高压，还能够对整个水蒸汽渗透过程加速，实验周期缩短了三分之一。 

3.目前还没有测试水蒸汽穿过沥青胶浆这一过程的装置，本发明用来测定水蒸汽在沥青胶浆试件中的渗透系数，且结构简单，生产制造容易。 

4.混合料的渗透实验是评价由于混合料中孔隙的存在而允许水通过的能力，并没有真正评价水分穿过胶浆渗透到集料—沥青界面这一过程，而这才是水损害发生的根源。 

5.本发明不仅能够得出水蒸汽在沥青胶浆中的渗透系数，还能够进一步的研究水作用下集料—沥青界面粘结性能、界面损伤特征和细观测试分析，用以得到一个界面间粘结失效的模型。 

附图说明

图1本发明的整体结构示意图。图2是主体的主视图；图3是图2在C-C处的剖视图；图4是盖板的俯视图；图5是图4在A-A处的剖视图。 

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，它包括主体1、托盘2和盖板3，所述主体1为圆柱空腔本体，主体1侧壁上由上至下依次设有两个气嘴4，托盘2为变直径圆环托盘，托盘2固定密封安装在主体1的上端，沥青胶浆试件5卡装在托盘2上，盖板3密封盖装在托盘2上。 

本实施方式的两个气嘴4，下端的一个气嘴4链接阀门给装置加压，上端的一个气嘴4链接压力表，测量装置内部压强。 

具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的主体1包括上圆盘基 座1-1、下圆盘基座1-2和柱状基体1-3，上圆盘基座1-1和下圆盘基座1-2上下平行设置，柱状基体1-3竖直连接于在上圆盘基座1-1和下圆盘基座1-2之间。如此设置，结构稳定，便于仿真模拟气态水在压强作用下的透过过程。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。 

具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的上圆盘基座1-1粘接在柱状基体1-3的上端。如此设置，便于保证密封效果，防止主体1在实验过程中漏气、漏水。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。 

具体实施方式四：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的上圆盘基座1-1通过聚氨酯胶粘接在柱状基体1-3的上端。如此设置，聚氨酯胶粘结处粘连紧密，避免主体1内的气体或水从粘结处漏出。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。 

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的盖板3的下端设有圆环形凸起3-1。如此设置，圆环形凸起3-1能够紧密压住沥青胶浆试件5上的垫片6，保证本发明的气密性。其它组成和连接关系与具体实施方式一或四相同。 

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置还包括垫片6，垫片6设置在盖板3与托盘2之间。如此设置，起密封作用。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。 

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的垫片6为橡胶垫片。如此设置，密封效果好。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。 

本实施方式的主体1是由有机玻璃材质制成的圆柱空腔结构。主体1的高度为240mm，内径为110mm，上部为一个圆环结构，即上圆盘基座1-1，上圆盘基座1-1的外径167mm，内径110mm，通过聚氨酯胶粘接到柱状基体1-3的上端，在距离主体1上部圆环中心r=66.75mm的位置，沿圆周均匀的分布8个直径为8mm的紧固螺丝孔位。主体1的下端为下圆盘基座1-2，同样用聚氨酯胶粘接到柱状基体1-3的下端，粘结处粘连紧密避免装置内气体或水从粘结处漏出。 

本实施方式的盖板3为有机玻璃材质圆环，盖板3的高15mm，外径157mm，内径80mm；盖板下侧有圆环形凸起3-1，圆环形凸起3-1的高3mm，直径110mm，内径80mm。该圆环形凸起3-1紧密压住试件上的橡胶垫，保证装置的气密性。在距离盖板中心r=66.75mm位置，沿圆周均匀的分布8个直径8mm的紧固螺丝孔位。 

本实施方式的托盘2采用同主体1、盖板3相同的材料，托盘2为变直径圆环结构，托盘2的外径110mm，内径分别为80mm和104mm，沥青胶浆马歇尔试件切片放置在托盘2中，托盘2下部小圆环高10mm，上部大圆环壁高15mm。 

本发明的实施过程如下： 

1试件制备 

（1）实验试件的级配和不同粒径矿料用量可从《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）中附录C沥青混合料的矿料级配表中的数据选取若干种秤取; 

（2）本实验的沥青胶浆试件由粗胶浆和细胶浆构成，粗胶浆包括2.36mm筛下的细集料、矿粉填料和沥青；细胶浆包括矿粉填料和沥青。试件的制备是由粒径小于2.36mm以下的细集料、沥青、矿粉所组成的。在规定的拌合条件下用拌合锅进行搅拌; 

（3）进行搅拌前，先将拌合好的混合料放入135℃恒温烘箱中熟化，一小时后进行搅拌保证混合料的整体熟化，熟化过程为2个小时; 

（4）拌合好的沥青混合料采用旋转压实法压制成Φ100mm×150mm的圆柱体试件； 

（5）压实后的圆柱体试件静置24小时，用切割机将试件切割成高度为15mm的沥青胶浆薄片试件； 

（6）每组级配的沥青胶浆试件至少取3个进行平行试验。 

2试验条件控制 

（1）先在装置中加入300ml水，水将底端预留气嘴盖住为宜，将一温度计放入装置，保持温度计不接触装置内壁； 

（2）然后在装置中放置试件的位置放置有机玻璃薄板，尺寸同沥青胶浆试件，薄板上放置环形橡胶垫，并拧紧紧固螺丝密封仪器。密封好后通过预留气嘴对仪器内部加压，通过仪器上端压力表读出压强并记录； 

（3）然后将装置整体放入温度恒定的烘箱中，在下一次对温度计读数之前，将装置在烘箱中加热3小时，然后每隔1小时测量一次装置内水温，直至连续3次装置内水温为一稳定的温度，并记录此时试验进行的时间(小时)。每次读温度时，同时记录压强数据pi(Pa)，直至压强数据连续3次不变。此时通过温度数据认为实验开始后装置内水温一定，通过压强数据认为实验装置为气密性良好装置； 

（4）通过调节烘箱温度，使仪器内的水温控制为35℃。 

3装置及试件的安装 

试验开始前，在仪器中加适当的水(以300ml为例)，放置试件并用紧固螺丝拧紧装置上端盖板利用加压装置从预留接口处对仪器内部加压，将装置整体放置在43.5℃恒温烘箱中静置5小时后进行试验。具体操作步骤如下： 

（1）装置加300ml水，将沥青胶浆试件放置在托盘中，然后放置在装置上端，在沥青胶浆试件上加盖环形橡胶垫，加盖板并用紧固螺丝将装置密闭； 

（2）将装置放置于43.5℃恒温烘箱5小时后取出装置，尽可能快的利用加压装置通过预留气嘴对装置进行加压，并记录此时的压强，然后将装置整体放置于精度0.01_g的天平上称量总质量，记录质量数据。 

4开始试验 

过程中的第三步中记录的质量、压强数据为实验开始时的初始数据，记录完后将装置放置于恒温烘箱中，每隔3小时以上时间对装置的总质量和装置内压强进行一次记录，一天至少3次，试验试验周期为30天。 

5获得渗透系数 

沥青胶浆试件渗透系数通过下面公式获得： 

$C_{\mathrm{pi}}=\frac{g_{\mathrm{pi}}-g_p(i-1)}{t_i-t_{i-1}}---\left(1\right)$

$C_{\mathrm{wj}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^i{c}_{\mathrm{pi}}}{i}---\left(2\right)$

$C_w=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^j{c}_{\mathrm{wj}}}{j}---\left(3\right)$

C_pi—第i次测量试件的渗透系数； 

C_wj—第j次平行试验得到的平均渗透系数； 

C_w—试件的平均渗透系数； 

g_pi—第i次测量装置的总质量，单位：g； 

t_i—第i次测量时间，第一次测量t₁=0单位：s。 

Claims (7)

1.一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：它包括主体（1）、托盘（2）和盖板（3），所述主体（1）为圆柱空腔本体，主体（1）侧壁上由上至下依次设有两个气嘴（4），托盘（2）为变直径圆环托盘，托盘（2）固定密封安装在主体（1）的上端，盖板（3）密封盖装在托盘（2）上。 

2.根据权利要求1所述的一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：所述主体（1）包括上圆盘基座（1-1）、下圆盘基座（1-2）和柱状基体（1-3），上圆盘基座（1-1）和下圆盘基座（1-2）上下平行设置，柱状基体（1-3）竖直连接于上圆盘基座（1-1）和下圆盘基座（1-2）之间。 

3.根据权利要求2所述的一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：所述上圆盘基座（1-1）粘接在柱状基体（1-3）的上端。 

4.根据权利要求3所述的一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：所述上圆盘基座（1-1）通过聚氨酯胶粘接在柱状基体（1-3）的上端。 

5.根据权利要求1或4所述的一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：所述盖板（3）的下端设有圆环形凸起（3-1）。 

6.根据权利要求5所述的一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：所述沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置还包括垫片（6），垫片（6）设置在盖板（3）与托盘（2）之间。 

7.根据权利要求6所述的一种评价加压条件下沥青胶浆水蒸汽渗透实验装置，其特征在于：所述垫片（6）为橡胶垫片。 

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