CN106872304A - 细集料沥青混合料试件湿度养生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细集料沥青混合料试件湿度养生方法。根据设计的级配和沥青用量成型制备标准细集料沥青混合料试件；将试件放置于真空干燥器内，利用饱和盐溶液调节真空干燥器中的水汽压以达到0～100％中间相对湿度；同时真空干燥器内置温湿度记录仪实时记录真空干燥器内温湿度变化；将真空干燥器放置于20℃的生化培养箱中进行湿度养生，当试件质量保持稳定时即达到试件养生湿度要求，其相对湿度为真空干燥容器内部的相对湿度。本发明提出采用化学试剂作为湿度养生剂，在真空状态下进行细集料沥青混合料试件湿度养生的方法，其无论从养生方法的合理性、操作的便捷性均具有显著的创新性，同时养生效果优异。

Description

细集料沥青混合料试件湿度养生方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及细集料沥青混合料试件湿度养生的方法。

背景技术

在我国高速公路建设迅猛发展的同时，路面的病害问题也显得格外突出。其中沥青路面水损害已成为世界各国公路沥青路面最常见的早期病害之一。目前，国内外学者对水损害的研究主要集中在水以液态形式进入沥青混合料内部对沥青混合料产生的破坏。如国内采用的马歇尔沥青混合料设计方法中的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验是将试件进行静水浸泡、冻融循环等液态水处理，由浸水前后得到的浸水残留稳定度和冻融循环前后的冻融劈裂抗拉强度比来评价水稳定性；而美国的Superpave设计法评价水稳定性的方法也是通过对试件进行真空饱水、冻融循环等液态水处理。然而，大量工程实践证明，沥青路面水损害不仅出现在潮湿多雨地区，在一些干旱少雨地区同样出现了严重的水损害现象。例如我国甘肃省的白兰高速和永山高速，地处干旱、半干旱区，路面存在以松散、坑槽为主的水损害现象；美国亚利桑那州沙漠地区的高速公路，经调查证实后其沥青路面水损害非常严重，特别是在沥青路面上铺设表面封层后，约50％的路段出现了沥青膜脱落、集料松散等现象。由此说明，液态水并非沥青混合料水损害的唯一来源。

实际上，水损害的发生起始于水运输进入沥青混合料内部，产生于水与沥青混合料各组分相互作用。其作用机理为液态形式或者是气态形式的水分子进入沥青膜内部以及沥青与集料的界面，降低了沥青膜自身的内聚结合能以及沥青膜与集料之间的粘附结合能，从而导致沥青膜内部的内聚断裂和沥青与集料界面之间的粘附断裂，宏观上表现为沥青路面出现掉粒、松散、剥落的现象。因此研究气态水分子对沥青混合料疲劳性质的影响以及作用机理对路面水损害的防治有着重要的意义。针对这一问题，相关文献中常见的研究方法是对比沥青混合料在“有水”和“无水”状态下的疲劳性质，尚未对不同相对湿度下的沥青混合料试件进行疲劳性质研究。其主要原因是现在缺少一种沥青混合料湿度养生的方法，以达到试验条件要求。

因此，现阶段急需一种沥青混合料试件湿度养生的方法，能够根据试验需求将试验试件养生至预期的湿度，促进沥青混合料水损害研究的发展。

发明内容

本发明目的在于提供一种细集料沥青混合料试件内部的湿度达到预期相对湿度的方法，为后续要求不同相对湿度的科学研究奠定基础。

为达到上述目的，采用的技术方案如下：

细集料沥青混合料试件湿度养生方法，包括以下步骤：

1)根据设计的级配和沥青用量成型制备标准细集料沥青混合料，然后通过钻芯切割得到规定尺寸的试件，测其空隙率，并在室湿下风干、称重；

2)将试件放置于真空干燥器内，根据预设的相对湿度与各盐溶液的参考湿度值进行比较，选取合适的化学盐作为溶质制备饱和盐溶液作为湿度养生试剂，利用饱和盐溶液调节真空干燥器中的水汽压以达到0～100％中间相对湿度；同时真空干燥器内置温湿度记录仪实时记录真空干燥器内温湿度变化；

3)将密封抽真空后的真空干燥器放置于温度控制为20℃的生化培养箱中进行湿度养生，并且实时测量试件的质量以判断其湿度变化情况以及养生效果；当试件质量保持稳定时即达到试件养生湿度要求，其相对湿度为真空干燥容器内部的相对湿度。

按上述方案，步骤2中在保持温度恒定的条件下，利用干燥剂控制真空干燥器内的相对湿度趋近于0，利用蒸馏水控制真空干燥器内的相对湿度趋近于100％，利用饱和盐溶液调节真空干燥器中的水汽压以达到控制0～100％中间相对湿度。

按上述方案，所述湿度养生试剂制备过程如下：

将盐晶体加入比湿度养生温度高的蒸馏水中，搅拌溶解，冷却至试件养生温度以获得均匀的盐溶液；蒸馏水中盐晶体的质量参照该盐晶体的溶解度，保证比其完全溶解的量大30wt％，以保持有盐晶体未溶解于蒸馏水中。

按上述方案，所述化学盐包括KCl、NaBr、MgCl₂、LiCl的任意一种。

按上述方案，由于地区大环境的差异，在参考合适的化学盐后以实测值为准进行养生。

按上述方案，在20℃的生化培养箱中进行湿度养生时，选择湿度梯度及其对应的饱和盐溶液如下：相对湿度11.31±0.31％选择氯化锂饱和溶液；相对湿度33.07±0.18％选择氯化镁饱和溶液；相对湿度59.14±0.44％选择溴化钠饱和溶液；相对湿度85.11±0.29％选择氯化钾饱和溶液。

本发明提出采用化学试剂作为湿度养生剂，在真空状态下进行细集料沥青混合料试件湿度养生的方法，其无论从养生方法的合理性、操作的便捷性均具有显著的创新性，同时养生效果优异，具体如下：

可实现特定温度下细集料沥青混合料试件的多湿度养生。根据各试剂饱和溶液的特性，所产生的相对湿度不同，选用不同的化学试剂制成饱和溶液，在真空干燥器中得到一个特定湿度的养生环境。较以往沥青混合料水损害研究时所采用的两种状态，即“无水”和“有水”，其湿度值更加精准，而且能够设置不同的湿度梯度，为研究湿度对沥青混合料力学性能和疲劳性能的影响奠定基础。可以更加真实的模拟不同干湿状况下路面服役的情况。

本操作简便，试验所用到的材料和仪器易得。本发明所用材料包括真空硅脂、铝板、各种能控制稳定湿度的盐溶液、P₂O₂、细集料沥青混合料试件等，仪器包括恒温恒湿箱、生化培养箱、真空干燥器、温湿度仪、高精度分析天平等。这些材料和仪器均非特殊物品，而且占用空间小，因此可以在多个湿度下同时养生不同的对照组试件，有效地节省了时间。

本方法养生的相对湿度控制精准，养生效果好。本养生方法为了能够营造温度的湿度养生环境，在配置饱和盐溶液时，根据溶解度计算化学试剂的用量，并多加溶解量的30％以保证盐溶液是饱和的。另外，本方法采用优质的真空干燥器作为存储容器，并且在容器的接合处做了密封处理，保证湿度环境的稳定性。为了加快试件在尽量短的时间内养生至设定湿度，对真空干燥器进行抽真空处理，养生的效果实现很大的提升，节约了养生时间。

具体实施方式

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。

本发明细集料沥青混合料试件湿度养生的方法，过程如下：

1)制备细集料沥青混合料试件

使用旋转压实仪成型细集料沥青混合料(简称FAM)试件，控制空隙率，再进行钻芯和切割后得到直径为150mm、高度为70mm的标准试件，选用空隙率为4.3％±0.3％的标准试件进行切割，利用全自动切割锯将成型试件的上下两端各切除15mm，得到中间高为40mm、直径为150mm的试件，利用钻芯机(12mm钻头)沿着切割后试件的外圈、中圈和内圈分别钻芯，最终得到高为40mm、直径为12mm的试件，并进行标记。综合比选试件的质量、高度、直径、空隙率等指标选择适用于养生的试件。

2)选择并配置湿度养生试剂

为了研究沥青混合料的疲劳性能以及力学性质与相对湿度的关系，需要将试验试件养生至不同的相对湿度。根据参考文献中各盐溶液的参考湿度值以及试验的需要，选择蒸馏水、KCl饱和溶液、NaBr饱和溶液、MgCl₂饱和溶液、LiCl饱和溶液以及P₂O₅这些湿度养生剂，构造不同的湿度养生环境。配置湿度养生试剂时需选择纯的盐和去离子蒸馏水配制，将盐晶体加入比湿度养生温度高的蒸馏水中(本次试验选用60℃)，然后用干净的玻璃棒搅拌使其充分溶解，然后冷却至试件养生温度以获得均匀的盐溶液。加入蒸馏水中的盐晶体质量应参照该盐晶体的溶解度，并保证比其完全溶解的量多30wt％，以保证有盐晶体未溶解于蒸馏水中，进而保证养生环境湿度保持恒定。

3)容器内环境湿度监测

为了验证真空干燥器内的相对湿度是否能够达到文献中湿度养生试剂所能控制的相对湿度值，将配制好的饱和盐溶液或蒸馏水适量(与正式试验注入量一致)倒入真空干燥器内，再将设置好的温湿度仪放置在容器内的铝板上。用盖子盖住容器后，将整个容器放入温度为20℃的生化培养箱中养生，每天定时观察湿度显示值，待达到稳定后再取出温湿度仪，读取其存储的实时湿度数据。本试验检测蒸馏水、KCl饱和溶液、NaBr饱和溶液、MgCl₂饱和溶液、LiCl饱和溶液以及P₂O₅所控制湿度稳定值如表1所示，其与文献中记载值相差不大，考虑到本试验饱和溶液所处的环境与文献所述环境存在一定的差异性，以及采用不同湿度养生试剂进行湿度养生最重要的不是控制真空干燥器内部的相对湿度值使其精确达到文献参考值，而是形成一个合理的相对湿度梯度，因此以实测值为准进行养生。参见表1所示。

表1

4)真空干燥容器密封及真空处理

配制的饱和盐溶液冷却至室温后，放置铝板及选择用来进行湿度养生的试件。为了保证真空干燥器的密封性，需要在真空干燥器上能与外界有气体交换之处均匀涂抹高真空硅脂，这样可以使真空干燥器的盖子与容器紧密贴合。由于在常压下湿度养生需要的时间较长，为了加速湿度养生，利用真空泵对真空干燥器抽真空，为试件创造接近真空的环境。

5)养生及周期称量

将密封抽真空后的真空干燥器放置于温度控制为20℃的生化培养箱中进行湿度养生，并且定时测量养生试件的质量以判断其湿度变化情况以及养生效果。为了能够精确监测DMA试件随养生时长的质量变化趋势，本次研究采用精度为0.0001g的高精密天平称量DMA试件的质量。在湿度养生初期，测量DMA试件的质量的频率需高一些，一般为3～4天测定一次，以期能够更准确地反映DMA试件的质量变化；在湿度养生的中后期，此时DMA试件的质量变化已趋于稳定，可以适当延长测量间隔，一般为1～2周，养生情况如表2所示。

表2

Claims (6)

1.细集料沥青混合料试件湿度养生方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据设计的级配和沥青用量成型制备标准细集料沥青混合料，然后通过钻芯切割得到规定尺寸的试件，测其空隙率，并在室湿下风干、称重；

2)将试件放置于真空干燥器内，根据预设的相对湿度与各盐溶液的参考湿度值进行比较，选取合适的化学盐作为溶质制备饱和盐溶液作为湿度养生试剂，利用饱和盐溶液调节真空干燥器中的水汽压以达到0～100％中间相对湿度；同时真空干燥器内置温湿度记录仪实时记录真空干燥器内温湿度变化；

3)将密封抽真空后的真空干燥器放置于温度控制为20℃的生化培养箱中进行湿度养生，并且实时测量试件的质量以判断其湿度变化情况以及养生效果；当试件质量保持稳定时即达到试件养生湿度要求，其相对湿度为真空干燥容器内部的相对湿度。

2.如权利要求1所述细集料沥青混合料试件湿度养生方法，其特征在于步骤2中在保持温度恒定的条件下，利用干燥剂控制真空干燥器内的相对湿度趋近于0，利用蒸馏水控制真空干燥器内的相对湿度趋近于100％，利用饱和盐溶液调节真空干燥器中的水汽压以达到控制0～100％中间相对湿度。

3.如权利要求1所述细集料沥青混合料试件湿度养生方法，其特征在于所述湿度养生试剂制备过程如下：

将盐晶体加入比湿度养生温度高的蒸馏水中，搅拌溶解，冷却至试件养生温度以获得均匀的盐溶液；蒸馏水中盐晶体的质量参照该盐晶体的溶解度，保证比其完全溶解的量大30wt％，以保持有盐晶体未溶解于蒸馏水中。

4.如权利要求1所述细集料沥青混合料试件湿度养生方法，其特征在于所述化学盐包括KCl、NaBr、MgCl₂、LiCl的任意一种。

5.如权利要求1所述细集料沥青混合料试件湿度养生方法，其特征在于由于地区大环境的差异，在参考合适的化学盐后以实测值为准进行养生。

6.如权利要求1所述细集料沥青混合料试件湿度养生方法，其特征在于在20℃的生化培养箱中进行湿度养生时，选择湿度梯度及其对应的饱和盐溶液如下：相对湿度11.31±0.31％选择氯化锂饱和溶液；相对湿度33.07±0.18％选择氯化镁饱和溶液；相对湿度59.14±0.44％选择溴化钠饱和溶液；相对湿度85.11±0.29％选择氯化钾饱和溶液。