CN110455665A - 沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法 - Google Patents

沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110455665A
CN110455665A CN201910758428.5A CN201910758428A CN110455665A CN 110455665 A CN110455665 A CN 110455665A CN 201910758428 A CN201910758428 A CN 201910758428A CN 110455665 A CN110455665 A CN 110455665A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aqueous vapor
sample
asphalt
relative humidity
magnetic suspension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910758428.5A
Other languages
English (en)
Inventor
黄婷婷
罗蓉
涂崇志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201910758428.5A priority Critical patent/CN110455665A/zh
Publication of CN110455665A publication Critical patent/CN110455665A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0007—Investigating dispersion of gas
    • G01N2015/0015—Investigating dispersion of gas in solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0023—Investigating dispersion of liquids
    • G01N2015/0034—Investigating dispersion of liquids in solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/0866—Sorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，包括密闭腔体、磁悬浮天平、样品桶、恒温循环浴A、蒸气供应系统和真空泵；所述磁悬浮天平和样品桶均设于密闭腔体内，且样品桶悬挂于磁悬浮天平下方的挂钩上；所述恒温循环浴A设于密闭腔体的外围，用于控制密闭空腔内的温度；所述密封空腔设有气体出入口，气体出入口通过第一管道分别与蒸气供应系统、真空泵和回压管道连通。本发明还公开了一种沥青混合料水气运动参数检测方法，能准确快速确定沥青混合料内水气运动参数。本发明的有益效果为：可准确、快速地量化沥青路面在实际服役环境下的“透气”、“保水”能力，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。

Description

沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法
技术领域
本发明属于路面材料技术领域，具体涉及一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法。
背景技术
沥青路面是我国公路与城市道路的重要铺面形式，水损害是沥青路面早期病害的主要形式之一，大量沥青路面在服役初期即出现如松散、唧浆、坑洞等水损害现象；随着沥青路面服役时间的延长，水损害将进一步影响道路服役性能，缩短沥青路面使用寿命，造成巨大的社会和经济损失。
液态水被认为是沥青路面水损害的主要来源，因此，现阶段针对沥青路面水损害的研究主要集中在液态水对沥青混合料产生的破坏上。国内的马歇尔设计方法以试件浸水前后的马歇尔残留稳定度比和试件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，大量的工程实践已经证实，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、乌奎等高速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(指液态水，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，比较典型的是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。
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气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”水气，在此过程中水气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。水气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，因此研究水气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。
国外道路研究者已经对沥青混合料中的水气运动展开了相关研究，如利用万能吸附仪(USD)采用重量吸附法测试35℃、常压、相对湿度梯度100％→15％条件下沥青混合料中的水气扩散系数；采用热电偶湿度计测试了常压、25℃、相对湿度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气扩散系数；利用饱和盐溶液或者恒温恒湿箱控制试验环境中的相对湿度，测试了沥青混合料中的水气扩散系数。沥青混合料内部的积聚型水气运动是水气在沥青混合料内部积累的重要形式，但是当前沥青混合料内部积聚型水气运动研究无论是试验设计还是理论模型均存在诸多不足，主要包括以下两个方面：1、当前研究针对沥青混合料开展的水气运动试验设计不严谨，试验过程中干扰因素较多，误差大；2、沥青混合料内部水气运动理论模型建立不严谨，水气运动参数确定不准确。
因此，现阶段急需一种可研究多温度、相对湿度梯度条件下水气运动规律的快速、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
本发明目的在于，针对现有技术的不足，提供一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法，可在不同试验温度及各相对度梯度条件下准确、快速地量化沥青路面在实际服役环境下的“透气”、“保水”能力。
本发明采用的技术方案为：一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，包括密闭腔体、磁悬浮天平、样品桶、恒温循环浴A、蒸气供应系统和真空泵，所述密闭腔体内设温度探头；所述磁悬浮天平和样品桶均设于密闭腔体内，且样品桶悬挂于磁悬浮天平下方的挂钩上；所述恒温循环浴A设于密闭腔体的外围，用于控制密闭空腔内的温度；所述密封空腔设有气体出入口，气体出入口通过第一管道分别与蒸气供应系统、真空泵和回压管道连通，回压管道连通氮气供应设备。
按上述方案，所述蒸气供应系统包括内装有蒸馏水的试剂小瓶和用于为试剂小瓶加热使蒸馏水汽化的恒温循环浴B，所述试剂小瓶的顶部设有蒸气出口，蒸气出口与第一管道连通。
按上述方案，各管道上均配置有用于通断的阀门，各管道以及对应配置的阀门均设于保温区域内。
按上述方案，所述磁悬浮天平为非直接接触式天平。
本发明还提供了一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、提供如上所述检测装置；
步骤二、提供圆柱形的沥青混合料待测样品，测得尺寸参数后放入所述检测装置的样品桶内干燥处理，待样品相对湿度RH1为0时记录样品初始质量M0；
步骤三、设计并实施不同设定温度下的多种相对湿度梯度水气运动试验，得到设定多种试验温度，以及各试验温度时不同相对湿度梯度下样品的水气吸附量随时间变化的数据，并绘制关系图；所述水气吸附量为吸附水气后样品的质量Mt与步骤二中所得样品初始质量M0之差；
步骤四、根据各相对湿度梯度下样品的水气吸附量随时间变化的关系图形，并结合沥青混合料水气运动模型进行拟合，得到纯水气压环境各相对湿度梯度下沥青混合料的水气运动参数，即水气扩散系数D和保水度θ；并运用转换公式换算成标准大气、相同水气压条件下对应的水气运动参数：
(1)、沥青混合料水气运动模型为：
式(1)中：M(t)为置于相对湿度RH2中的沥青混合料样品吸收的水气质量，g；M(∞)为相对湿度RH2下沥青混合料样品能够吸收的最大水气质量，g；a为圆柱体沥青混合料样品的半径，mm；H为沥青混合料样品高度，mm；D为沥青混合料内部水气扩散系数，mm2/s；t为时间，s；m、k＝1、2、3…；
(2)、为了更好地进行不同样品之间的横向对比，定义保水度θ，即单位质量沥青混合料样品能够吸收的最大水气质量：
θ＝M(∞)/M0 (2)
(3)、转换后得到的水气扩散系数方程为：
式(3)中：Datm为标准大气、相同水气压P条件下的水气扩散系数，mm2/s；D为试验得到的纯水气压P下的水气扩散系数，mm2/s；P为水气压，mbar；σw为水分子直径，m；σa为干燥空气分子平均直径，m；Patm为标准大气压，mbar；Mw为水分子摩尔质量，g/mol；Ma为干燥空气分子平均摩尔质量，g/mol；θatm为标准大气、相同水气压P条件下的保水度，‰；θ为试验得到的纯水气压P下的保水度，‰；K为转换系数，常数，无量纲。
按上述方案，步骤三的具体方法为：
(1)、设定试验温度及相对湿度梯度，根据水蒸气在该设定试验温度下的饱和蒸气压psat，计算得到反应腔体内需要达到的蒸气压p，并利用所述检测装置的蒸气供应系统向密闭腔体内通入设定压力的蒸气；利用恒温循环浴保证试验温度，高精度的磁悬浮天平以时间T为间隔称量处于相对湿度RH2中沥青混合料样品的质量Mt并记录数据；
(2)、测试样品在设定试验温度和相对湿度梯度下的水气吸附量随时间的变化量，并记录数据；所述水气吸附量为吸附水气后样品的质量Mt与步骤二中所得样品初始质量M0之差；
(3)、将不同试验温度及相对湿度梯度样品的水气吸附量随时间的变化量数据汇总并绘制关系图形。
按上述方案，对密闭腔体进行抽真空预处理，具体方法为：通过回压管道向密闭腔体内缓慢通入1个标准大气压的高纯氮气回压，结束后升起磁悬浮天平，将加热烘干的沥青混合料试验样品置于样品桶中，调节磁悬浮天平平衡后再次放入密闭腔体内；设定温度为40℃，同时对密闭腔体持续抽真空，以除去密闭腔体内以及可能吸附在样品表面及内部的杂质分子，并对样品进行干燥处理，使得其内部相对湿度RH1为0；通过磁悬浮天平记录的样品质量随时间的变化，当样品质量变化量在半小时内稳定在磁悬浮天平称量精度范围内时可认为预处理充分，可结束该步。
按上述方案，对所述检测装置的试剂小瓶进行中冷冻抽真空处理，具体方法为：采用洁净注射器向磁悬浮重量平衡系统的试剂小瓶中注入约10ml的蒸馏水，然后采用液氮将试剂小瓶温度降至蒸馏水凝固点以下，使用真空泵对试剂小瓶抽真空除去其内部可能存在的空气杂质。
本发明的有益效果为：本发明所述装置及方法可准确、快速地量化沥青路面在实际服役环境下的“透气”、“保水”能力，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：
(1)负压下开展试验，显著缩短试验耗时。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气扩散系数耗时约3天，而常规水气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。
(2)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；通过密闭腔体内部温度探头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0.1mbar)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0.00001g)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。
(3)理论基础完善。给出了准确的水气运动模型，同时建立了将试验中纯水气压下的水气运动参数转换至标准大气、相同水气压条件下水气运动参数的转换公式，使得试验与理论更加准确、完善。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本实施例的试验数据及模型拟合示意图。
其中，1-磁悬浮天平；2-样品桶；3-温度探头；4-水蒸气；5-恒温循环浴A；6-保温区域，；7-蒸气控制阀；8-试剂小瓶；9-气体控制阀；10-真空泵；11-恒温循环浴B。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，包括密闭腔体、磁悬浮天平1、样品桶2、恒温循环浴A5及蒸气供应系统，所述密闭腔体内设温度探头3(精度为±0.1℃)；所述磁悬浮天平1和样品桶2均设于密闭腔体内，且样品桶2悬挂于磁悬浮天平1下方的挂钩上；所述恒温循环浴A5设于密闭腔体的外围，用于控制密闭空腔内的温度；所述密封空腔设有气体出入口，气体出入口通过第一管道分别与蒸气供应系统、真空泵10和回压管道连通，具体地，第一管道通过第二管道与真空泵10连通；回压管道连通氮气供应设备。
优选地，所述蒸气供应系统包括内装有蒸馏水的试剂小瓶8和用于为试剂小瓶8加热使蒸馏水汽化的恒温循环浴B11，所述试剂小瓶8的顶部设有蒸气出口，蒸气出口与第一管道连通，具体地，蒸气出口通过第二管道与第一管道连接。
本实施例中，各管道上均配置有用于通断的阀门，其中第一管道上配置蒸气控制阀7；回压管道上配置气体控制阀9，用于密闭腔体内部回压；各管道以及对应配置的阀门均设于保温区域6内，避免气体冷凝。所述磁悬浮天平1为非直接接触式天平，可实现实时连续称量(称量频率为12次/分钟)同时有效避免温度、蒸气压力变化对称量产生干扰。所述密闭腔体通过恒温循环浴控制密闭腔体的温度，且所述密闭腔体还通过真空泵10控制其内部的真空度。所述试剂小瓶8用于存放蒸馏水，恒温循环浴B11用于加热蒸馏水，产生的蒸气通过蒸气控制阀77向密闭腔体内定量输入直至达到设定的湿度值。
一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、提供如上所述检测装置；
步骤二、提供圆柱形的沥青混合料待测样品，测得尺寸参数后放入所述检测装置的样品桶2内干燥处理，利用磁悬浮重量平衡系统(后文简称GSA)测试真空、试验温度下样品的质量，直至试件质量不再变化，待样品相对湿度RH1为0时记录样品初始质量M0；
步骤三、设计并实施不同设定温度下的多种相对湿度梯度水气运动试验，得到设定多种试验温度，以及各试验温度时不同相对湿度梯度下样品的水气吸附量随时间变化的数据，并绘制关系图；
1、设定试验温度及相对湿度梯度(样品自身相对湿度RH1和密闭腔腔室内相对湿度RH2构成的相对湿度差形成相对湿度梯度)，通过安托尼公式psat＝10[A-BC+T-273.15]计算水蒸气4在试验温度下的饱和蒸气压psat，再根据水蒸气4在该设定试验温度下的饱和蒸气压psat，计算得到反应腔体内需要达到的蒸气压p，并利用所述检测装置的蒸气供应系统向密闭腔体内通入设定压力的蒸气；利用恒温循环浴保证试验温度，高精度的磁悬浮天平1以时间T(可为5s)为间隔称量处于相对湿度RH2中沥青混合料样品的质量Mt并记录数据；
2、测试样品在设定试验温度和相对湿度梯度下的水气吸附量随时间的变化量，并记录数据；所述水气吸附量为吸附水气后样品的质量Mt与步骤二中所得样品初始质量M0之差；
3、将不同试验温度及相对湿度梯度样品的水气吸附量随时间的变化量数据汇总并绘制关系图形；
步骤四、根据各相对湿度梯度下样品的水气吸附总量随时间变化的关系图形，并结合沥青混合料水气运动模型进行拟合，得到纯水气压环境各相对湿度梯度下沥青混合料的水气运动参数，即水气扩散系数D和保水度θ；并运用转换公式换算成标准大气、相同水气压条件下对应的水气运动参数：
1、沥青混合料水气运动模型为：
式(1)中：M(t)为置于相对湿度RH2中的沥青混合料样品吸收的水气质量，g；M(∞)为相对湿度RH2下沥青混合料样品能够吸收的最大水气质量，g；a为圆柱体沥青混合料样品的半径，mm；H为沥青混合料样品高度，mm；D为沥青混合料内部水气扩散系数，mm2/s；t为时间，s；m、k＝1、2、3…；x(0) m＝0阶贝塞尔函数零点。
2、为了更好地进行不同样品之间的横向对比，定义保水度θ，即单位质量沥青混合料样品能够吸收的最大水气质量：
θ＝M(∞)/M0 (2)
3、转换后得到的水气扩散系数方程为：
式(3)中：Datm为标准大气、相同水气压P条件下的水气扩散系数，mm2/s；D为试验得到的纯水气压P下的水气扩散系数，mm2/s；P为水气压，mbar；σw为水分子直径，m；σa为干燥空气分子平均直径，m；Patm为标准大气压，mbar；Mw为水分子摩尔质量，g/mol；Ma为干燥空气分子平均摩尔质量，g/mol；θatm为标准大气、相同水气压P条件下的保水度，‰；θ为试验得到的纯水气压P下的保水度，‰；K为转换系数，常数，无量纲。
实施例
一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，具体过程如下：
步骤一、提供所述检测装置；
步骤二、提供沥青混合料待测样品，放入所述检测装置的样品桶2内干燥处理，待样品相对湿度RH1为0时记录样品初始质量M0，具体为：
1)准备沥青混合料试验样品
使用旋转压实仪成型直径150mm、高170mm的圆柱体沥青混合料试件，并采用钻芯机及切割锯获得直径100mm、高150mm的标准圆柱体沥青混合料试件，将其置于自动切割锯上切割成厚为20mm左右的薄片试样。使用钻芯机对20mm厚的薄片试样钻芯，得到尺寸约为直径12mm、高20mm(以实际测得尺寸为准)的沥青混合料试样作为试验的样品，将其置于设定温度为40℃中的烘箱加热烘干。
2)在试剂小瓶8中注入蒸馏水并进行冷冻抽真空处理
采用洁净注射器向磁悬浮重量平衡系统的试剂小瓶8中注入约10ml的蒸馏水，然后采用液氮将试剂小瓶8温度降至蒸馏水凝固点以下，使用真空泵10对试剂小瓶8抽真空除去其内部可能存在的空气杂质。
3)称量空样品桶2质量
采用铜材料制作多孔灵活式吊篮样品桶2，将其置于磁悬浮天平1的挂钩上，设定试验温度为20℃，采用磁悬浮天平1测量在真空及此试验温度下样品桶2的质量Mc。
4)装入沥青混合料试验样品后对密闭腔体进行抽真空预处理
通过回压管道向密闭腔体内缓慢通入1个标准大气压的高纯氮气(纯度达99.9999％)回压，结束后升起磁悬浮天平1，将加热烘干的沥青混合料试验样品置于样品桶2中，调节磁悬浮天平1平衡后再次放入密闭腔体内；设定温度为40℃，同时对密闭腔体持续抽真空，以除去密闭腔体内以及可能吸附在样品表面及内部的杂质分子，并对样品进行干燥处理，使得其内部相对湿度RH1为0。通过磁悬浮天平1记录的样品质量随时间的变化，当样品质量变化量在半小时内稳定在磁悬浮天平1称量精度范围内时可认为预处理充分，可结束该步。
5)称量沥青混合料试验样品质量
待样品预处理后，设定试验温度为20℃，采用磁悬浮天平1测量在真空及此试验温度下样品机样品桶2的质量之和Msc，干燥沥青混合料样品质量为：
M0＝Msc-Mc (5)
步骤三、设计并实施不同设定温度下的多种相对湿度梯度水气运动试验，得到设定多种试验温度，以及各多种试验温度时不同的相对湿度梯度下的水气运动试验，得到样品的水气吸附量随时间变化的数据，并绘制关系图；
a、设定试验温度T为20℃，若考察相对湿度梯度分别为0→17.17％、0→34.34％、0→51.51％、0→72.7％、0→90.14％时沥青混合料的水气扩散系数，根据安托尼公式psat＝10[A-BC+T-273.15]可得到该试验温度下水蒸气4的饱和蒸气压为23.3mbar，分别计算得到达到对应以上相对湿度梯度时在磁悬浮重量平衡系统中应设定的蒸气压力值如表1所示。
表1不同相对湿度梯度时在磁悬浮重量平衡系统中应设定的蒸气压力值
b、利用所述检测装置的蒸气供应系统向密闭腔体内通入设定压力的蒸气，测试样品在设定试验温度和相对湿度梯度下的样品的水气吸附量随时间的变化，并记录数据；所述水气吸附量为吸附水气后样品的质量Mt与步骤二中所得样品初始质量M0之差：
M(t)＝Mscw-Msc
c、将不同试验温度及相对湿度RH2样品的水气吸附量随时间的变化数据汇总并绘制关系图；
步骤四、根据各相对湿度梯度下样品的水气吸附总量随时间变化的关系图形，并结合沥青混合料水气运动模型公式(1)进行拟合，得到纯水气压环境各相对湿度梯度下沥青混合料的水气扩散系数方程。模型拟合后得到的各相对湿度下沥青混合料水气运动参数如表2中所示，拟合图示如图2所示，其中拟合优度R2均在0.97以上。
表2各相对湿度下沥青混合料水气运动参数汇总
利用下面两式分别将试验确定的纯水气压下的水气扩散系数D和保水度θ转换至标准大气压下、相同水气压下的对应数值：标准大气、相同水气压条件下对应的水气运动参数，分别采用转换公式进行转换得到公式(3)和公式(4)，本实施例中，K在沥青混合料水气运动中等于165。得到的转换结果如表3所示。
表3扩散系数与保水度转换结果汇总
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，其特征在于，包括密闭腔体、磁悬浮天平、样品桶、恒温循环浴A、蒸气供应系统和真空泵，所述密闭腔体内设温度探头；所述磁悬浮天平和样品桶均设于密闭腔体内，且样品桶悬挂于磁悬浮天平下方的挂钩上；所述恒温循环浴A设于密闭腔体的外围，用于控制密闭空腔内的温度；所述密封空腔设有气体出入口，气体出入口通过第一管道分别与蒸气供应系统、真空泵和回压管道连通，回压管道连通氮气供应设备。
2.如权利要求1所述的沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，其特征在于，所述蒸气供应系统包括内装有蒸馏水的试剂小瓶和用于为试剂小瓶加热使蒸馏水汽化的恒温循环浴B，所述试剂小瓶的顶部设有蒸气出口，蒸气出口与第一管道连通。
3.如权利要求2所述的沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，其特征在于，各管道上均配置有用于通断的阀门，各管道以及对应配置的阀门均设于保温区域内。
4.如权利要求1所述的沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置，其特征在于，所述磁悬浮天平为非直接接触式天平。
5.一种沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、提供权利要求1～4中任意一项所述检测装置；
步骤二、提供圆柱形的沥青混合料待测样品，测得尺寸参数后放入所述检测装置的样品桶内干燥处理，待样品相对湿度RH1为0时记录样品初始质量M0；
步骤三、设计并实施不同设定温度下的多种相对湿度梯度水气运动试验，得到设定多种试验温度，以及各试验温度时不同相对湿度梯度下样品的水气吸附量随时间变化的数据，并绘制关系图；所述水气吸附量为吸附水气后样品的质量Mt与步骤二中所得样品初始质量M0之差；
步骤四、根据各相对湿度梯度下样品的水气吸附总量随时间变化的关系图形，并结合沥青混合料水气运动模型进行拟合，得到纯水气压环境各相对湿度梯度下沥青混合料的水气运动参数，即水气扩散系数D和保水度θ；并运用转换公式换算成标准大气、相同水气压条件下对应的水气运动参数：
(1)、沥青混合料水气运动模型为：
式(1)中：M(t)为置于相对湿度RH2中的沥青混合料样品吸收的水气质量，g；M(∞)为相对湿度RH2下沥青混合料样品能够吸收的最大水气质量，g；a为圆柱体沥青混合料样品的半径，mm；H为沥青混合料样品高度，mm；D为沥青混合料内部水气扩散系数，mm2/s；t为时间，s；m、k＝1、2、3…；
(2)、为了更好地进行不同样品之间的横向对比，定义保水度θ，即单位质量沥青混合料样品能够吸收的最大水气质量：
θ＝M(∞)/M0 (2)
(3)、转换后得到的水气扩散系数方程为：
式(3)中：Datm为标准大气、相同水气压P条件下的水气扩散系数，mm2/s；D为试验得到的纯水气压P下的水气扩散系数，mm2/s；P为水气压，mbar；σw为水分子直径，m；σa为干燥空气分子平均直径，m；Patm为标准大气压，mbar；Mw为水分子摩尔质量，g/mol；Ma为干燥空气分子平均摩尔质量，g/mol；θatm为标准大气、相同水气压P条件下的保水度，‰；θ为试验得到的纯水气压P下的保水度，‰；K为转换系数，常数，无量纲。
6.如权利要求5所述的沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，其特征在于，步骤三的具体方法为：
(1)、设定试验温度及相对湿度梯度，根据水蒸气在该设定试验温度下的饱和蒸气压psat，计算得到反应腔体内需要达到的蒸气压p，并利用所述检测装置的蒸气供应系统向密闭腔体内通入设定压力的蒸气；利用恒温循环浴保证试验温度，高精度的磁悬浮天平以时间T为间隔称量处于相对湿度RH2中沥青混合料样品的质量Mt并记录数据；
(2)、测试样品在设定试验温度和相对湿度梯度下的水气吸附量随时间的变化量，并记录数据；所述水气吸附量为吸附水气后样品的质量Mt与步骤二中所得样品初始质量M0之差；
(3)、将不同试验温度及相对湿度梯度样品的水气吸附量随时间的变化量数据汇总并绘制关系图形。
7.如权利要求5所述的沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，其特征在于，对密闭腔体进行抽真空预处理，具体方法为：通过回压管道向密闭腔体内缓慢通入1个标准大气压的高纯氮气回压，结束后升起磁悬浮天平，将加热烘干的沥青混合料试验样品置于样品桶中，调节磁悬浮天平平衡后再次放入密闭腔体内；设定温度为40℃，同时对密闭腔体持续抽真空，以除去密闭腔体内以及可能吸附在样品表面及内部的杂质分子，并对样品进行干燥处理，使得其内部相对湿度RH1为0；通过磁悬浮天平记录的样品质量随时间的变化，当样品质量变化量在半小时内稳定在磁悬浮天平称量精度范围内时可认为预处理充分，可结束该步。
8.如权利要求5所述的沥青混合料积聚型水气运动参数检测方法，其特征在于，对所述检测装置的试剂小瓶进行中冷冻抽真空处理，具体方法为：采用洁净注射器向磁悬浮重量平衡系统的试剂小瓶中注入约10ml的蒸馏水，然后采用液氮将试剂小瓶温度降至蒸馏水凝固点以下，使用真空泵对试剂小瓶抽真空除去其内部可能存在的空气杂质。
CN201910758428.5A 2019-08-16 2019-08-16 沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法 Pending CN110455665A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910758428.5A CN110455665A (zh) 2019-08-16 2019-08-16 沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910758428.5A CN110455665A (zh) 2019-08-16 2019-08-16 沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110455665A true CN110455665A (zh) 2019-11-15

Family

ID=68487175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910758428.5A Pending CN110455665A (zh) 2019-08-16 2019-08-16 沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110455665A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112699529A (zh) * 2020-12-10 2021-04-23 武汉理工大学 一种沥青混合料水气运动参数计算方法、存储介质及系统
CN114235640A (zh) * 2021-12-17 2022-03-25 武汉理工大学 沥青混合料内部水气扩散路径长度的计算方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6799471B1 (en) * 2003-06-12 2004-10-05 Instrotek, Inc. System and method for conditioning and detection of moisture damage in asphalt mixes
CN103439226A (zh) * 2013-09-03 2013-12-11 中国地质大学（北京） 磁悬浮测定煤页岩中吸附性气体扩散系数的装置及方法
CN105136603A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 武汉理工大学 沥青混合料水汽扩散系数检测方法
CN105928814A (zh) * 2016-04-15 2016-09-07 武汉理工大学 沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法
CN108007811A (zh) * 2017-11-17 2018-05-08 哈尔滨工业大学 一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法
CN108776084A (zh) * 2018-07-20 2018-11-09 武汉理工大学 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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6799471B1 (en) * 2003-06-12 2004-10-05 Instrotek, Inc. System and method for conditioning and detection of moisture damage in asphalt mixes
CN103439226A (zh) * 2013-09-03 2013-12-11 中国地质大学（北京） 磁悬浮测定煤页岩中吸附性气体扩散系数的装置及方法
CN105136603A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 武汉理工大学 沥青混合料水汽扩散系数检测方法
CN105928814A (zh) * 2016-04-15 2016-09-07 武汉理工大学 沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法
CN108007811A (zh) * 2017-11-17 2018-05-08 哈尔滨工业大学 一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法
CN108776084A (zh) * 2018-07-20 2018-11-09 武汉理工大学 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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RONG LUO 等: "Development of a three-dimensional diffusion model for water vapor diffusing into asphalt mixtures", 《CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS》 *
TINGTING HUANG等: "Investigation of effect of temperature on water vapor diffusing into asphalt mixtures", 《CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112699529A (zh) * 2020-12-10 2021-04-23 武汉理工大学 一种沥青混合料水气运动参数计算方法、存储介质及系统
CN112699529B (zh) * 2020-12-10 2023-06-23 武汉理工大学 一种沥青混合料水气运动参数计算方法、存储介质及系统
CN114235640A (zh) * 2021-12-17 2022-03-25 武汉理工大学 沥青混合料内部水气扩散路径长度的计算方法及装置
CN114235640B (zh) * 2021-12-17 2024-04-19 武汉理工大学 沥青混合料内部水气扩散路径长度的计算方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105136603A (zh) 沥青混合料水汽扩散系数检测方法
Issaadi et al. Moisture characterization of cementitious material properties: Assessment of water vapor sorption isotherm and permeability variation with ages
CN102706728B (zh) 多功能循环施加吸力的非饱和土三轴试验装置及其方法
CN102905515B (zh) 用于估计液体的张力、势和活度的二面体传感器
CN110455665A (zh) 沥青混合料积聚型水气运动参数检测装置及方法
CN105928814A (zh) 沥青混合料穿透型水气扩散系数检测方法
Toker et al. A new technique for rapid measurement of continuous soil moisture characteristic curves
CN108007811B (zh) 一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法
CN105753397B (zh) 一种抗冻融透水混凝土
CN106706686B (zh) 一种确定富有机质页岩水饱和度与水化损伤关系的方法
CN106644805A (zh) 软粘土结合水含量联合测定装置及方法
CN112129685B (zh) 一种基于核磁共振测试早龄期混凝土孔隙结构的方法
CN108776084A (zh) 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
CN105242030B (zh) 道路集料表面能参数的检测方法
Li et al. Research on suction equilibrium time of unsaturated reticulate red clay
CN106290074A (zh) 沥青路面填料表面能参数的检测方法
CN106091905B (zh) 一种土样多向增湿变形测量装置及测量方法
Wu et al. Impact of sample crushing on porosity characterization of hardened cement pastes by low temperature calorimetry: comparison of powder and cylinder samples
CN101984350A (zh) 一种野外直接快速测定土壤盐分含量的方法
CN106872304B (zh) 细集料沥青混合料试件湿度养生方法
Schanz et al. Time effects on total suction of bentonites
CN108226003B (zh) 一种地层吸附阻滞因子的推算方法
CN109374872A (zh) 沥青混合料试件内部湿度变化检测方法
CN109541102A (zh) 一种挥发性有机物蒸气压测定的装置及方法
CN116609241B (zh) 用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191115

RJ01 Rejection of invention patent application after publication