[发明专利]一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法

说明书

本发明提供一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法，属于交通路面材料领域，特别涉及一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法。本发明首先制备径高比大于10:1的薄板型沥青砂浆试件；然后开展恒定温度T、不同相对湿度φ条件下的气态水吸附试验，计算各湿度下试件的平衡吸附量；再开展恒温恒湿条件下的气态水扩散试验，温度恒定为T，测定不同时刻试件装置的整体质量，直至达到质量随时间匀速变化的稳定阶段；最后将吸附试验和扩散试验获得的数据进行计算，进而计算得到不同扩散模式扩散通量占总扩散通量的比重。本发明解决了现有技术无法区分气态水在沥青混合料中扩散模式的问题。本发明可运用于沥青砂浆损伤机理研究。

技术领域

本发明属于交通路面材料领域，特别涉及一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法。

背景技术

水分是影响沥青路面耐久性的重要因素之一。水分在沥青路面内传输将破坏沥青和集料间的粘附性及结合料自身的粘聚性，造成路面开裂、车辙和疲劳寿命缩短等多种病害。在冻融作用下，水结冰-融化产生的体积改变则易造成路面冻胀翻浆，严重影响路面性能。

沥青路面服役的复杂自然环境中，水分以液态、固态和气态三种相态存在，与液态水和固态水的短时作用形式不同，气态水(空气湿度的来源)以其缓慢而持久的作用过程影响着沥青路面的性能。这一观点在实际工程案例中得到佐证，例如干旱、半干旱地区(如美国亚利桑那州、西德克萨斯和新墨西哥州、我国甘肃和内蒙古地区)、日本名古屋机场跑道不透水面层都曾频繁出现严重的水损害现象。

由于气态水对沥青路面的重要影响逐渐显现，关于气态水在沥青混合料中扩散特性和影响因素的研究，在试验分析和数值模拟方面均取得了一定成果，研究理论也得到了拓展。前述研究的共同点在于仅以有效扩散表征扩散行为的作用。但在多孔材料中，根据扩散粒子平均自由程和多孔材料孔隙的相对大小关系，气体的扩散模式分为体积扩散(平均自由程＜孔隙直径)、努森扩散(平均自由程＞孔隙直径)和浅表扩散(孔隙壁水膜上)三种，目前在沥青混合料中并未实现不同扩散模式的划分。依据上述条件，水分子平均自由程和沥青混合料空隙尺寸之间的大小关系将决定沥青混合料中存在何种扩散模式以及不同扩散模式对总体扩散的重要程度，有必要作出明确区分。

发明内容

本发明为解决现有技术无法区分气态水在沥青混合料中扩散模式的问题，提供了一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法。

本发明所述一种气态水在沥青砂浆中扩散模式的划分方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、基于一维扩散理论，制备径高比大于10:1的薄板型沥青砂浆试件，确保扩散过程沿试件轴向发生；

步骤二、开展恒定温度T、不同相对湿度φ条件下的气态水吸附试验，测定干燥试件质量W₀及每一湿度条件下达到吸附平衡时的试件质量W_∞，依据式计算各湿度下试件的平衡吸附量W；

步骤三、开展恒温恒湿条件下的气态水扩散试验：

温度恒定为T；将试件固定于盛有饱和盐溶液或蒸馏水的容器开口处，并密封试件与容器的接触缝隙，试件的上下表面形成恒定湿度差，测定不同时刻试件装置的整体质量M，直至达到质量随时间匀速变化的稳定阶段；

步骤四、通过数据分析软件对步骤二获得的据进行拟合，得到试验温度下的气态水等温吸附曲线对步骤三扩散试验获得的数据进行计算，得到不同扩散模式扩散通量占总扩散通量的比重。

本发明与现有技术相比较，最为突出的特点和显著的有益效果是：