[发明专利]基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法

说明书

本发明公开了一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，通过建立集料堆叠模型，将沥青混合料内部间隙参量的实际值同理论模型关联起来，并结合努森扩散公式，得出水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的计算方式，实现了对水气在沥青混合料内部扩散程度的量化，从而可以对不同油石比条件下的沥青混合料内部水气运动规律进行量化评价，并为规避沥青混合料水损害现象的产生指明了方向。

技术领域

本发明涉及道路施工领域，特别是一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法。

背景技术

目前水气在沥青路面内部的扩散，是造成路面水损害的因素之一。沥青混合料内部水气扩散系数，能够反应水气在混合料中扩散速率。水气扩散系数直接影响沥青混合料在服役过程中，内部相对湿度分布规律及达到湿度平衡状态所需时间长短。因此，确定沥青混合料内部水气扩散系数对分析水气运动造成的水损害具有重要意义。现阶段，在研究沥青混合料内部水气扩散时，主要将沥青混合料当作单一均质材料，并根据菲克第一定律求解扩散系数。由于沥青混合料是由沥青、集料、空气三种材料组成的典型复合材料，其内部结构复杂，这使得根据菲克第一定律求解的扩散系数实际为有效扩散系数和有效扩散路径。当组成复合材料中每种基本材料扩散系数都不在同一数量级，则扩散系数与介质内部结构有关，此时有效扩散与介质内实际扩散系数不同，并通过试验计算发现沥青混合料实际扩散系数是有效扩散系数2000倍以上。因此沥青混合料的有效扩散系数无法反映沥青混合料内部的实际情况。

为了研究沥青混合料实际扩散系数和实际有效扩散路径，应先分别测试沥青混合料中基本材料的水气扩散系数。现阶段测试计算沥青和集料的水气扩散系数的方法较为成熟，但研究内部孔隙的时期扩散系数确定方法较少，沥青混合料内部孔隙是水气运动的重要通道，不能忽略内部孔隙对沥青混合料水气运动的影响。但沥青混合料内部孔隙的结构复杂，难以通过试验直接测量水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数，而现有技术中缺少水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的计算方法，从而难以对沥青混合料内部水气运动规律进行有效评价。故需要提出一种新的方法能够对沥青混合料内部水气运动规律进行有效评价。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，用于解决现有技术缺少对沥青混合料内部水气运动规律进行有效评价的方法这一问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数的评价方法，其步骤包括：

(1)制备沥青混合料并置于水气环境中，计算沥青混合料中吸收沥青的含量百分比以及矿料间隙率；

(2)吸收沥青包覆集料颗粒表面并形成沥青膜，建立关于沥青混合料内部间隙体积与沥青膜厚度之间的第一函数关系，并得到沥青膜厚度的值；

(3)基于第一函数关系对沥青膜厚度进行微分处理，得到关于沥青混合料内部间隙表面积与沥青膜厚度之间的第二函数关系；

(4)建立集料堆叠模型，基于集料堆叠模型得到关于沥青混合料内部间隙体积、间隙表面积与模型孔隙平均半径三者之间的第三函数关系；

(5)基于第一函数关系、第二函数关系和第三函数关系，得到关于模型孔隙平均半径与沥青膜厚度之间的第四函数关系；

(6)基于努森扩散公式以及沥青膜厚度、第四函数关系，计算水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数；

(7)采用水气在沥青混合料内部孔隙扩散系数对不同油石比的沥青混合料内部水气运动规律进行评价。

进一步地，步骤(1)中，基于集料有效体积与吸收沥青体积之和等于集料毛体积，吸收沥青的含量百分比P的计算式为：

P＝(G_se-G_sb)/(G_se×G_sb)×G_b