一种利用化学方法快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法与流程

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法。

背景技术：

水损害是沥青路面早期损害的主要表现形式之一，因沥青混合料由不同级配碎石与沥青粘接而成，具有多孔性和多相性，水可从路面裂缝，空隙进入沥青混合料内部，水分逐渐渗入沥青与矿料的界面上，导致沥青与集料之间界面粘结力减弱，路面结构强度降低。同时，由于动水压力作用，沥青膜渐渐从矿料表面剥离，在冻融、车辆动载等外力作用影响下，使得混合料内部产生孔隙水压或真空负压，逐步进入沥青膜与集料界面，沥青膜渐渐从矿料表面剥离，水的存在对沥青起乳化作用，导致矿料之间的粘结力丧失、沥青混合料掉粒和松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象。

目前，一般是通过软件的模拟分析来演示沥青混合料及石料的水扩散，但因沥青混凝土的组成成分复杂，在软件模拟过程中涉及的参数众多，考虑的变量因素多变，模拟步骤与运算过程也较为繁杂，且缺少实践的对比，容易造成模拟分析与实际状况差别较大，无法得到实际水扩散深度真实数据。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法，包括以下步骤：

(1)试件制备

采用标准马歇尔试件制作方法，双面击实50次或75次成型，冷却不小于12h后脱模，得试件；

取得的试件放置于烘箱内在30℃-50℃下烘至质量不变，待冷却至室温后取出，置于干燥器内备用，试件制备完成；

(2)温度、压力和浸水时间的作用

实验进行之前，对制作好的试件进行称重，并测量试件的直径、厚度，详细记录测量数据；

温度、压力和浸水时间中的至少一种因素作用于试件上；

(3)试件的劈裂和固定

3.1、为保证经步骤(2)处理后的试件内水的稳定，采用路强试验机对试件进行快速劈裂，得到劈裂断面平整的两个待测试件；

3.2、将劈裂后的待测试件的断面向上，置于固定观测模具中，试件固定后使断面与固定观测模具的上表面持平；

所述固定观测模具的中部为用于放置试件的空腔，空腔的左右两侧分别设置一个固定刻度尺，两个固定刻度尺的内侧上分别设置一个滑动轨道，在滑动轨道上安装有可沿其移动的钢尺，钢尺的两端分别固定连接一指针，指针朝向固定刻度尺；

(4)水扩散深度的测定

4.1、试件固定后，滑动钢尺，测得劈裂后试件的尺寸；

4.2、钢尺拨至一遍，将装有少量无水硫酸铜粉末的小瓶倒置于试件断面上方，轻轻晃动小瓶，使硫酸铜粉末洒在试件断面的表面，直至将表面全部覆盖；

4.3、用小毛刷将洒落在试件断面以外的无水硫酸铜粉末轻轻扫去，为防止无水硫酸铜与空气中的水分反应，将盛有试件的固定观测模具放于干燥器内不少于10min，使断面上的水分与硫酸铜粉末充分反应；

4.4、反应完毕后，将固定观测模具从干燥器中取出，无水硫酸铜变蓝区域即为水扩散区域，通过利用游标卡尺来测取扩散最大深度；

4.5、将实验过程中记录下的各个数据进行处理和分析。

作为本发明的进一步优选，步骤(1)中，车辙板的规格为长、宽、厚的规格为300mm×宽300mm×厚50mm或长300mm×宽300mm厚100mm。

作为本发明的进一步优选，步骤(1)中，试件的制备还包括：采用轮碾法制备车辙板，冷却成型后脱模，实验室用钻孔取芯机，用金刚钻头对车辙板进行取芯，取得的圆柱体试件用角磨机进行打磨，清理试件表面浮尘及泥土。

作为本发明的进一步优选，步骤(1)中，试件的制备还包括：从碾压成型的路面上取芯时，随机选取3个以上不同地点，采用金刚钻头进行钻孔取芯，取得的圆柱体试件用角磨机进行打磨，清理试件表面浮尘及泥土。

作为本发明的进一步优选，步骤(2)中，包括以下情况：

(2.1)温度和浸水时间的作用

将试件置于水温为5℃-40℃的恒温水箱内，向恒温水箱中加水至浸没试件，并保持试件在无压下浸水0.5d-20d后，取出试件，表面水分用纸巾擦干，对浸水后试件进行称重并记录；

(2.2)压力、温度和浸水时间的作用

试件放于压力罐，压力罐外围用保温材料包裹，用以保温，罐内加入5℃-40℃的水，盖上压力罐盖子拧紧密封，利用气压泵向罐内输送空气使罐内压力上升，调节空气输送阀门，使得罐内气压达到0.1mpa-0.5mpa，试件在压力作用下浸水0.5h-48h，取出试件，表面水分用纸巾擦干，对浸水后试件进行称重并记录。

作为本发明的进一步优选，步骤(3)中，固定观测模具采用塑胶或泡沫制作而成。

作为本发明的进一步优选，步骤(4.2)中，选用塑料小瓶盛放无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶体与瓶盖之间可打开放入无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶盖为筛网结构，将装有0.5g-2g无水硫酸铜粉末的小瓶提前置于干燥的玻璃干燥器中。

作为本发明的进一步优选，所述瓶盖上筛网的孔径为0.075mm-0.15mm。

作为本发明的进一步优选，步骤(4.4)中，水扩散区域利用游标卡尺进行测量。

本发明中，利用白色无水硫酸铜粉末遇水变蓝的化学性质来观测沥青混凝土水扩散深度，采用路强试验机将试件劈断，在试件的断面表面均匀覆盖无水硫酸铜粉末，通过白色粉末变蓝的实际情况，可直接观测水扩散深度；通过调节水温、浸水时间和压力来模拟外界不同环境温度，降雨时间以及载荷作用对沥青混凝土水扩散的影响。本发明准确方便的测定了路面建筑材料试件在不同浸水、温度和压力环境条件下的水扩散深度。研究在不同浸水时间不同温度以及荷载作用下对路面建筑材料水扩散的影响。

本发明的有益效果是，弥补了软件模拟的不足，可直接通过实验检测实际水扩散深度，更具直观性与说服力，且可为软件模拟分析提供实验参照对比；适用于深色石料、沥青混凝土等材料的水扩散深度的检测，方法操作简单，安全系数高，对实验器材要求简单，直观性强，测量精度较高，适用于各种研究院，学校等研究机构的工作及教学需要。

本发明对路面材料水损害的研究具有重大意义，对路面水损害研究起到了很大的辅助作用。

附图说明

图1为本发明中固定观测模具的结构示意图；

图2为本发明中小瓶的结构示意图。

其中，1-固定刻度尺，2-滑动轨道，3-钢尺，4-指针，5-待测试件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明公开一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法，包括以下步骤：

(1)马歇尔试件制备

实施例中使用的集料为：以细集料、粗集料和矿粉总质量计，细集料质量百分比占47％，粗集料质量百分比占47％，矿粉质量百分比占6％，其中，集料为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制而成，公称粒径为δ≤0.075mm，集料的级配满足公路沥青路面施工技术规范的级配。

采用标准马歇尔试件制作方法，制备油石比为4.5％的ac-13标准马歇尔试件，双面击实75次成型，冷却不少于12h后脱模，再将成型的试件放至烘干箱，在35℃下烘至质量不变，待冷却至室温后取出，置于干燥器内备用，试件制备完成。

(2)温度和浸水时间作用

实验进行之前，对制作好的试件进行称重，并测量试件的直径、厚度，详细记录测量数据；

将试件分四组，每组4个试件，分别设置不同浸水时间2d、5d、10d和15d，将试件放入恒温水箱内，向恒温水箱中加水至浸没试件，打开水箱开关，使水箱内的温度达到试验温度20℃，盖上水箱盖；达到设置的浸水时间后，将试件从水箱中取出，表面水分用纸巾擦干，对浸水后试件进出称重并记录。

(3)试件的劈裂和固定

3.1、为保证经步骤(2)处理后的试件内水的稳定，采用路强试验机对试件进行快速劈裂，得到劈裂断面平整的两个待测试件5；

3.2、将劈裂后的待测试件5的断面向上，置于固定观测模具中，通过增垫纸片等方式固定，试件固定后使断面与固定观测模具的上表面持平；

固定观测模具的中部为用于放置试件的空腔，空腔的左右两侧分别设置一个固定刻度尺1，两个固定刻度尺1的内侧上分别设置一个滑动轨道2，在滑动轨道2上安装有可沿其移动的钢尺3，钢尺的两端分别固定连接一指针4，指针4朝向固定刻度尺；固定观测模具采用塑胶或泡沫制作而成。

(4)水扩散深度的测定

4.1、试件固定后，滑动钢尺3，测得劈裂后试件的尺寸；

4.2、钢尺3拨至一遍，将装有1克无水硫酸铜粉末的小瓶倒置于试件断面上方，轻轻晃动小瓶，使硫酸铜粉末洒在试件断面的表面，直至将表面全部覆盖；

4.3、用小毛刷将洒落在试件断面以外的无水硫酸铜粉末轻轻扫去，为防止无水硫酸铜与空气中的水分反应，将盛有试件的固定观测模具放于干燥器内不少于10min，使断面上的水分与硫酸铜粉末充分反应；

4.4、反应完毕后，将固定观测模具从干燥器中取出，无水硫酸铜变蓝区域即为水扩散区域，通过滑动钢尺3，利用游标卡尺来测取扩散最大深度；

4.5、将实验过程中记录下的各个数据进行处理和分析。

特别的，步骤(4.2)中，选用塑料小瓶盛放无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶体与瓶盖之间可打开放入无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶盖为筛网结构，将装有1g无水硫酸铜粉末的小瓶提前置于干燥的玻璃干燥器中。

特别的，瓶盖上筛网的孔径为0.075mm。

实施例2

本发明还公开另一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法，包括以下步骤：

(1)马歇尔试件制备

实施例中使用的集料为：以细集料、粗集料和矿粉总质量计，细集料质量百分比占47％，粗集料质量百分比占47％，矿粉质量百分比占6％，其中，集料为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制而成，公称粒径为δ≤0.075mm，集料的级配满足公路沥青路面施工技术规范的级配。

采用标准马歇尔试件制作方法，制备油石比为4.5％的ac-13标准马歇尔试件，双面击实75次成型，冷却不少于12h后脱模，再将成型的试件放至烘干箱，在35℃下烘至质量不变，待冷却至室温后取出，置于干燥器内备用，试件制备完成；

(2)压力、温度和浸水时间的作用

实验进行之前，对制作好的试件进行称重，并测量试件的直径、厚度，详细记录测量数据；

将试件分四组，每组4个试件，分别设置不同浸水时间2h、5h、8h和12h，试件放于压力罐(压力罐自带压力表)，压力罐外围用保温材料裹紧，用以保温，罐内加入20℃的水直至将试件浸没，盖上压力罐盖子拧紧密封，利用气压泵向罐内输送空气使得罐内压力上升，调节罐内气压至0.2mpa，当达到设置的浸水时间后，将试件从压力罐中取出，表面水分用纸巾擦干，对浸水后试件进出称重并记录；

(3)试件的劈裂和固定

3.1、为保证经步骤(2)处理后的试件内水的稳定，采用路强试验机对试件进行快速劈裂，得到劈裂断面平整的两个待测试件5；

3.2、将劈裂后的待测试件5的断面向上，置于固定观测模具中，通过增垫纸片等方式固定，试件固定后使断面与固定观测模具的上表面持平；

固定观测模具的中部为用于放置试件的空腔，空腔的左右两侧分别设置一个固定刻度尺1，两个固定刻度尺1的内侧上分别设置一个滑动轨道2，在滑动轨道2上安装有可沿其移动的钢尺3；固定观测模具采用泡沫制作而成。

(4)水扩散深度的测定

4.1、试件固定后，滑动钢尺3，测得劈裂后试件的尺寸；

4.2、钢尺3拨至一遍，将装有2g无水硫酸铜粉末的小瓶倒置于试件断面上方，轻轻晃动小瓶，使硫酸铜粉末洒在试件断面的表面，直至将表面全部覆盖；

4.3、用小毛刷将洒落在试件断面以外的无水硫酸铜粉末轻轻扫去，为防止无水硫酸铜与空气中的水分反应，将盛有试件的固定观测模具放于干燥器内不少于10min，使断面上的水分与硫酸铜粉末充分反应；

4.4、反应完毕后，将固定观测模具从干燥器中取出，无水硫酸铜变蓝区域即为水扩散区域，通过滑动钢尺3，利用游标卡尺来测取扩散最大深度；

4.5、将实验过程中记录下的各个数据进行处理和分析。

特别的，步骤(4.2)中，选用塑料小瓶盛放无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶体与瓶盖之间可打开放入无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶盖为筛网结构，将装有1g无水硫酸铜粉末的小瓶提前置于干燥的玻璃干燥器中。

特别的，瓶盖上筛网的孔径为0.075mm。

实施例3

本发明还公开另一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法，包括以下步骤：

(1)车辙板试件的制备

实施例中使用的集料为：以细集料、粗集料和矿粉总质量计，细集料质量百分比占47％，粗集料质量百分比占47％，矿粉质量百分比占6％，其中，集料为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制而成，公称粒径为δ≤0.075mm，集料的级配满足公路沥青路面施工技术规范的级配。

轮碾法制备长300mm×宽300mm×厚50mm，油石比4.5％的ac-13车辙板，冷却成型后脱模，实验室用钻孔取芯机(用电力或汽油机、柴油机驱动，有淋水冷却装置)，金刚石钻头的内直径选择100mm，对车辙板进行取芯，取得的圆柱体试件用角磨机进行打磨，清理试件表面浮尘及泥土，再将成型的试件放至烘干箱，在35℃下烘至质量不变，待冷却至室温后取出，置于干燥器内备用，试件制备完成；

(2)温度和浸水时间作用

实验进行之前，对制作好的试件进行称重，并测量试件的直径、厚度，详细记录测量数据；

将试件分四组，每组4个试件，每组设置不同浸水时间2d、4d、7d和10d，将试件放入恒温水箱内，向恒温水箱中加水至浸没试件，打开水箱开关，使水箱内的温度达到20℃，盖上水箱盖；达到设置的浸水时间后，将试件从水箱中取出，表面水分用纸巾擦干，对浸水后试件进出称重并记录；

(3)试件的劈裂和固定

3.1、为保证经步骤(2)处理后的试件内水的稳定，采用路强试验机对试件进行快速劈裂，得到劈裂断面平整的两个待测试件5；

3.2、将劈裂后的待测试件5的断面向上，置于固定观测模具中，通过增垫纸片等方式固定，试件固定后使断面与固定观测模具的上表面持平；

固定观测模具的中部为用于放置试件的空腔，空腔的左右两侧分别设置一个固定刻度尺1，两个固定刻度尺1的内侧上分别设置一个滑动轨道2，在滑动轨道2上安装有可沿其移动的钢尺3，钢尺的两端分别固定连接一指针4，指针4朝向固定刻度尺；固定观测模具采用塑胶或泡沫制作而成。

(4)水扩散深度的测定

4.1、试件固定后，滑动钢尺3，测得劈裂后试件的尺寸；

4.2、钢尺3拨至一遍，将装有1g无水硫酸铜粉末的小瓶倒置于试件断面上方，轻轻晃动小瓶，使硫酸铜粉末洒在试件断面的表面，直至将表面全部覆盖；

4.3、用小毛刷将洒落在试件断面以外的无水硫酸铜粉末轻轻扫去，为防止无水硫酸铜与空气中的水分反应，将盛有试件的固定观测模具放于干燥器内不少于10min，使断面上的水分与硫酸铜粉末充分反应；

4.4、反应完毕后，将固定观测模具从干燥器中取出，无水硫酸铜变蓝区域即为水扩散区域，通过滑动钢尺3，利用游标卡尺来测取扩散最大深度；

4.5、将实验过程中记录下的各个数据进行处理和分析。

特别的，步骤(4.2)中，选用塑料小瓶盛放无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶体与瓶盖之间可打开放入无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶盖为筛网结构，将装有1g无水硫酸铜粉末的小瓶提前置于干燥的玻璃干燥器中。

特别的，瓶盖上筛网的孔径范围为0.075mm。

实施例4

本发明还公开另一种利用无水硫酸铜的性质快速检测沥青混凝土水扩散深度的方法，包括以下步骤：

(1)车辙板试件的制备

实施例中使用的集料为：以细集料、粗集料和矿粉总质量计，细集料质量百分比占47％，粗集料质量百分比占47％，矿粉质量百分比占6％，其中，集料为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制而成，公称粒径为δ≤0.075mm，集料的级配满足公路沥青路面施工技术规范的级配。

轮碾法制备长300mm×宽300mm×厚50mm，油石比4.5％的ac-13车辙板，冷却成型后脱模，实验室用钻孔取芯机(用电力或汽油机、柴油机驱动，有淋水冷却装置)，金刚石钻头的内直径选择100mm，对车辙板进行取芯，取得的圆柱体试件用角磨机进行打磨，清理试件表面浮尘及泥土，再将成型的试件放至烘干箱，在35℃下烘至质量不变，待冷却至室温后取出，置于干燥器内备用，试件制备完成；

(2)压力、温度和浸水时间的作用

实验进行之前，对制作好的试件进行称重，并测量试件的直径、厚度，详细记录测量数据；

将试件分四组，每组4个试件，分别设置不同浸水时间2h、4h、6h和8h，试件放于压力罐(压力罐自带压力表)，压力罐外围用保温材料裹紧，用以保温，罐内加入20℃的水直至试件浸没，盖上压力罐盖子拧紧密封，利用气压泵向罐内输送空气使得罐内压力上升，调节罐内气压至0.2mpa，当达到设置的浸水时间后，将试件从压力罐中取出，表面水分用纸巾擦干，对浸水后试件进出称重并记录；

(3)试件的劈裂和固定

3.1、为保证经步骤(2)处理后的试件内水的稳定，采用路强试验机对试件进行快速劈裂，得到劈裂断面平整的两个待测试件5；

3.2、将劈裂后的待测试件5的断面向上，置于固定观测模具中，通过增垫纸片等方式固定，试件固定后使断面与固定观测模具的上表面持平；

固定观测模具的中部为用于放置试件的空腔，空腔的左右两侧分别设置一个固定刻度尺1，两个固定刻度尺1的内侧上分别设置一个滑动轨道2，在滑动轨道2上安装有可沿其移动的钢尺3；固定观测模具采用泡沫制作而成。

(4)水扩散深度的测定

4.1、试件固定后，滑动钢尺3，测得劈裂后试件的尺寸；

4.2、钢尺3拨至一遍，将装有1g无水硫酸铜粉末的小瓶倒置于试件断面上方，轻轻晃动小瓶，使硫酸铜粉末洒在试件断面的表面，直至将表面全部覆盖；

4.3、用小毛刷将洒落在试件断面以外的无水硫酸铜粉末轻轻扫去，为防止无水硫酸铜与空气中的水分反应，将盛有试件的固定观测模具放于干燥器内不少于10min，使断面上的水分与硫酸铜粉末充分反应；

4.4、反应完毕后，将固定观测模具从干燥器中取出，无水硫酸铜变蓝区域即为水扩散区域，通过滑动钢尺3，利用游标卡尺来测取扩散最大深度；

4.5、将实验过程中记录下的各个数据进行处理和分析。

特别的，步骤(4.2)中，选用塑料小瓶盛放无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶体与瓶盖之间可打开放入无水硫酸铜粉末，小瓶的瓶盖为筛网结构，将装有1g无水硫酸铜粉末的小瓶提前置于干燥的玻璃干燥器中。

特别的，瓶盖上筛网的孔径为0.075mm。

本发明可测定路面建筑材料(石料、沥青混凝土)的水扩散深度的测定；考察温度、浸水时间、动水压力等因素对水扩散深度影响程度，可实现不同温度下路面建筑材料(石料、沥青混凝土)的水扩散深度的测定，不同浸水时间下路面建筑材料(石料、沥青混凝土)的水扩散深度测定，不同压力下路面建筑材料(石料、沥青混凝土)的水扩散深度的测定，不同浸水时间、不同温度以及不同压力之间共同作用下的水扩散深度的测定。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。