一种乳化沥青透层油渗透深度的预估方法

本发明属于交通道路工程，尤其涉及一种基于渗透理论修正后的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法。

背景技术：

1、水泥稳定碎石基层是高等级沥青路面普遍采用的承重层，该类基层能满足道路承重的基本性能要求，且往往采用土、石料及工业废料为主要原料，具有明显的技术、经济的优势。但是面层采用的是沥青类材料，属于柔性材料。两者在模量与性能方便存在着较大差异，与采用设计中认为的基、面层之间完全连续相悖。于是需要采用透层油来加强两者之间的联结，同时透层油的洒布还可以固结水泥稳定碎石基层，防止在施工过程的碾压破坏，其次起到防水的作用。

2、而对于透层油的施工要求中，最重要的就是关于透层油在水泥稳定碎石中的渗透深度要求，足够的渗透深度才能保证乳化沥青在道路使用过程中起到有效的功能。但是日常中都是通过实验研究透层油的渗透效果，水稳碎石试件成型时间较长，并且透层乳化沥青在基层表面的渗透效果的不均匀性以及洒布在过于密实基层结构时，乳化沥青的渗透深度无法被准确测算，都影响对透层油渗透性能评价，因此将研究并确定影响乳化沥青渗透性能的相关指标，拟合出适用于乳化沥青渗透深度的预估方程，为乳化沥青渗透性能研究提供指导。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对现有技术中存在的水稳碎石试件成型时间较长，并且透层乳化沥青在基层表面的渗透效果的不均匀性以及洒布在过于密实基层结构时，乳化沥青的渗透深度无法被准确测算，都影响对透层油渗透性能评价等问题，本发明提供了一种基于渗透理论修正后的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，该方法与传统等待乳化沥青破乳后观察渗透深度不同，而是通过能快速测得的水稳碎石基层空隙率以及接触角等数值进行透层油最大渗透深度的推导，从而对透层油的渗透效果有个初步大概的了解。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种基于渗透理论修正后的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，包括如下步骤:

4、步骤1,乳化沥青透层油渗透深度的预估方程为：

5、式中：h-渗透深度(mm)；

6、θ-接触角，°；

7、ρ-密度，kg/m3；

8、g-重力加速度，g/m2；

9、t-颗粒最大堆积率形成时间，h；

10、p-水稳碎石试件孔隙率，％；

11、r-粒径，μm；

12、η-动力粘度，mpa·s

13、a、b、c、d、e、f-待拟合参数；

14、步骤2：采用激光粒度仪测出乳化沥青的粒径指标d50，并将其作为预估方程中的粒径指标r；

15、步骤3：用常温干燥成膜法通过定时称重法来获得干燥成膜过程中水分的变化曲线，根据乳化沥青干燥成膜理论和水分变化情况，将变化曲线分为三个阶段：颗粒填充阶段、破乳阶段和沥青膜形成阶段，其中颗粒填充阶段拟合曲线和沥青膜形成阶段拟合线的交点即为颗粒最大堆积率所在的时间t，并将其加入预估方程中；

16、步骤4：采用浸水法对水稳试件的开口孔隙率进行测量；具体方法为首先称量出水稳试件的原重量记为m1，然后取顶部有一个出水口的水桶放到电子称上并不断往其中加水，直到质量不再增加为止，此时将电子称数值归零；接下来，将水稳试件慢慢放入到桶中并保证水只能通过顶部出水口流出，然后开始静置，然后不断慢慢加水，直至不再冒气泡，且加水后电子称质量不再变化为止，记录此时的质量为m2，然后根据公式2对试件的开口孔隙进行计算：

17、

18、式中：po——水稳试件开口孔隙率，％；

19、m1——水稳试件原质量，g；

20、m2——水稳试件减去浮力后质量，g；

21、vs——水稳试件实体体积，cm3；

22、ρw——水的密度，kg/m3

23、其中m1-m2后为水稳试件实体部分排出水的质量，将其除以水的密度后得到实体部分的体积，对于vs将忽略水稳试件的磨耗损失，按直径d＝15cm，高度h＝15cm，进行计算，最后得出体积为2649.4cm3；

24、步骤5：采用光学接触角仪对所需测试的乳化沥青透层油进行接触角θ测量；

25、步骤6：用密度瓶对所测的透层油密度ρ进行测量；

26、步骤7：用布氏粘度计对实验样品的进行粘度测试，得出乳化沥青的动力粘度；

27、步骤8：采用压力机破坏法测取乳化沥青的渗透深度；

28、步骤9：选取多种乳化沥青，按照步骤2～8，测取所需数值，并将其代入方程中，进行相应拟合，确定待拟合参数；

29、步骤10：将所需要预估渗透深度的乳化沥青，按照上述步骤2～8获取相应的数值，并代入预估方程中，即可求得透层油的最大渗透深度预估值。

30、优选的，所述透层油乳化沥青在水泥稳定碎石基层上使用，将乳化沥青粒径指标r、颗粒最大堆积率形成时间t加入到液体渗透动力学方程中；公式中的表面张力和接触角之间有着较强的联系性，出于简化方程的目的，不再考虑表面张力这个参数；此外由于乳化沥青是洒布在水泥稳定碎石基层上表面，渗透动力学方程中的指标裂缝宽度rd针对水泥稳定碎石而言，以孔隙大小表示更为合适，但是由于水泥稳定碎石基层的孔隙分布较随机，均匀性不强，因此以孔隙率p代替rd；另外考虑到原方程是分析液体在下表面通过毛细作用上渗的情况，与乳化沥青洒布在水泥稳定碎石基层下渗的方向相反，但是考虑到相应的影响因素适用于乳化沥青，因此该公式中相应的影响因素可以保留，同时将p放到分子上。

31、优选的，所述步骤1中根据poiseuille定律，在忽略渗透惯性力作用下，表示粘性力与毛细作用及静水力平衡的液体渗透速率公式为式中v＝渗透速率,dh＝渗透深度变化值,dt＝渗透时间变化值,rd＝裂缝宽度,η＝动力粘度,h＝渗透深度；渗透压力差式中σ＝表面张力:rd＝裂缝宽度,θ＝接触角,ρ＝密度，g＝重力加速度；然后将δp代入渗透速率中，得到经典的液体渗透动力学lucas-washburn方程式中r＝粒径,t＝渗透时间；取毛细作用和液体重力大小相等时(δp＝0)，液体处于平衡状态，即渗透能达到的最大深度：

32、优选的，所述采用压力机破坏法测取乳化沥青的渗透深度，具体步骤如下：

33、(1)对养护后的水稳碎石基层表面喷洒乳化沥青，静置3d后，将水稳碎石试件上表面盖上一张纸皮；

34、(2)将水稳试件放到压力机上，以2mm/min的速率压试件，让试件表面出现裂纹有松散状态即可，但避免整体散开；

35、(3)将试件进行纵向四等分划分，用手按试件原本构成掰开集料；

36、(4)每个部分取三块，一共取12块，并对12块的数值进行平均化处理，取最后的平均值作为最后的代表渗透深度。

37、优选的，所述步骤4中将水稳试件慢慢放入到桶中并保证水只能通过顶部出水口流出，然后开始静置，期间会有气泡不断向上冒，并且质量会相应减小，这是水取代试件开口孔隙中空气的表现，然后不断慢慢加水，直至不再冒气泡，且加水后电子称质量不再变化为止，记录此时的质量为m2。

38、有益效果

39、本发明相对现有技术具有以下优点：

40、1、水泥稳定碎石基层制备的工作量较大，耗时较长，因此测试乳化沥青渗透深度的所需时间也较长。

41、2、当水泥稳定碎石基层的密实度较高时，此时大部分乳化沥青都无法充分下渗，导致对乳化沥青材料渗透性能评价不够客观准确。

42、3、原有的渗透动力学方程中没有考虑乳化沥青的相关指标，对于乳化沥青渗透深度测试结果的准确性较差。