一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，具体如下：采用光学接触角仪对乳化沥青透层油的接触角进行测量；采用毛细上升法测量乳化沥青透层油的表面张力；获取水泥稳定碎石的孔隙大小，并进行统一；采用密度瓶对乳化沥青透层油的密度进行测量；采用旋转粘度计对乳化沥青透层油的动力粘度进行测试，获得动力粘度值；将上述得到的接触角、表面张力、水泥稳定碎石的孔隙统一值、乳化沥青透层油的密度以及动力粘度值代入公式，即求得透层油的最大渗透深度。本发明专利技术方法能够快速预估得到乳化沥青透层油的最大渗透深度，无需长时间等待乳化沥青破乳。无需长时间等待乳化沥青破乳。无需长时间等待乳化沥青破乳。

【技术实现步骤摘要】
一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法


[0001]本专利技术涉及一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，属于交通道路工程中的乳化沥青透层油渗透深度预估


技术介绍

[0002]水泥稳定碎石基层是我国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，与我国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。
[0003]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，不仅在制作水泥稳定碎石基层试件需要大量的时间，而且在后期模拟渗透的过程中，等待乳化沥青破乳，达到最终的渗透深度，都需要等待较长的时间，这对于产品渗透效果的比较和产品研发而言相对不利。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，通过能快速测得的表面张力以及接触角的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初步了解。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1，对乳化沥青透层油的接触角θ进行测量；
[0008]步骤2，测量乳化沥青透层油的表面张力；
[0009]步骤3，获取水泥稳定碎石的孔隙大小，并进行统一；
[0010]步骤4，对乳化沥青透层油的密度进行测量；
[0011]步骤5，对乳化沥青透层油的动力粘度进行测试，获得动力粘度值；
[0012]步骤6，将步骤1
‑
5得到的数据代入公式即求得乳化沥青透层油在水泥稳定碎石中的最大渗透深度，其中，H表示最大渗透深度，σ表示表面张力，ρ表示乳化沥青透层油密度，g表示重力加速度，η表示动力粘度值，R
d
表示水泥稳定碎石的孔隙统一值。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤1中，采用光学接触角仪对乳化沥青透层油的接触角θ进行测量。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤2中，采用毛细上升法测量表面张力，具体为：将一根内径为r的毛细管竖直插入到乳化沥青透层油中，在大气压的作用下，乳化沥青
透层油在毛细管内上升，直至表面张力与毛细管内上升的液柱的重力平衡为止，由于乳化沥青透层油之间的作用力大于毛细管壁与乳化沥青透层油之间的附着力，毛细管内上升的液柱表面呈凹形，将毛细管内凹形表面视为半径为r的平面，则由Young
‑
Laplace公式得到表面张力为：其中，σ表示表面张力，ρ表示乳化沥青透层油密度，ρ
g
表示空气密度，g表示重力加速度，h表示毛细管内上升的液柱高度，r表示毛细管内径。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤3中，水泥稳定碎石的空隙统一为0.5mm。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤4中，采用密度瓶对乳化沥青透层油的密度进行测量。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤5中，采用旋转粘度计对乳化沥青透层油的动力粘度进行测试，以施工过程中采用的平均温度即20℃作为动力粘度的测试温度，并根据具体的乳化沥青透层油粘度选择转子进行粘度测试，获得动力粘度值。
[0018]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0019]本专利技术提出的基于渗透理论的渗透深度预估方法，通过能快速测得的表面张力以及接触角的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，节省了大量时间。无需制作水泥稳定碎石基层试件，也无需等待乳化沥青破乳。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法的流程图；
[0021]图2是毛细上升法工作原理图。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0023]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而渗透压力差公式为然后将ΔP代入渗透速率公式中，可得到经典的液体渗透动力学Lucas
‑
Washburn方程此时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，此时即渗透能达到的最大深度：
[0024]如图1所示，为本专利技术一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法的流程图，具体步骤如下：
[0025]步骤1：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，所得数值为44.52
°
。
[0026]步骤2：如图2所示，采用毛细上升法测量表面张力，其测试方法如下：将一根洁净均匀半径为r的毛细管，竖直插入到待测液体中。如果毛细管壁与待测液体间的附着力小于液体之间的作用力时，则液体表面将呈凸形，反之则呈凹形。而乳化沥青液体之间的作用力
大于毛细管壁与待测液体间的附着力，故液体表面呈凹形。在大气压的作用下，毛细管内液面上升，直到表面张力与液柱的重力平衡为止。当毛细管半径极小时，可以将其截面近似看作圆形，管内球半径为R的凹液面可近似看作半径为r的平面，即R＝r。由Young
‑
Laplace公式得到：
[0027][0028]式中：r为毛细管内径，θ为接触角；ρ和ρ
g
分别为液相和气相的密度；h为液柱高度。
[0029]而在实验室中采用的毛细管极细为1mm，液体完全润湿管体，可近似认为θ＝0
°
。ρ测得数值为1050kg/m3，ρ
g
按照日常空气密度1.29kg/m3计算，毛细上升高度为5.58mm。于是求得σ＝26.2(mN
·
m
‑1)。
[0030]步骤3：渗透深度公式中R
d
原本的含义是液体所流经的细管的半径，这里用水泥稳定碎石的孔隙大小做替换。而由于水泥稳定碎石基层中的孔隙大小不统一，故计算时统一按照0.5mm计算。
[0031]步骤4：用密度瓶对所测的乳化沥青透层油密度进行测量，测得结果为1050kg/m2。
[0032]步骤5：采用旋转粘度计对乳化沥青的动力粘度η进行测试。由于乳化沥青常温下为液态，粘度较小，故以施工过程中采用的平均温度作为动力粘度的测试温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，对乳化沥青透层油的接触角θ进行测量；步骤2，测量乳化沥青透层油的表面张力；步骤3，获取水泥稳定碎石的孔隙大小，并进行统一；步骤4，对乳化沥青透层油的密度进行测量；步骤5，对乳化沥青透层油的动力粘度进行测试，获得动力粘度值；步骤6，将步骤1
‑
5得到的数据代入公式即求得乳化沥青透层油在水泥稳定碎石中的最大渗透深度，其中，H表示最大渗透深度，σ表示表面张力，ρ表示乳化沥青透层油密度，g表示重力加速度，η表示动力粘度值，R
d
表示水泥稳定碎石的孔隙统一值。2.根据权利要求1所述的基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，其特征在于，所述步骤1中，采用光学接触角仪对乳化沥青透层油的接触角θ进行测量。3.根据权利要求1所述的基于渗透理论的乳化沥青透层油渗透深度的预估方法，其特征在于，所述步骤2中，采用毛细上升法测量表面张力，具体为：将一根内径为r的毛细管竖直插入到乳化沥青透层油中，在大气压的作用下，乳化沥青透层油在毛细管内上升，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈葱琳，林岚钦，马涛，张阳，卞凤兰，张贤明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：