沥青砂浆中气态水传输行为研究.pdf

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1、硕士学位论文沥青砂浆中气态水传输行为研究INVESTIGATIONOFMOISTUREVAPORTRANSFERBEHAVIORINASPHALTMORTAR周晶哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U414学校代码：10213国际图书分类号：625.8密级：公开工学硕士学位论文沥青砂浆中气态水传输行为研究硕士研究生：周晶导师：徐慧宁副教授申请学位：工学硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U414U.D.C:625.8DissertationfortheMasterDeg

2、reeinEngineeringINVESTIGATIONOFMOISTUREVAPORTRANSFERBEHAVIORINASPHALTMORTARCandidate：ZhouJingSupervisor：Assoc.Prof.XuHuiningAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：TransportationEngineeringAffiliation：SchoolofTransportationScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-C

3、onferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要沥青路面耐久性易受到环境湿度影响，明确气态水在沥青路面中的迁移规律是揭示沥青路面使用寿命破坏机理的重要内容之一。气态水在沥青路面中的传输行为包括吸附/脱附与扩散两方面，但当前研究主要集中于运用菲克理论分析扩散速率及其影响因素，尚不能较为全面地了解其传输特性。在其他多孔材料中，水气吸附与脱附行为研究积累了丰富成果，能够为本文提供理论与技术支持。因此，本文从吸附与脱附行为和扩散行为两方面开展气态水在沥青砂浆中的传输行为研究，分析吸附与脱附过程特性及吸附

4、-脱附循环中的滞回行为，探讨水气扩散主导模式及扩散特性的影响因素。主要研究内容及成果如下：首先，开展恒定温、湿度条件下沥青砂浆中的吸附与脱附试验，探讨了水气吸附吸附量、吸附速率及脱附过程脱附量、脱附速率随时间的变化规律，分析了沥青种类、温湿度对吸附与脱附过程的影响。基于热力学参数分析了吸附与脱附过程的热力学性质，证明吸附与脱附过程中的主要吸附方式为物理吸附，两过程是不能自发进行的熵减过程，均需从环境中吸收热量，其中脱附过程吸热较少，比吸附过程更容易发生。其次，开展恒定温度、全湿度范围内的等温吸附-脱附循环试验，基于Guggenheim-Andersen-de-Bore（GA

5、B）模型分析了各次循环中吸附与脱附过程单层吸附及多层吸附特性。基于吸附与脱附过程滞回面积分析了滞回特性，从而认识到因湿度反复升高或降低而导致水气滞留量增加。同时，在水气吸附-脱附循环中，普遍存在冷凝现象，但水分的主要存在相态仍为气相。随后，开展了穿透型水气扩散试验，明确了沥青砂浆中气态水扩散的主导模式为体相扩散，原材料种类及环境因素对扩散模式转化存在一定影响，但无法改变主导扩散模式。最后基于菲克方程和非菲克方程分析了水气扩散的不同特性及影响因素。扩散速率、自由水与结合水的相互转化及扩散过程时变特性受到集料种类、沥青岩性、环境温度与相对湿度的影响。其中温度对不同扩散特性均有显

6、著影响，环境因素的影响效应比材料自身性质更为重要。关键词：气态水；沥青砂浆；吸附与脱附行为；吸附-脱附滞回行为；扩散行为I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstactThedurabilityofasphaltpavementissusceptibletoambienthumidity.Clarifyingmoisturevapormovementinasphaltpavementisofimportanceforrevealingdurabilityfailuremechanism.Transferbehaviorofmoistureinpavementincludesads

7、orption/desorptionanddiffusion.However,mostresearchesfocusonanalyzingdiffusionrateanditsinfluencialfactorbyapplyingFickianmodel,whichisunabletoconsidertransferbehaviormofmoisturevaporcomprehensively.Investigationsinotherporousmaterialshaveobtainedplentyoffindi