郭慶林，鄂豐銘，劉強，高穎

摘要：瀝青路面在使用過程中不可避免會受到自然降水和地下水的影響，水分交替作用最終將導(dǎo)致瀝青路面的水損害，而以往室內(nèi)測定瀝青混凝土含水率的方法無法對瀝青路面的干濕狀態(tài)進行快速評定。為了快速評定瀝青路面的干濕狀態(tài)，采用電學方法推測瀝青混凝土的含水率。以密實型瀝青混凝土電阻特性為依據(jù)，測量浸水前后瀝青混凝土電阻率的變化，進而建立瀝青混凝土吸水率與其電阻率的數(shù)學關(guān)系，以電阻率來推測瀝青混凝土內(nèi)部的含水率。結(jié)果表明，瀝青混凝土含水率與電阻率對數(shù)值具有良好的線性相關(guān)性，瀝青混凝土吸水率越大，電阻越小。所提方法可為不同瀝青混凝土面層的干濕狀況評定提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：路基工程;瀝青混凝土;電阻率;吸水率;推測方法

中圖分類號：U416.217文獻標識碼：Adoi： 10.7535/hbgykj.2020yx01001

An estimation method for the absorbed moisture of asphalt

concrete based on electrical resistance

GUO Qinglin， E Fengming， LIU Qiang， GAO Ying

（School of Civil Engineering， Hebei University of Engineering， Handan， Hebei 056038， China）

Abstract：Asphalt pavement is inevitably affected by the natural precipitation and groundwater in the service stage. Hydrologic cycle will eventually lead to the moisture damage of asphalt pavement. However， the existing indoor method for moisture measurement of asphalt concrete cannot quickly assess the pavement wetting state. Therefore， in order to evaluate the wet and dry state of asphalt pavement quickly， an electrical method is proposed to estimate the moisture content in the asphalt concrete in this paper. And， the electrical resistance of dense asphalt concrete is measured before and after soaking. Then， the mathematical relationship between absorbed moisture and electrical resistance of asphalt concrete is established. The absorbed moisture can be estimated using the electrical resistance of asphalt concrete. Results show that a linear relationship exists between the content of absorbed moisture and the logarithm of electrical resistance. The more the absorbed moisture is， the smaller the electrical resistance is. This method can be used to evaluate the dry/wet condition of asphalt pavement.

Keywords：road engineering; asphalt concrete; electrical resistance; moisture uptake; estimation method

暴露在自然環(huán)境中的瀝青路面由于經(jīng)受降雨的長期反復(fù)作用，雨水會逐漸擴散到瀝青混凝土內(nèi)部，久而久之會造成瀝青路面的松散、剝落等病害[16]。研究表明，水在瀝青混凝土內(nèi)部的運動過程一般分為2個階段：第1階段，自由水填充大孔隙，吸水率快速增大;第2階段，水分向微孔隙擴散并在膠結(jié)料擴散中達到上限，長期作用下瀝青膠結(jié)內(nèi)聚力與集料瀝青膜間粘結(jié)力下降，飛散質(zhì)量損失率增大[711]。因此，對瀝青路面干濕狀況的研究有助于評價降雨對瀝青路面的影響程度。一直以來，主要采用稱重法對瀝青混凝土含水狀態(tài)進行測定[12]，而對于瀝青路面干濕狀態(tài)的評價仍缺乏有效的測試方法。2017年，馬曉霞等[13]對瀝青混凝土的含水介電性能進行研究，指出瀝青混凝土介電常數(shù)會隨著含水率增加而上升，利用介電常數(shù)與含水率相關(guān)性模型可以估計瀝青路面的干濕狀態(tài)。郭慶林等[14]提出一種瀝青混凝土電阻測量裝置，通過分析馬歇爾試件的電阻率與含水率的關(guān)系來預(yù)估瀝青路面的含水率。宋杰等[15]指出非飽和土電阻率隨含水率增加呈冪指數(shù)減小的規(guī)律，建立了電阻率與含水率、壓實度的關(guān)系模型，運用電阻率方法評價了非飽和土的壓實狀況。文獻[16—18]也指出瀝青混凝土含水率增加會引起其電阻的變化。因此，通過瀝青混凝土電阻特性的變化推測其含水率具有一定的可行性。本文以馬歇爾試件為對象，研究瀝青混凝土在不同浸水時間下的電阻特性變化規(guī)律，進而以此推測瀝青混凝土含水率。

1試驗測試方案

1.1試驗材料與級配

本文采用AH70#瀝青，主要性能指標如表1所示。采用的級配類型為AC13型密實型級配，級配曲線如圖1所示。經(jīng)馬歇爾試驗確定最佳油石比為50%。試驗采用尺寸為Φ101.6 mm×63.5 mm標準馬歇爾試件，瀝青混凝土表觀密度為2.39 g/cm3，理論相對最大密度為2.53 g/cm3，孔隙率為5.6%。

第1期郭慶林，等：一種基于電學特性的瀝青混凝土吸水狀況推測方法河北工業(yè)科技第37卷表1AH70#瀝青技術(shù)性能指標

Tab1Properties of asphalt AH70#

指標測試值針入度（25 ℃，100 g，5 s，0.1 mm）68延度/cm（15 ℃）>100軟化點/℃48密度/（g·cm-3）1.034閃點/℃285黏度/（Pa·s）（135 ℃）0.468

1.2含水率測定方法

采用稱重法測定瀝青混凝土含水率。測量出的馬歇爾試件浸水前、后的質(zhì)量分別記為m1，m2，則浸水一定時間后的試件含水率ωt可通過式（1）計算得到。

ωt=m2-m1m1×100。 ? ? ?（1）

1.3電阻特性測試方法

為了使測試結(jié)果更具代表性，試件浸水溫度分別采用5，30，60 ℃，為提高自由水的導(dǎo)電性，在水中加入少許NaCl，配置成質(zhì)量分數(shù)為005%的鹽溶液進行浸水。浸水時間分別為0，6，12，24，48 h;浸水完成后，稱量好2份7 g粉狀石墨作為導(dǎo)電連接電極平鋪于馬歇爾試件上下表面;同時在平鋪石墨粉上放置長8 cm、寬1.5 cm的銅片。為避免電極極化效應(yīng)，在銅片上方施加一重物，從而保證各電極的良好接觸。馬歇爾試件電阻測量裝置如圖2所示。

測量完成后，計算電阻特性值。為避免試件厚度差異的影響，選用單位長度的電阻率作為考察指標，探討電阻值與含水率的相關(guān)性。為降低離散性，保證測試精度，每組試驗條件分別制備6個平行試件，總計15組試件，參與測試的試件總數(shù)為90個。

2結(jié)果分析

2.1瀝青混凝土含水率隨浸水時間的變化規(guī)律

由圖3可以看出，瀝青混凝土試件的含水率在初期浸水（12 h以內(nèi)）時增長較快，后期增長速度減慢。浸水初期水分快速進入試件表面空隙，后期由于密級配瀝青混凝土空隙較少，水分向瀝青混凝土內(nèi)部的運動轉(zhuǎn)為擴散形式，故而含水率增長速度減慢。從圖3中還可以看出，當浸水時間較短時，溫度對水擴散的影響不顯著。當浸水超過20 h后，水溫越高水分向瀝青混凝土內(nèi)部擴散的速度越快，說明水溫對水擴散的速率具有顯著影響。

2.2瀝青混凝土電阻率隨浸水時間的變化規(guī)律

由圖4可以看出，電阻率隨浸水時間的延長呈現(xiàn)非線性減小的趨勢，且隨浸水時間延長呈現(xiàn)對數(shù)遞減趨勢。說明水分擴散進入瀝青混凝土后形成了導(dǎo)電通道，隨著水分擴散的不斷加劇，導(dǎo)電通道逐漸增多，進而導(dǎo)致了瀝青混凝土電阻率的快速減小。從圖4還可以看出，溫度對瀝青混凝土的電阻率的影響不顯著，這主要是由于瀝青混凝土內(nèi)部的隨機結(jié)構(gòu)差異所造成的。

2.3瀝青混凝土電阻率與含水率的關(guān)系

由圖3及圖4可以看出，含水率隨浸水時間延長而增大，而電阻率隨浸水時間延長而減小，為了建立由電阻率推測瀝青混凝土內(nèi)部含水率的數(shù)學關(guān)系，對含水率及電阻率進行了回歸分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，馬歇爾試件電阻率與含水率之間存在對數(shù)函數(shù)關(guān)系。二者相關(guān)性系數(shù)為0.847 3，具有良好的相關(guān)性，說明瀝青混凝土含水率與電阻率對數(shù)值呈線性相關(guān)關(guān)系，采用電阻率推測瀝青混凝土內(nèi)部的含水率具有一定的可行性。電阻率越大，瀝青混凝土含水率越小。

3結(jié)論

1）密級配瀝青混凝土含水率隨浸水時間的延長而逐漸增大，初期增長較快，后期水分擴散速率減慢。溫度對水擴散速率具有顯著影響，水擴散速率隨著溫度的升高而增大。

2）瀝青混凝土電阻率隨浸水時間的延長而降低，呈現(xiàn)對數(shù)遞減趨勢。

3）瀝青混凝土含水率與電阻率對數(shù)值存在良好的線性相關(guān)性，未來可以利用瀝青混凝土電阻率測試結(jié)果快速評定瀝青混凝土面層的干濕狀況。本文只對AH70#瀝青混凝土進行了研究，還需要對其他類型的瀝青混凝土作進一步試驗驗證。

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收稿日期：20190805;修回日期：20190916;責任編輯：馮民

基金項目：國家自然科學基金（51508150）;國家重點研發(fā)計劃（2018YFF0300201）;河北省自然科學基金（E2018402206）; 河北省教育廳青年拔尖人才計劃（BJ2017034）

第一作者簡介：郭慶林（1984—），男，山東肥城人，副教授，博士，主要從事瀝青混凝土細觀損傷理論方面的研究。

Email：guoql@hebeu.edu.cn

郭慶林，鄂豐銘，劉強，等.一種基于電學特性的瀝青混凝土吸水狀況推測方法[J].河北工業(yè)科技，2020，37（1）：14.GUO Qinglin，E Fengming，LIU Qiang，et al.An estimation method for the absorbed moisture of asphalt concrete based on electrical resistance[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2020，37（1）：14.