CN102183452B - 道路材料抗冲刷性能试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道路材料抗冲刷性能试验方法，相比其他冲刷试验方法，该试验方法采用水平往返运动的小口径喷头喷射出恒定水压力的水流冲刷试件表面，模拟了有压水流对道路材料的冲刷效果，能够准确有效地评价路面材料抗冲刷性能，冲刷试验过程中道路材料的试验条件是恒定并可调的，包括冲刷动水压力、冲刷次数、冲刷频率、冲刷角度、冲刷水的温度，试验结果更加真实、可靠。该方法采用冲刷深度评价路面材料的抗冲刷性能，冲刷深度采用深度卡尺测量，取试件冲刷槽三点冲刷深度的平均值表征，精度为0.1mm。冲刷试验对象包括了半刚性基层材料、柔性基层材料和沥青混合料，试件采用常规试验中的圆柱体或立方体。一般冲刷次数在1000~3000次、冲刷深度在5mm左右，冲刷试验的周期长度合适、精度高。

Description

道路材料抗冲刷性能试验方法

技术领域

本发明涉及一种道路材料抗冲刷性能试验方法，属于道路工程材料性能测试技术领域。

背景技术

大量工程实践表明，很多路面损坏都是由于有压水流的冲刷造成的，道路材料抗冲刷性能不足是加速路面破坏的重要因素之一。国内外的调查和研究显示，由于路面和基层材料的抗冲刷性能不满足要求而导致路面唧泥、破裂、坑槽的情况明显存在。沥青路面的冲刷是在路面积水时，汽车轮胎的通过形成一种水力冲刷现象。在轮胎前面的水受轮胎挤压挤入路面表面的空隙中，造成冲刷水压力，轮胎通过后在轮胎后方又产生真空负压，将空隙中的水吸出，这种挤入和吸出的反复循环形成了冲刷，并逐渐将沥青膜从集料表面剥离，沥青混合料变的松散，产生坑槽。造成冲刷破坏的主要是正压力，负压力起一定的作用，但其主要作用是将冲刷后脱落的细集料带出，形成更大的空隙。水泥混凝土路面板底冲刷脱空的形成是雨水沿接、裂缝下渗而滞留在基层顶面，积水在行车荷载作用下形成有压水流反复冲刷基层表面，当基层材料抗冲刷能力不足，基层表面的细颗粒逐渐被曵离沿路面接缝挤出路面，形成唧泥现象。一旦基层材料产生冲刷，并由此导致面层和基层之间形成脱空现象，接下便会进入恶性循环，道路破坏的进程也会越来越快。

目前国际上采用Lottman法和Tunicliff-Root法评价沥青混合料抗冲刷性能，被认为是最严格、最有效的方法。国内则采用沥青混合料的冻融劈裂试验方法进行评价，这些方法得到的试验结果与沥青路面的现场性能具有良好的相关性，能够大致模拟沥青路面在浸水、冻融条件下抵抗水损坏的能力，但已有的试验、研究都是对沥青混合料进行饱水冻融试验，而不是利用有压水的冲刷使得沥青膜从石料表面剥落，因而不能反映动水压力对沥青路面的破坏作用。

对于水泥混凝土路面基层材料抗冲刷性能试验，目前国外常用的试验方法有旋转刷损试验和旋转剪切试验二种，两者的评价指标都是冲刷率，即给定时间内试件质量损失量与试件总质量之比。旋转刷损试验的试件质量损失是由旋转钢丝刷的强制磨损引起的，旋转剪切试验的冲刷效果是利用旋转的水流对试件表面的剪切力造成，与实际的有压水流冲刷作用有很大差异。而目前国内主要采用的试验方法为振动台试验，该试验方法虽可模拟有压水流的冲刷作用，但试件表面的水压力和流速是不均匀的，仍无法定量地评判有压水流的二大参数：动水压力、流速对基层材料冲刷性能的影响。尚无被普遍认同的基层材料抗冲刷性能的标准试验方法。

因此，急需设计一种新的道路材料抗冲刷性能试验方法以便对道路材料在自然环境中的抗冲刷性能进行评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种道路材料抗冲刷性能试验方法，该方法可以模拟有压水流对道路材料的冲刷作用，能够科学、合理地评价道路材料的抗冲刷性能。

本发明方法的特点在于冲刷试验过程中道路材料的试验条件是恒定并可调的，包括冲刷动水压力、冲刷次数、冲刷频率、冲刷角度、冲刷水的温度，与道路材料所处的真实冲刷环境更加符合，试验结果更加真实、可靠。

本发明提出的道路材料抗冲刷性能试验方法，具体步骤为：

1). 不同道路材料的试件按各自规范成型，成型后放入恒温(25±2℃)、恒湿（湿度>90%）的标准养生室内养生，龄期按实验要求而定，冲刷试验的前1天将试件从养护室取出放入水中养生1天模拟材料保水的不利状态，试验前将试件取出进行外观检查，保证无明显损坏，并擦干表面水分。

2).将试件放入试件固定装置内，设定冲刷试验条件，比如冲刷动水压力、冲刷次数、冲刷频率、冲刷角度、冲刷水的温度，整个试验过程中各试验条件恒定不变。将冲刷试验仪的喷嘴对准试件的中心位置，调整喷嘴至试件表面距离为2cm，即可开始冲刷试验；冲刷试验方法是采用水平往返运动的小口径喷头喷射出恒定水压力的水流冲刷试件表面，模拟了有压水流对道路材料的冲刷效果。

3). 道路材料抗冲刷性能的试验方法采用冲刷深度评价路面材料的抗冲刷性能，一般冲刷次数在1000~3000次、冲刷深度在4-7mm，冲刷试验的周期长度合适、精度高。试件一般应每隔100~200次取出来做一次冲刷深度测量，采用深度卡尺测量冲刷深度，测量前应将试件冲刷槽进行清理和整平，取冲刷槽三点冲刷深度的平均值表征，测量精度精确到0.1mm，测完后将试件重新放入固定装置内进行下一阶段试验；

4). 试验中达到以下几种情况之一即可停止试验：

a. 冲刷次数超过5000次；

b. 冲刷深度超过10mm；

c. 试件其他部位有明显的损坏现象。

本发明中，所述的试验条件符合下列要求：

a. 冲刷动水压力的取值范围在0~2.5MPa，调整精度为0.01MPa；

b. 冲刷次数可预先设定并可自动记录，达到预设次数后自动停止试验；

c. 喷头冲刷往返频率取值范围在5~40次/min，调整精度为1次/min；

d. 冲刷水流入射角取值范围在30~90°，调整精度为15°/档；

e. 冲刷水流温度取值范围在常温~80℃，调整精度为1℃。

本发明中，所述试件采用高度和直径都为100或150mm的圆柱形试件，也可以是边长为100或150mm的立方体，小试件每组3个，冲刷深度变异系数不大于10%，大试件每组6个，变异系数不大于15%，超过偏差范围的数据应舍去。

本发明中，所述试验材料包括半刚性基层材料、柔性基层材料或沥青混合料中任一种。

道路材料抗冲刷性能试验的基本原理如下：采用同济大学和上海哈镘数控设备有限公司合作研发的道路材料冲刷试验仪，道路材料冲刷试验仪申请号为2010206262518.。冲刷试验仪结构如图1和图2所示，是由水泵电机从水箱中抽取清水，再从喷嘴喷出压力恒定并可调节的高压水，在主电机的带动下喷嘴水平往返运动对试件表面进行反复冲刷，冲刷角度、冲刷水温也是可调的。由于水泵电机功率稳定，试件表面承受的水压力恒定，并且冲刷水流的角度是可以调整的，所以冲刷水流状态与路面实际条件相符合。一次冲刷试验约1~2个小时，可按实验情况分几个阶段，每个阶段结束后测量试件的冲刷深度。

相对于现有技术，本发明具有如下优点及效果：

（1）本发明能模拟道路实际情况，对道路材料施加持续恒定均匀的动水压力作用，从而检验道路材料的抗冲刷性能，得到不同试验条件对道路材料的抗冲刷性能的影响规律。

（2）本发明通过调节水泵和主电机的功率，可以调节动水压力和冲刷频率，喷头与试件之间的冲刷夹角；对试验材料没有限制，半刚性基层材料、柔性基层材料和沥青混合料都可以进行试验；试验温度可以调节，可以更好的模拟沥青路面现场的实际条件。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的左视图。

图中标号：1为加热器，2为主水箱，3为回水箱，4为齿轮箱，5为回水罩，6为主电机，7为水泵，8为滑块连杆，9为喷嘴回转支架，10为滑块，11为回转轴，12为导轨，13为感应开关，14为防护罩，15为喷嘴，16为试件，17为试件夹具，18为内防护罩，19为外防护罩，20为电气控制柜。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：如图1和图2所示，本发明方法所采用的道路材料冲刷试验仪由加热器1、主水箱2、回水箱3、齿轮箱4、回水罩5、主电机6、水泵7、滑块连杆8、喷嘴回转支架9、滑块10、回转轴11、导轨12、感应开关13、防护罩14、喷嘴15、试件16、试件夹具17和电气控制柜20组成，其中：主水箱2内安装有加热器1，主水箱2上方设置有齿轮箱4和回水箱3，主电机6通过齿轮箱4内的曲柄连杆机构连接滑块连杆8的一端，滑块连杆8另一端连接位于滑块10中间的回转轴11，滑块10位于导轨12上，且滑块10能在导轨12上左右平移；滑块10的左右两个极限位安装有感应开关13，位于滑块左侧的感应开关13对应于电气控制柜20的操作面板上的正向计数器，位于滑块右侧的感应开关13对应于电气控制柜20的操作面板上的负向计数器；滑块10上固定喷嘴回转支架9，喷嘴回转支架9上设有喷嘴15，喷嘴15对面为试件夹具17，试件夹具17内固定有试件16；主水箱2通过水泵7和管道连接喷嘴15，水泵7连接水泵电机，主电机6连接变频器，电机控制柜20连接电源。所述电气控制柜20设有控制面板，控制面板上面设有温控表、显示喷嘴内水压的数字压力表，水泵启动/停止开关，水压调整旋钮，喷嘴往返运动启动/停止开关及往返运动次数调整旋钮，其中：温控表通过管线连接加热器1，数字压力表通过管线连接喷嘴15，用于对喷嘴15的水压进行调节，水泵启动/停止开关通过管线连接水泵电机，喷嘴往返运动启动/停止开关通过管线连接主电机6，往返运动次数调整旋钮通过管线连接变频器。

本发明方法具体步骤如下：

1). 不同道路材料的试件按各自规范成型，成型后放入恒温(25±2℃)、恒湿（湿度>90%）的标准养生室内养生，龄期按实验要求而定，冲刷试验的前1天将试件从养护室取出放入水中养生1天模拟材料保水的不利状态，试验前将试件取出进行外观检查，保证无明显损坏，并擦干表面水分；

2).通过智能控制数显表及热电阻温度传感器、加热棒，加水加热至要求模拟的温度并保温，调整喷头与试件的角度至试验需要值并固定，启动水泵将水从喷头恒定的喷出并通过调整水泵功率将冲刷水压力调整至试验要求的数值，启动主电机带动喷头水平往返均匀的冲刷试件表面并通过调整电机功率将冲刷往返频率调整至试验要求的数值。试验条件均满足要求后关闭试验仪，将冲刷试件放入固定装置，再将冲刷试验仪的喷嘴对准试件的中心位置，调整喷嘴至试件表面距离为2cm，再启动水泵和主电机开始冲刷试验。冲刷水压力均匀的作用与试件表面，忽略水的自身重力的影响作用，试件表面承受的水压力大小处处相等，方向等同与冲刷角度。当冲刷试验中，冲刷角度与实际情况相同，冲刷频率和冲刷水压力与车辆荷载引起的相同，水温与实际情况相同，则该试验条件与路面实际完全符合，可以完美的模拟道路材料的实际冲刷情况。

3). 可选择100~200次的冲刷试验为一阶段，也可根据实际情况另选，每个阶段结束后关闭冲刷试验仪，将试件取出测量其冲刷深度并记录，测量完毕后放回固定装置继续下一阶段的冲刷，直到试验达到结束的条件。

4). 试验中达到以下几种情况之一即可停止试验：

a. 冲刷次数超过5000次；

b. 冲刷深度超过10mm；

c. 试件其他部位有明显的损坏现象。

根据上述水平往返运动的小口径喷头喷射出恒定水压力的水流冲刷试件表面，模拟有压水流对道路材料的冲刷效果，找出其冲刷深度随各种试验条件的变化规律，分析材料的抗冲刷性能与材料种类、配合比、冲刷水压力、冲刷角度、冲刷频率、水温的关系，得出一种能够定量评价材料抗冲刷性能并与路面实际冲刷情况相符合的试验方法。

Claims (4)

1.一种道路材料抗冲刷性能试验方法，其特征在于具体步骤为：

1).不同道路材料的试件按各自规范成型，成型后放入恒温25±2℃、恒湿的标准养生室内养生，龄期按实验要求而定，冲刷试验的前1天将试件从标准养生室取出放入水中养生1天模拟材料饱水的不利状态，试验前将试件取出进行外观检查，保证无明显损坏，并擦干表面水分；恒湿指湿度>90%；

2).将试件放入试件固定装置内，设定冲刷试验条件，整个试验过程中各试验条件恒定不变，将冲刷试验仪的喷嘴对准试件的中心位置，调整喷嘴至试件表面距离为2cm，即可启动冲刷试验仪开始冲刷试验；冲刷试验方法是采用水平往返运动的小口径喷头喷射出恒定水压力的水流冲刷试件表面，模拟了有压水流对道路材料的冲刷效果；

3).采用冲刷深度评价道路材料的抗冲刷性能，冲刷次数在1000~3000次、冲刷深度在4-7mm，试件应每隔100~200次取出来做一次冲刷深度测量，采用深度卡尺测量冲刷深度，测量前应将试件冲刷槽进行清理和整平，取冲刷槽三点冲刷深度的平均值表征，测量精度精确到0.1mm，测完后将试件重新放入试件固定装置内进行下一阶段试验；

4). 试验中达到以下几种情况之一即停止试验：

a. 冲刷次数超过5000次；

b. 冲刷深度超过10mm；

c. 试件其他部位有明显的损坏现象。

2.根据权利要求1所述的道路材料抗冲刷性能试验方法，其特征在于步骤(2)中所述冲刷试验条件包括冲刷动水压力、冲刷次数、喷头冲刷往返频率、冲刷水流入射角和冲刷水流温度，试验条件符合下列要求：

a. 冲刷动水压力的取值范围在0~2.5MPa，调整精度为0.01MPa；

b. 冲刷次数可预先设定并可自动记录，达到预设次数后自动停止试验；

c. 喷头冲刷往返频率取值范围在5~40次/min，调整精度为1次/min；

d. 冲刷水流入射角取值范围在30~90°，调整精度为15°/档；

e. 冲刷水流温度取值范围在常温~80℃，调整精度为1℃。

3.根据权利要求1所述的道路材料抗冲刷性能试验方法，其特征在于所述试件采用高度和直径都为100mm或150mm的圆柱形试件，或是边长为100mm或150mm的立方体试件，高度和直径都为100mm的圆柱形试件或是边长为100mm的立方体试件每组3个，冲刷深度变异系数不大于10%，高度和直径都为150mm的圆柱形试件或是边长为150mm的立方体试件每组6个，冲刷深度变异系数不大于15%，超过偏差范围的数据应舍去。

4.根据权利要求1所述的道路材料抗冲刷性能试验方法，其特征在于所述不同道路材料包括半刚性基层材料、柔性基层材料或沥青混合料中任一种。

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