CN102507410A - 一种同步测试沥青混合料渗水和排水能力的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于山区公路沥青混合料车辙测试装置及方法，测试装置包括与加载系统连接的上承台以及与测试试件连接的下承台，在所述的上承台下端设置有加载压头，其特征在于：在所述的下承台的上端面布有四个沿圆周方向倾斜的坡面，所述的加载压头的数量与所述的坡面的个数相同，且加载压头的端面与所述的下承台的坡面适应。本发明可对不同纵坡条件下沥青混合料的车辙性能进行测试，便于沥青混合料的优选，且操作简洁、无需大型专业设备。

Description

一种同步测试沥青混合料渗水和排水能力的装置与方法

技术领域

本发明属于沥青混合料路用性能的检测领域，具体涉及一种沥青混合料渗水和排水能力的测试装置与方法。

背景技术

沥青混凝土路面因具有行车舒适、维修方便等优点在中国得到了十分广泛的应用。然而，大量使用经验表明，有些沥青路面在设计使用年限内即出现了不同程度的损坏，其中由水引起的路面材料强度降低、路面坑槽和唧泥是十分典型的病害型式。对于目前我国高速公路设计所采用的高填路基而言，地下水对路基路面结构的影响相对较小，而路表降水是上述病害出现的主要原因。

为了最大限度避免或延缓因路表降水导致的各类型式水损害的发生，除了对路基路面结构的排水系统进行合理的设计之外，对路表沥青混合料的渗水和排水性能评价也是重要的技术措施。关于沥青混合料的渗水能力评价，国内外学者进行了大量研究，提出了一些测试方法。中国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）通过测试一定时间内流入水平放置的沥青混合料试板的水量计算渗水系数，并以渗水系数表征沥青混合料的渗水能力；《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定密级配沥青混合料的渗水系数不大于120ml/min。除了上述规范规定的测试方法之外，对于特殊类型的沥青混合料，一些学者也提出了不同的测试方法，比如东南大学的徐皓和倪福健对排水沥青混合料采用常水压头的方式测试了不脱模马歇尔试件的渗水系数；申爱琴发明了沥青混合料的新型多功能动态渗水测试仪，实现了不同水压力条件下渗水系数的测试。上述方法可用于评价沥青混合料渗水能力的优劣，对基于渗水性能的沥青混合料级配和沥青用量的优化设计起到了一定的积极作用。

但是，随着路面施工中质量控制研究的深入，上述方法的缺陷也逐渐被人们所认识，主要有：（1）在实际路面结构中，结构层的渗水并不是独立的，雨水的竖向渗透总是伴随着其在路面横坡方向的排出过程，而上述沥青混合料渗水系数的测试，只是单纯以水分的竖向渗透测试为目的，没有考虑到水在横向的排出；（2）实际情形下，当雨水降落到路表时，并没有形成较大的水头，因此在研究沥青混合料渗水能力时采用上述变水头方法并没有必要；（3）路面结构表层具有一定的横坡，而且对于不同的路段，路面横坡并不一样，由此带来路表的排水和渗水能力也不尽相同，如何在沥青混合料渗水测试时考虑横坡的因素，上述方法也没有涉及。

由上述介绍可见，现有沥青混合料渗水系数测试方法或多或少地存在不足，而且各种方法都只能测试沥青混合料竖向渗水性能，并不能对与竖向渗水紧密联系的横向排水能力进行相应的评价。值得注意的是，雨水渗透进路面表层后，一部分渗水将继续渗透进路面结构内，一部分渗水将在沥青混合料结构内经空隙沿横向排出，而另一部分将保留在沥青混合料内部闭合空隙内，而只有第一部分渗水才是应该避免的。因此，设计一种沥青混合料渗水和排水能力的检测装置，可以把路面表面排水、路面混合料结构空隙内的横向排水、路面混合料内的竖向渗水和路面结构内的保水四者区分开来，综合评价沥青混合料的渗水和排水性能显得十分必要。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种同时测试沥青混合料渗水和排水能力的装置与方法，它是以模拟降水条件下雨水在路面结构内实际流动路径为基础，可同时测试渗透入沥青混合料的水量、经沥青混合料表面排水的水量、经沥青混合料结构内空隙排水的水量和沥青混合料结构内部吸（保）水量的装置。本发明所述的测试方法是以沥青混合料渗水和排水能力的综合检测装置为基础，提出了包括测试试件成型、试验结果分析、渗排水能力综合评价在内的一整套测试方法。

技术方案：

1、综合测试沥青混合料渗水和排水能力的装置

包括试验平台升降系统以及水量收集和测量系统，所述平台升降系统包括基座以及试验平台，所述的试验平台与基座的一端通过铰链相连接，试验平台与基座的另一端之间连接一垂直调节机构，所述的试验平台包括一用于放置测试试件的内腔；所述的水量收集和测量系统包括水箱、试件上表面排水收集箱、试件侧面排水收集箱、试件下表面的渗水收集箱、输水软管以及渗水量桶、侧面排水量筒和上表面排水量桶，所述的水箱设置在内腔的上端，在水箱的底部设置有水箱阀门，所述的渗水收集箱设置在内腔的下端并与渗水量筒连接，所述的试件侧面排水收集箱设置在内腔的侧面并与侧面排水量筒连接，所述的试件上表面排水收集箱设置在所述的内腔侧面的上端并与所述的上表面排水量筒连接，在所述的水箱与内腔之间、内腔与渗水收集箱之间均设置有排水滤网。

2、综合测试沥青混合料渗水和排水能力的方法

本发明所述的沥青混合料渗水和排水能力的综合检测方法，具体包括如下步骤：

步骤一：根据需要测定的沥青混合料级配、沥青用量和空隙率要求制作沥青混合料板式试件；在板式试件的四个侧面中，选择三个侧面涂抹密封材料，封住混合料表面的空隙；

步骤二：以未涂抹密封材料的试件侧面作为排水侧面，把板式试件放入内腔中，通过垂直调节机构，调整测试的板式试件坡度；关闭水箱阀门，在水箱内注入质量为                                                

的水，迅速打开水箱阀门，并按动计时器，当水箱内的水全部排出时，记为

秒；分别测试测试仪的试件上表面排水量桶、侧面排水量桶和渗水量筒中水的质量，分别记为、

和

；

步骤三：以排渗水系数

评价沥青混合料的总体排渗水能力，以排水系数和渗水系数

分别表征沥青混合料的排水和渗水能力，以

反映沥青混合料结构的保水能力。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：（1）本发明尽可能模拟了雨水在路面结构内的流动状况，实现了对沥青混合料的渗水、排水和保水能力的同时测试；（2）通过渗水量、排水量和保水量与时间关系的综合分析，可以定量评价沥青混合料综合渗水能力和排水效率，便于据此进行沥青混合料的优化设计；（3）本发明设计合理简洁、便于使用操作。

附图说明

图1为沥青混合料渗水和排水能力的综合检测装置；

图2为沥青混合料渗水和排水能力测试示意图。

其中：1-水箱；2-水箱阀门；3-试件侧面排水收集箱；4-渗水收集箱；5-试件侧面排水量筒；6-渗水量筒；7-输水软管；8-钢铰链；9-底座；10-试验平台；11-排水滤网；12-升降螺帽；13-螺丝；14-密封件；15-密封垫；16-连接头；17-内腔；18-试件上表面排水收集箱；19-试件上表面排水量筒；20-水；21-试件。

具体实施方式

1、综合测试沥青混合料渗水和排水能力的装置

下面结合附图对本发明所述的沥青混合料渗水和排水综合测试装置做进一步详细描述：

本发明的沥青混合料渗水和排水综合测试仪由三部分构成：包括平台升降系统、密封系统和水量收集和测量系统。其中密封系统根据本试验要求放置，达到不渗透水的目的。以下结合附图详细描述各系统的结构。

（1）平台升降系统

参见图1，平台升降系统包括底座9、试验平台10、一个钢制铰链8以及支撑试件和驱动升降的垂直调节机构，在本实施例中采用最为简单且常见的升降螺帽12和螺杆13。沥青混合料试件测试需要的横向坡度，依靠螺帽的升降加以实现。

（2）密封系统

本发明的密封系统有如图1所示的水箱与水箱阀门之间设置的密封件14，该密封件是为了保证在测试前水箱阀门关闭时，水能被阀门密封于水箱内。为了保证在试验过程中，水箱阀门打开后水能全部流入沥青混合料试件表面，本发明在水箱与排水滤网之间衬有密封垫15。另外，输水软管与渗水收集箱、排水收集箱之间也设有管路连接头16，以保证竖向渗透过沥青混合料的水和横向排出沥青混合料的水能全部收集至测试量筒内。

（3）水量收集和测量系统

参见图1，水量收集和测量系统包括试件侧面排水收集箱3、渗水收集箱4、试件上表面排水收集箱18、输水软管7以及测试渗水体积的渗水量筒6、测试侧面排水体积的侧面排水量桶5、测试上表面排水体积的上表面排水量筒19。渗水收集箱4处于放置沥青混合料试件的内腔17下方，两者之间依靠排水滤网连接。试件侧面排水收集箱和试件上表面排水收集箱位于放置沥青混合料试件的内腔17左侧。

2、综合测试沥青混合料渗水和排水能力的试验方法

下面结合附图，通过实施例对本发明所述的沥青混合料渗水和排水能力测试装置的操作方法进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种沥青混合料的渗水和排水综合测试方法，包括如下步骤：

（1）沥青混合料板式试件的成型

考虑到实际沥青混凝土路面中，各结构层通常采用分层摊铺碾压的方式进行施工，各层的厚度一般在4cm～8cm。为了使得排水和渗水测试的沥青混合料试件尽可能的反映路面各结构层的实际情况，本发明采用实验室内轮碾方式成型的板式试件作为试验的对象。

根据需要测试的沥青混合料级配、沥青用量和空隙率，在实验室内进行沥青混合料的拌和，把拌和后的混合料放入到车辙试验板所用的钢制模具内，碾压成型沥青混合料的板式试件，尺寸为50mm×300mm×300mm。在常温下存放至少24h后脱模，获得沥青混合料的板式试件。

（2）沥青混合料试件的处理与安放

为了防止试验过程中水从板式试件的侧面溢出，选择板式试件中尺寸50mm×300mm的三个侧面，采用密封材料（玻璃腻子、油灰或橡皮泥）涂抹于表面，封住混合料表面的空隙，有条件时也可采用石蜡作为密封材料。把板式试件放入到测试仪的内腔中，放置时，未密封的试件侧面朝内，作为试件的排水侧面。

（3）排水和渗水量的测试

根据需要测试的横向坡度(°)，旋转升降螺帽，使其上升高度

(mm)，其中

。关闭水箱阀门，在测试仪水箱内注入质量为的水，迅速打开水箱阀门，并按动计时器，当水箱内的水全部排出时，记为秒；分别测试测试仪的试件表面排水收集桶、试件侧面排水收集桶和渗水收集桶中水的质量（g），分别记为

、

和

。

步骤三：以排渗水系数

评价沥青混合料的总体排渗水能力，以排水系数

和渗水系数

分别表征沥青混合料的排水和渗水能力，以

反映沥青混合料结构的保水能力

（4）试验结果的分析

以排渗水系数

评价沥青混合料的总体排渗水能力。

值越大，说明沥青混合料排水能力越强，渗水能力越差（密水性越好）。以排水系数

和渗水系数

分别表征沥青混合料的排水和渗水能力。以

反映沥青混合料结构的保水能力，

值越小，说明水能很容易的排出或渗透出混合料结构。沥青混合料较高的排水效率，要求具有较大

值和

值、较小的

和

值，也可根据这四个数值，进行不同沥青混合料综合排水效率的比较，从而对沥青混合料级配和沥青用量进行优选。

Claims (4)

1.一种同步测试沥青混合料渗水和排水能力的装置，其特征在于：包括试验平台升降系统以及水量收集和测量系统，所述平台升降系统包括基座以及试验平台，所述的试验平台与基座的一端由铰链连接，试验平台与基座的另一端之间连接一垂直调节机构，所述的试验平台包括一用于放置测试试件的内腔；所述的水量收集和测量系统包括水箱、试件上表面排水收集箱、试件侧面排水收集箱、试件下表面的渗水收集箱、输水软管以及渗水量桶、侧面排水量筒和上表面排水量桶，所述的水箱设置在内腔的上端，在水箱的底部设置有水箱阀门，所述的渗水收集箱设置在内腔的下端并与渗水量筒连接，所述的试件侧面排水收集箱设置在内腔的侧面并与侧面排水量筒连接，所述的试件上表面排水收集箱设置在所述的内腔侧面的上端并与所述的上表面排水量筒连接，在所述的水箱与内腔之间、内腔与渗水收集箱之间均设置有排水滤网。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的垂直调节机构由升降螺帽和螺杆组成，所述的试验平台套在所述的螺杆上，且下端与所述的升降螺帽接触。

3.、利用权利要求1所述的装置测试沥青混合料渗水和排水能力的方法，其特征包含以下步骤：

步骤一：根据需要测定的沥青混合料级配、沥青用量和空隙率要求制作沥青混合料板式试件；在板式试件的四个侧面中，选择三个侧面涂抹密封材料，封住混合料表面的空隙；

步骤二：以未涂抹密封材料的试件侧面作为排水侧面，把板式试件放入内腔中，通过垂直调节机构，调整测试的板式试件坡度；关闭水箱阀门，在水箱内注入质量为                                                

的水，迅速打开水箱阀门，并按动计时器，当水箱内的水全部排出时，记为

秒；分别测试测试仪的试件上表面排水量桶、侧面排水量桶和渗水量筒中水的质量，分别记为

、

和

；

步骤三：以排渗水系数

评价沥青混合料的总体排渗水能力，以排水系数和渗水系数

分别表征沥青混合料的排水和渗水能力，以

反映沥青混合料结构的保水能力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的密封材料为石蜡、玻璃腻子、油灰或橡皮泥。

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