CN102636401B

CN102636401B - 透水性沥青混合料水稳定性的测试装置及评价方法

Info

Publication number: CN102636401B
Application number: CN201210130509.9A
Authority: CN
Inventors: 田小革; 于斌
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: CN102636401A

Abstract

本发明公开了一种透水性沥青混合料水稳定性的测试装置及评价方法，包括测试容器、加载系统和连接于测试容器上的水浴恒温控制设备，容器中设置有待测试件容置区，加载系统包括与伺服加载试验机相连的加载杆和加载底座。本发明的评价方法包括：先组装测试装置；然后将待测试件称重并记录其质量G₁；开启水浴恒温控制设备在测试容器内形成水浴，达到设定温度后恒温；启动伺服加载试验机，对待测试件进行往复地动态加载；加载后若待测试件已松散，则为不合格；若未松散，则冲洗、烘干后进行称重记为G₂；根据公式计算出剥落率，剥落率值越大，则水稳定性越差。本发明具有结构简单、成本低、组装方便、测试精度高等优点。

Description

透水性沥青混合料水稳定性的测试装置及评价方法

技术领域

本发明属于沥青混合料性能评价技术领域，尤其涉及一种评价沥青混合料水稳定性的测试装置及评价方法。

背景技术

对于透水性沥青路面，其孔隙率大，内部空隙多且相互连通，雨水容易进入其结构内部，在雨量大时会饱水；雨后，部分雨水会由于横向排水不畅而停留在透水性沥青混合料的底部。当沥青混合料内部积水时，在高速行驶的车辆荷载的重复作用下，混合料内部会产生较大的动水压力，从而使透水性沥青混合料相对于密级配的沥青混合料而言，更易产生水损害。

现有技术中，对于沥青混合料的水稳定性评定一般采用浸水马歇尔法、冻融劈裂法、浸水车辙试验等方法。但是这些试验方法都存在一定的局限性，不能模仿混合料内部空隙中存在水时，由于行车荷载的快速碾压作用而产生的动水压力对沥青混合料的破坏作用。采用常规的试验方法和评价指标时常会出现评价指标合格、而实际工程中却易出现水损害的现象。因此，现有水稳定性评价方法并不能准确地模拟现实中的客观环境和条件，其测评结果的准确性有待提高，测评结论的可靠性不强。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、组装方便、测试精度高的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，还提供一种用该测试装置评价透水性沥青混合料水稳定性的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，包括测试容器、加载系统和水浴恒温控制设备，所述测试容器中设置有待测试件容置区，所述加载系统包括与伺服加载试验机相连的加载杆和加载底座，所述加载杆和加载底座形成的加载区位于所述待测试件容置区内；所述水浴恒温控制设备连接于所述测试容器上。

上述透水性沥青混合料水稳定性的测试装置中，所述待测试件容置区主要由固定于所述测试容器容腔底部的金属件合围而成，所述待测试件容置区的底部垫有模拟现实中所述透水性沥青混合料下方路面结构层的支撑件。

上述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置中，所述金属件优选包括沿一矩形四角分布的四个角铁件。

上述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置中，优选的，所述水浴恒温控制设备包括储水容器，储水容器外部设有温度控制器，设于所述储水容器容腔内的温度传感器和电阻式加热器与所述温度控制器连接；所述储水容器通过水管与所述测试容器的容腔连通，所述水管上设有微型高温水泵以形成水浴循环体系。

上述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置中，所述加载杆的端部优选设有用于加载待测试件的加载板，所述加载板下方设有缓冲垫；所述测试容器的底面外侧固接有与所述加载底座相嵌合的底座套。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述的测试装置评价透水性沥青混合料水稳定性的方法，包括以下步骤：

（1）组装测试装置：先利用所述测试容器上设置的底座套将测试容器套装在所述加载底座上，然后将所述加载杆安装到外设的伺服加载试验机上，使所述加载杆与加载底座的中间区域形成加载区，并使所述加载区位于所述待测试件容置区内；与此同时，用水管将所述测试容器的容腔与所述水浴恒温控制设备的储水容器连通；

（2）安放待测试件：根据现实中所述透水性沥青混合料下方路面结构层的不同，在所述待测试件容置区的底部放置支撑件；将成型好的待测试件称重，记录其质量G₁，然后将待测试件放到所述支撑件上；

（3）设定测试温度：开启所述水浴恒温控制设备，将所述储水容器中的温水引入到所述测试容器内，在测试容器内形成水浴，通过恒温水浴使待测试件的温度达到设定温度，并恒温至少1h；

（4）加载试验：启动所述伺服加载试验机（可以精密控制加载参数），通过所述加载系统对所述待测试件进行往复地动态加载，荷载大小为10KN～40KN，加载频率为1Hz～10Hz，连续加载时间为1h～4h；

（5）稳定性评价：加载试验完成后从所述测试容器中取出待测试件，若待测试件已松散，则直接评定为水稳定性不合格；若待测试件未松散，则对待测试件冲洗、烘干后进行称重，记为G₂；根据已记录的G₁和G₂，并通过以下公式计算出待测试件的剥落率BLL，根据所述剥落率BLL的大小评定透水性沥青混合料的水稳定性；剥落率BLL的值越大，则透水性沥青混合料的水稳定性越差；

剥落率计算公式为BLL=（G₁－G₂）/G₁×100%。

本发明的上述技术方案提出了一种能够更准确模拟行驶汽车对含水的透水性沥青路面作用的加载测试装置，并据此提出了相应的评价透水性沥青混合料水稳定性的方法和评定指标；本发明的评价方法对待测试件进行加载时，可以在待测试件内部产生动水压力，且其大小与实际行车荷载作用在路面结构中产生的动水压力大小非常相近。

与现有技术相比，本发明的优点特别体现在：

（1）采用伺服加载试验机对浸水的待测试件进行精确控制地快速、重复加载，可以有效模拟雨天及雨后行车作用在路面中产生的动水压力对沥青混合料的破坏作用。

（2）采用本发明的测试装置和评价方法可以充分考虑温度（水温的控制范围为：常温～100℃）对透水性沥青混合料的水稳定性的影响。

（3）本发明的测试装置和评价方法可以通过采用不同硬度的支撑件（例如硬橡胶块）来模拟透水路面下的路面结构对透水路面层的支撑作用。

（4）本发明的优选方案通过采用分离式的水浴恒温控制设备，可以保证待测试件内部及周围的水的温度均匀性，避免了直接在测试容器内加热时产生的各处温度不均匀的现象。

（5）本发明的优选方案中通过设置加载板及在加载板底部贴一层缓冲垫（例如硬橡胶垫），可以更好地模拟汽车轮胎对沥青混合料路面的作用。

综上所述，采用本发明的测试装置、评价方法及评价指标，可以较好地分辨出透水性沥青混合料的水稳定性的好坏，而且本发明的测试装置还可以用于研究沥青混合料在荷载应力和动水压力耦合作用下的破坏效应。

附图说明

图1为本发明实施例中透水性沥青混合料水稳定性的测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中安放待测试件后的测试容器的俯视图。

图例说明：

1. 水浴恒温控制设备； 11. 温度传感器； 12. 电阻式加热器； 13. 储水容器； 14. 温度控制器； 2. 测试容器； 21. 活动盖板； 3. 加载系统； 31. 加载杆； 32. 加载底座； 33. 加载板； 34. 缓冲垫； 4. 支撑件； 5. 角铁件； 6. 底座套； 7. 待测试件容置区； 8. 水管； 81. 进水管； 82. 出水管； 9. 微型高温水泵； 10. 待测试件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例：

一种如图1和图2所示的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，包括测试容器2、加载系统3和水浴恒温控制设备1。本实施例的测试容器2为一铁制长方体容器，测试容器2的底板尺寸为450mm×450mm，高度为300mm。测试容器2的顶部盖一块中心开口φ80mm的活动盖板21。

本实施例的测试容器2的中央区域（中心300mm×300mm区域）设置有待测试件容置区7用于固定待测试件10，待测试件容置区7主要由固定于测试容器2容腔底部的金属件合围而成，该金属件包括沿一矩形四角分布的四个角铁件5（竖向角钢），其高度为200mm，待测试件容置区7即四个角铁件5围成的矩形区域。待测试件容置区7的底部垫有模拟现实中透水性沥青混合料下方路面结构层的支撑件4。本实施例是通过选择不同硬度的厚橡胶块（300mm×300mm×100mm），以模拟透水沥青混凝土层底部的其它路面结构层对透水沥青混合料层的支撑作用。

本实施例的加载系统3包括与伺服加载试验机相连的加载杆31和加载底座32，加载杆31和加载底座32形成的加载区位于待测试件容置区7内的中心区域。加载杆31的端部设有用于加载待测试件的加载板33，加载板33采用φ100mm的钢板，加载板33下方设有缓冲垫34，本实施例的缓冲垫34为厚度20mm的橡胶块，以模拟轮胎对路面的加载。测试容器2的底面外侧固接有与加载底座32相嵌合的底座套6，底座套6为一外径为Φ200mm、内径为Φ150mm、深度为20mm的圆环，通过该圆环可套在伺服加载试验机的加载底座32上。

本实施例的水浴恒温控制设备1连接于测试容器2上。水浴恒温控制设备1包括储水容器13，储水容器13外部设有温度控制器14，设于储水容器13容腔内的温度传感器11和电阻式加热器12与温度控制器14连接；储水容器13的容腔通过两根水管8（即测试容器2的进水管81和出水管82，且进水管81的管口设于测试容器2底部，出水管82的管口设于测试容器2上部）与测试容器2的容腔连通，进水管81与储水容器13之间设有微型高温水泵9以形成水浴循环体系。

一种用本实施例的测试装置评价透水性沥青混合料水稳定性的方法，包括以下步骤：

（1）组装测试装置：先利用测试容器2上设置的底座套6将测试容器2套装在加载底座32上，然后将加载杆31安装到外设的伺服加载试验机上（加载杆31采用外螺纹与伺服加载试验机上的内螺纹连接），使加载杆31与加载底座32的中间区域形成加载区，并使加载区位于待测试件容置区7内；与此同时，用水管8将测试容器2的容腔与水浴恒温控制设备1的储水容器13连通；

（2）安放待测试件：根据现实中透水性沥青混合料下方路面结构层的不同，在待测试件容置区7的底部放置支撑件4，本实施例选用的支撑件4为一适当硬度的长方体硬橡胶块（300mm×300mm×厚100mm），该硬橡胶块置于四个角铁件5（角钢）围成的矩形区域中；将成型好的透水性沥青混合料的车辙板待测试件10（300mm×300mm×50mm）称重，记录其质量G₁，然后将待测试件10放到支撑件4上；

（3）设定测试温度：开启水浴恒温控制设备1，将储水容器13中的温水引入到测试容器2内，在测试容器2内形成水浴，通过恒温水浴使待测试件10的温度达到设定温度60℃，并恒温至少1h，使试件内部温度均达到设定的温度；

（4）加载试验：启动伺服加载试验机，通过加载系统3对待测试件10进行往复地动态加载，荷载大小为20KN，加载频率为10Hz，连续加载时间为2h；

（5）稳定性评价：加载试验完成后关闭微型高温水泵9，关闭水浴循环，从测试容器2中取出待测试件10（若待测试件10已松散，则直接评定为水稳定性不合格）；若待测试件10未松散，则对待测试件10用水冲洗，配合毛刷轻轻地刷去待测试件表面的浮浆，然后放入温度为105℃的烘箱中，烘干至恒重；烘干后进行称重，记为G₂；根据已记录的G₁和G₂，并通过以下公式计算出待测试件10的剥落率BLL，根据剥落率BLL的大小评定透水性沥青混合料的水稳定性；剥落率BLL的值越大，则透水性沥青混合料的水稳定性越差；

剥落率计算公式为BLL=（G₁－G₂）/G₁×100%。

采用上述本实施例的方法分别对试件编号为1、2、3的待测试件10进行评价，本实施例的评价方法与常规浸水马歇尔试验法的对比评价结果如下表1所示。

（表1为本实施例的评价方法与常规浸水马歇尔试验法的对比评价结果）。

测试方法	浸水马歇尔试验法	浸水马歇尔试验法	本实施例方法
				试件编号	残留稳定度	评价结果	剥落率BLL
1	86%	合格	完全松散
				2	90.70%	合格	6%
3	87.6	合格	11.60%

从上表1可以看出，当采用常规的浸水马歇尔试验法去评价三个沥青混合料待测试件的水稳定性时，评定结果全部为合格，但采用本发明的方法进行试验评价时却存在不合格、甚至完全松散的现象。根据待测试件实际应用的效果，本发明的方法相对于浸水马歇尔试验法，可以更加合理地评价沥青混合料的水稳定性。

Claims

1.一种透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，包括测试容器（2）、加载系统（3）和水浴恒温控制设备（1），其特征在于：所述测试容器中设置有待测试件容置区（7），所述加载系统（3）包括与伺服加载试验机相连的加载杆（31）和加载底座（32），所述加载杆（31）和加载底座（32）形成的加载区位于所述待测试件容置区（7）内；所述水浴恒温控制设备（1）连接于所述测试容器（2）上，所述待测试件容置区（7）主要由固定于所述测试容器（2）容腔底部的金属件合围而成，所述待测试件容置区（7）的底部垫有模拟现实中所述透水性沥青混合料下方路面结构层的支撑件（4）。

2.根据权利要求1所述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，其特征在于：所述金属件包括沿一矩形四角分布的四个角铁件（5）。

3.根据权利要求1或2所述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，其特征在于：所述水浴恒温控制设备（1）包括储水容器（13），储水容器（13）外部设有温度控制器（14），设于所述储水容器（13）容腔内的温度传感器（11）和电阻式加热器（12）与所述温度控制器（14）连接；所述储水容器（13）通过水管（8）与所述测试容器（2）的容腔连通，所述水管（8）上设有微型高温水泵（9）以形成水浴循环体系。

4.根据权利要求1或2所述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，其特征在于：所述加载杆（31）的端部设有用于加载待测试件（10）的加载板（33），所述加载板（33）下方设有缓冲垫（34）；所述测试容器（2）的底面外侧固接有与所述加载底座（32）相嵌合的底座套（6）。

5.根据权利要求3所述的透水性沥青混合料水稳定性的测试装置，其特征在于：所述加载杆（31）的端部设有用于加载待测试件（10）的加载板（33），所述加载板（33）下方设有缓冲垫（34）；所述测试容器（2）的底面外侧固接有与所述加载底座（32）相嵌合的底座套（6）。

6.一种用如权利要求5所述的测试装置评价透水性沥青混合料水稳定性的方法，包括以下步骤：

（1）组装测试装置：先利用所述测试容器（2）上设置的底座套（6）将测试容器（2）套装在所述加载底座（32）上，然后将所述加载杆（31）安装到外设的伺服加载试验机上，使所述加载杆（31）与加载底座（32）的中间区域形成加载区，并使所述加载区位于所述待测试件容置区（7）内；与此同时，用水管（8）将所述测试容器（2）的容腔与所述水浴恒温控制设备（1）的储水容器（13）连通；

（2）安放待测试件：根据现实中所述透水性沥青混合料下方路面结构层的不同，在所述待测试件容置区（7）的底部放置支撑件（4）；将成型好的待测试件（10）称重，记录其质量G₁，然后将待测试件（10）放到所述支撑件（4）上；

（3）设定测试温度：开启所述水浴恒温控制设备（1），将所述储水容器（13）中的温水引入到所述测试容器（2）内，在测试容器（2）内形成水浴，通过恒温水浴使待测试件（10）的温度达到设定温度，并恒温至少1h；

（4）加载试验：启动所述伺服加载试验机，通过所述加载系统（3）对所述待测试件（10）进行往复地动态加载，荷载大小为10KN～40KN，加载频率为1Hz～10Hz，连续加载时间为1h～4h；

（5）稳定性评价：加载试验完成后从所述测试容器（2）中取出待测试件（10），若待测试件（10）已松散，则直接评定为水稳定性不合格；若待测试件（10）未松散，则对待测试件（10）冲洗、烘干后进行称重，记为G₂；根据已记录的G₁和G₂，并通过以下公式计算出待测试件（10）的剥落率BLL，根据所述剥落率BLL的大小评定透水性沥青混合料的水稳定性；剥落率BLL的值越大，则透水性沥青混合料的水稳定性越差；

BLL=（G₁－G₂）/G₁×100%。