CN104677800B - 一种模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备及方法。包括模拟降水系统设备、试验台及试验台支撑架、试件夹具、测量降水高度的标尺、收集排水装置。以定量模拟不同降水型式、路面横坡、降水高度、水在沥青路面中的竖向和侧向流动，从而解决了大孔隙排水沥青路面的实际排水能力测试问。本发明所述试验设备弥补现有试验规程测试沥青混合料试件渗水系数时无倾角、测试过程时间受限、无法模拟不同降水型式、无法控制降水流速、降水压强的缺陷，充分、有效模拟不同降水型式下大孔隙排水沥青路面的真实侧向排水能力和竖向排水能力。

Description

一种模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备及方法

技术领域

本发明属于交通运输公路工程技术领域，具体是一种模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备及方法。

背景技术

沥青路面大多由于压实度不足，排水设施不完善或空隙率分布不均匀以及裂缝等原因常常导致自由水浸入沥青路面结构层内。大量的路面损坏状况调查和路面使用经验表明，进入路面内部的自由水是造成或加速路面损坏的重要原因，这些自由水会长时间积滞留在路面结构内部，车辆在高速运行时产生动水压力，冲刷结构层，加速路面破坏，使路面网裂变形，产生坑洞，加剧路基和路面结构的损坏，使结构承载力降低，变形增加，从而缩短道路的使用寿命。因此水损害是造成沥青路面早期损害的主要原因之一。针对沥青路面早期水损害的问题，其中有效的解决方式之一就是设置良好的排水层，以排除多余的路表水，减轻路面的早期水损，保证路面良好的使用性能和行车安全。

大孔隙排水沥青路面是指空隙率为18～22％的沥青路面，可以使得路表积水不经排水设施而直接从路面结构中下渗而迅速从边缘排除，减少溅水、喷雾等危害的发生，增加路表摩擦系数及路面抗车辙能力，进一步增加行车安全。因此，侧向以及垂直方向的排水能力准确测定对于评价大孔隙排水沥青路面的功能性起到关键性作用。

目前，我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》规定了沥青混合料渗水试验规程，T 0730-2011。

根据T 0730-2011试验规程，采用路面渗水系数测定仪(也称路面渗水仪)来对路面渗水系数进行测定。测定方法：测定量筒中水面下降从100ml至500ml的时间差，路面渗水系数一般用路面单位时间内渗入的水的体积来表示，其单位一般为毫升/分钟(ml/min)。

现有的渗水试验仪器准确性和稳定性不高，没有考虑到试件与量筒之间的尺寸误差带来的影响。现有的渗水试验仪器无法准确模拟面对不同降水型式下大孔隙排水沥青路面的排水情况，无法准确评估实际路面具有不同横坡情况下的侧向排水情况，无法控制水下降的高度、流速、流量和压强等指标。

在现有技术中，尚没有适用于大孔隙沥青排水路面的具有模拟降水型式的侧向排水能力测试设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种能模拟不同降水型式的测量大孔隙排水沥青路面排水能力的设备及方法，以定量模拟不同降水型式、路面横坡、水流下降高度、水在沥青路面中的竖向和侧向流动，从而解决了大孔隙排水沥青路面的实际排水能力测试问。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的一种模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备包括模拟降水系统设备、试验台及试验台支撑架、试件夹具、测量降水高度的标尺、收集排水装置；其中，模拟降水系统设备包括流量显示控制器、流速显示控制器、水压显示控制器、水温显示控制器、计时器，模拟降水系统设备连接水管和出水板；试件夹具安装于试验台上能固定试件的适当位置，标尺置于试验台上，收集降水水量装置置于试验台的下面，模拟降水系统设备连接的出水板置于试件的上面；试验台与收集排水装置对应的位置设有可折叠伸缩盖板，乳胶出水管一端连接在试件上，另一端通过可折叠伸缩盖板预留缝隙接触收集排水装置，在每个试验台支撑架上装有试验台高度调节器。

流量显示控制器用于实时显示试验过程中降水量变化，并可设置试验过程中降水量大小；流速显示控制器用于实时显示试验过程中降水速度，并可设置试验过程中的降水速度；水压显示控制器用于实时显示试验过程中降水压强，并可设置试验过程中的降水压强；水温显示控制器用于实时显示试验过程中降水温度，并可设置试验过程中的水温，温度范围为1～25℃；计时器用于记录试验时间；水管连接模拟降水系统设备和出水板，用于流通水流；出水板通过水管，用于降水；试件夹具可以调节试件四个端点高度从而模拟路面横坡倾角；试验台及试验台支撑架配有试验台高度调节器可以调节试验台高度，用于调整降水高度；可折叠伸缩盖板置可以折叠收起至左右两端，也可以从左右向中间铺平为乳胶出水管预留缝隙，测量侧向排水能力时盖板铺平，测量竖向排水能力时盖板折叠收起；乳胶出水管在测量侧向排水能力时一端连接在试件上，另一端通过铺平的盖板预留缝隙连接收集排水装置；测量降水高度的标尺可以测量降水高度和计算试件倾角；收集排水装置用于计量排水水量。

本发明通过对模拟降水型式控制系统装置、试验台及试验台支撑架、试件夹具、测量降水高度的标尺、收集排水装置的整合，实现了对降水型式、路面横坡和排水沥青层下铺防水粘结层后排水情况的有效模拟。利用该整合后的装置设备，通过计量降水总量，控制水压、流速、水温，对大孔隙沥青混合料车辙板在一定时间内侧向排出的水量进行测量，计算试件侧向排水系数与降水系数的比值，得到大孔隙沥青路面的侧向排水效率，以评价在不同降水型式下大孔隙沥青路面的侧向排水能力；通过计量降水总量，控制水压、流速、水温，对大孔隙沥青混合料车辙板在一定时间内竖向排出的水量进行测量，计算试件排水体积与时间的比值，得到大孔隙沥青路面的竖向排水系数和竖向排水效率，以评价在不同降水型式下大孔隙沥青路面的竖向排水能力。

所述试验方法按照如下步骤实现的：

(1)、在去上表面和一个单向侧面以外，四面涂防水涂料；打开模拟降水系统开关；通过调节水温显示控制器，对试验过程要求的水温进行设置并保温；调节水压显示控制器设置试验要求水压；调节流速显示控制器设置试验要求流速；调节流量显示控制器设置流量状态为无穷大；将试件通过试件夹具固定位置，通过试验要求倾角，利用三角函数计算试件左右段高差，用标尺调节高度；通过试验台高度调节器调整试验台的高度至试验要求降水高度；利用具有束紧功能乳胶出水管的一端，套住试件未涂防水涂料的一侧，另一端置入收集排水装置，调节可折叠伸缩塑料盖板，只预留乳胶出水管的空隙收集侧向排水；打开阀门，计时器自动开始计时；降水系统经水管、出水板开始降水；关闭阀门，计时器自动记录试验时间t；流量显示控制器显示试验总流出水量V_降；收集排水装置测量侧向排水量V_排；通过公式计算得出降水系数；通过公式计算得出侧向排水系数C_侧排；通过计算得出具有横坡倾角的路面在一定时间内侧向排水效率N_侧排，有效测得固定水温、水压、流速、降水高度状态下，试件的侧向排水效率和排水系数，以评价不同降雨形式下的路面侧向排水能力。

(2、)车辙板试件无需涂防水涂料；可折叠伸缩塑料盖板全部折叠收拢至左、右两端；车辙板试件固定无倾角；通过所述公式计算得出竖向排水系数，通过所述公式计算得出竖向排水效率。有效测得不同水温、水压、流速、流量、降水高度状态下，试件的竖向排水系数和竖向排水效率，以评价不同降雨形式下的路面竖向排水能力。

式中：C_降，为降水系数；

V_降，为降水总流量；

t，为试验时间；

C_侧排，为侧向排水系数；

V_侧排，为侧向排水量；

N_侧排，为侧向排水效率；

C_竖排，为竖向排水系数；

V_竖排，为竖向排水量；

N_竖排，为竖向排水效率。

本发明带来的有益效果是：

本发明所述试验设备弥补现有试验规程测试沥青混合料试件渗水系数时无倾角、测试过程时间受限、无法模拟不同降水型式、无法控制降水流速、无法调节降水压强和无法调整降水温度的缺陷，充分、有效模拟不同降水型式下大孔隙排水沥青路面的真实侧向排水能力和竖向排水能力，能够满足在不同情形下的实际测量需求，具有良好的经济效益、较强的实用价值和广阔的应用市场。。

附图说明

图1为本发明的试验设备结构示意图。

图2为本发明的试验设备中可伸缩盖板的平面结构示意图。

图3为本发明的试验设备中可伸缩盖板的剖面示意图。

图4为本发明的试验设备中出水板的结构平面示意图。

图中：1为试件(轮碾法成型的沥青混合料车辙板)，2为防水涂料，3为乳胶出水管，4为可折叠伸缩塑料盖板，5为试件夹具，6为标尺，7为试验台高度调节器，8为试验台，9为试验台支撑架，10为收集排水装置，11为出水板(11-1为出水孔)，12为水管，13为计时器，14为阀门，15为模拟降水系统设备，16为流量显示控制器，17为流速显示控制器，18为水压显示控制器，19为水温显示控制器。

具体实施方式

结合图1～4具体说明本实施方式。如图1所示，本发明的模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备包括模拟降水系统设备15、试验台4及试验台支撑架9、试件夹具5、测量降水高度的标尺6、收集排水装置10；其中，模拟降水系统设备包括流量显示控制器16、流速显示控制器17、水压显示控制器18、水温显示控制器19、计时器13，模拟降水系统设备连接水管12和出水板11，出水板上分布若干出水孔11-1，如图4所示；试件夹具安装于试验台8上能固定试件的适当位置，标尺置于试验台上，收集排水装置10置于试验台的下面，模拟降水系统设备连接的出水板11置于试件1(轮碾法成型的沥青混合料车辙板)的上面；试验台与收集排水装置对应的位置设有可折叠伸缩塑料盖板4，如图2、3所示，乳胶出水管3一端连接在试件1上，另一端通过可折叠伸缩盖板4预留缝隙接触收集排水装置10；在每个试验台支撑架9上装有试验台高度调节器7。

所述的流量显示控制器16，由内置流量传感器、接入器、监控设备、节流阀组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水量变化，并可设置试验过程中降水量，范围为0～∞L；

所述的流速显示控制器17，由内置旋转驱动控制信号进行控制的线性致动器来调节阀门的升降量，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水速率，并可设置试验过程中的降水速率，范围为0～140mm/h；

所述的水压显示控制器18，由水压腔、电极接通装置组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水压强，并可设置试验过程中的降水压强0～300kpa；

所述的水温显示控制器19，由温度传感器、单主机、执行器组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水温度，并可设置试验过程中的水温，温度范围为1～25℃；

所述的计时器13，由传感器、执行器、秒表组成，可采用现有装置，可以自动记录试验时间；

所述试件夹具5，共有四个，分为上下移动装置，可调整高度，固定夹具夹头可实现水平面360°旋转，垂直面180°旋转，通过四个试件夹具的高度、角度可固定试件处于不同位置，实现模拟路面横坡倾角。

所述试验台高度调节器7，共有四个，为螺旋升降固定方式，由带有螺纹的支撑架9、松紧螺母实现高度固定，将不同高度位置的试验台进行固定，实现试验台高度调节。

试验方法：

实施例1：试验前，采用轮碾法成型车辙板试件1，试件除去上表面和一个单向侧面以外，四面涂防水涂料2；打开模拟降水系统开关；通过调节水温显示控制器19，对试验过程要求的水温进行设置并保温，温度范围为1～25℃；调节水压显示控制器18设置试验要求水压；调节流速显示控制器17设置试验要求流速；调节流量显示控制器16设置流量状态为无穷大；将试件通过试件夹具5固定位置，通过试验要求倾角，利用三角函数计算试件左右段高差，用标尺6调节高度；通过试验台高度调节器7调整试验台8的高度，通过标尺6调节至试验要求降水高度；利用具有束紧功能乳胶出水管3的一端，套住试件未涂防水涂料的一侧，另一端置入收集排水装置10，起到有效、准确收集侧向排水的作用；调节可折叠伸缩塑料盖板4，只预留乳胶出水管3的空隙，起到防止未从侧面排出的水流入收集排水装置10的作用；打开阀门14，计时器13自动开始计时；降水系统经水管12、出水板11开始降水；关闭阀门14，计时器自动记录试验时间t；流量显示控制器16显示试验总流出水量V_降；收集排水装置10测量侧向排水量V_排；通过公式计算得出降水系数C_降；通过公式计算得出侧向排水系数C_侧排；通过公式计算得出具有横坡倾角的路面在一定时间内侧向排水效率N_侧排。可有效测得不同水温、水压、流速、降水高度状态下，试件的侧向排水系数和侧向排水效率，以评价不同降雨形式下的路面侧向排水能力。

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是，车辙板试件1无需涂防水涂料；可折叠伸缩塑料盖板4全部折叠收拢至左、右两端；车辙板试件1固定无倾角；通过公式 计算得出竖向排水系数，通过公式计算得出竖向排水效率。有效测得不同水温、水压、流速、流量、降水高度状态下，试件的竖向排水系数和竖向排水效率，以评价不同降雨形式下的路面竖向排水能力。

式中：C_降，为降水系数；V_降，为降水总流量；t，为试验时间；C_侧排，为侧向排水系数；V_侧排，为侧向排水量；N_侧排，为侧向排水效率；C_竖排，为竖向排水系数；V_竖排，为竖向排水量；N_竖排，为竖向排水效率。

Claims (4)

1.一种设备模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验的方法，该设备包括模拟降水系统设备、试验台及试验台支撑架、试件夹具、测量降水高度的标尺、收集排水装置；其中，模拟降水系统设备包括流量显示控制器、流速显示控制器、水压显示控制器、水温显示控制器、计时器，模拟降水系统设备连接水管和出水板；试件夹具安装于试验台上能固定试件的适当位置，标尺置于试验台上，收集降水水量装置置于试验台的下面，模拟降水系统设备连接的出水板置于试件的上面；试验台与收集排水装置对应的位置设有可折叠伸缩盖板，乳胶出水管一端连接在试件上，另一端通过可折叠伸缩盖板预留缝隙连接收集排水装置；在每个试验台支撑架上装有试验台高度调节器；其特征在于按以下进行：

(1)、在去上表面和一个单向侧面以外，四面涂防水涂料；打开模拟降水系统开关；通过调节水温显示控制器，对试验过程要求的水温进行设置并保温；调节水压显示控制器设置试验要求水压；调节流速显示控制器设置试验要求流速；调节流量显示控制器设置流量状态为无穷大；将试件通过试件夹具固定位置，通过试验要求倾角，利用三角函数计算试件左右段高差，用标尺调节高度；通过试验台高度调节器调整试验台的高度至试验要求降水高度；利用具有束紧功能乳胶出水管的一端，套住试件未涂防水涂料的一侧，另一端置入收集排水装置，调节可折叠伸缩塑料盖板，只预留乳胶出水管的空隙收集侧向排水；打开阀门，计时器自动开始计时；降水系统经水管、出水板开始降水；关闭阀门，计时器自动记录试验时间t；流量显示控制器显示试验总流出水量V_降；收集排水装置测量侧向排水量V_排；通过公式计算得出降水系数；通过公式计算得出侧向排水系数C_侧排；通过计算得出具有横坡倾角的路面在一定时间内侧向排水效率N_侧排，有效测得固定水温、水压、流速、降水高度状态下，试件的侧向排水效率和侧向排水系数，以评价不同降雨形式下的路面侧向排水能力；

(2)、车辙板试件无需涂防水涂料；可折叠伸缩塑料盖板全部折叠收拢至左、右两端；车辙板试件固定无倾角；通过公式计算得出竖向排水系数，通过公式计算得出竖向排水效率；

有效测得不同水温、水压、流速、流量、降水高度状态下，试件的竖向排水系数和竖向排水效率，以评价不同降雨形式下的路面竖向排水能力；

式中：C_降，为降水系数；

V_降，为降水总流量；

t，为试验时间；

C_侧排，为侧向排水系数；

V_侧排，为侧向排水量；

N_侧排，为侧向排水效率；

C_竖排，为竖向排水系数；

V_竖排，为竖向排水量；

N_竖排，为竖向排水效率。

2.据权利要求1所述的模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验的方法，其特征在于所述的流速显示控制器采用的流速范围为0～140mm/h。

3.根据权利要求1所述的模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验的方法，其特征在于所述的水温显示控制器采用的温度范围为1～25℃。

4.根据权利要求1所述的模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验的方法，其特征在于所述的水压显示控制器采用的压强范围为0～300kPa。