CN105699269B - 沥青混合料多向恒压渗流测试装置 - Google Patents
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Abstract
沥青混合料多向恒压渗流测试装置，本发明涉及沥青渗流测试装置，本发明为解决现有技术中渗水仪为变水头渗水仪，且最大水头高度仅为0.5m，无法实现渗透水压的恒定，也无法模拟车辆荷载产生的高水头水压力条件下的渗透，且水流在沥青混合料内部的分向渗流也无法进行研究的问题，它包括渗水机构、渗水机构放置槽、接水槽、水压管组件、水箱、水箱支架、电脑控制元件、蠕动泵、第一水位测量传感器、量筒、第二水位测量传感器和硅胶软管，渗水机构设置在渗水机构放置槽内，渗水机构放置槽和量筒均设置在接水槽内，水压管组件与渗水机构连通，水箱与水压管组件连通，水箱与蠕动泵连通，接水槽与蠕动泵的入水口连通，本发明用于混合料渗流测试领域。
Description
技术领域
本发明涉及沥青渗流测试装置，具体涉及沥青混合料多向恒压渗流测试装置。
背景技术
水损坏是危害公路的主要因素，也是沥青混凝土路面早期损坏的主要原因之一，所谓沥青路面的水损坏，即沥青路面在存在水分的条件下，经受交通荷载和温度缩胀的反复作用，水分逐渐侵入到沥青与集料的界面上，由于水动力作用，沥青膜逐渐从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏的过程。水损坏破坏的一个主要原因是沥青面层存在渗水现象，因此对沥青路面渗水原因加以分析并进行防治对策研究，将对减轻沥青路面水损坏，延长沥青路面的使用年限有十分重要的意义。
水在沥青路面内的渗流根据渗流走向可以分为3种形式：1、上下联通式的透水，孔隙上下联通，水从表面的孔隙直接通过表面层流入下一级的表面层，甚至直接进入基层，这种情况在做渗水试验时表现为渗流量很大；2、水平方向的渗流，孔隙水平联通，水从表面孔隙进入，在路面结构层里面蜿蜒行进，最后从侧壁孔隙流出；3、复合式透水，既有上下联通式的透水也有水平方向的透水。而在实际路面水渗流中，多数为复合式的透水，单一水平方向与竖直方向的透水很少。
目前国内在沥青混凝土渗水方面的研究较少，实验所用的仪器也很单一，沥青混凝土路面渗水仪多采用《沥青路面渗路面渗水量测定仪、路面渗水仪、路面水分渗透仪水测定方法及指标要求》中规定的渗水仪，该渗水仪可以实现沥青路面渗水系数的现场测定，以及碾压成型的沥青混合料试件渗水系数的测定。但该渗水仪为变水头渗水仪，且最大水头高度仅为0.5m，无法实现渗透水压的恒定，也无法模拟车辆荷载产生的高水头水压力条件下的渗透试验，同时，关于水流在沥青混合料内部的分向渗流也无法进行研究。
发明内容
本发明为解决现有技术中渗水仪为变水头渗水仪，且最大水头高度仅为0.5m，无法实现渗透水压的恒定，也无法模拟车辆荷载产生的高水头水压力条件下的渗透，且水流在沥青混合料内部的分向渗流也无法进行研究的问题，进而提供沥青混合料多向恒压渗流测试装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括渗水机构、渗水机构放置槽、接水槽、水压管组件、水箱、水箱支架、电脑控制元件、蠕动泵、第一水位测量传感器、量筒、第二水位测量传感器和两个硅胶软管，渗水机构设置在渗水机构放置槽内，渗水机构放置槽和量筒均设置在接水槽内，渗水机构放置槽的侧壁设有放置槽出水管，且放置槽出水管的出水端设置在量筒入水口的上方，水压管组件的出水端与渗水机构连通，水箱固定安装在水箱支架上，水箱的底端通过一个硅胶软管与水压管组件连通，水箱通过另一个硅胶软管与蠕动泵的出水口连通，靠近接水槽低端的侧壁与蠕动泵的入水口连通，第一水位测量传感器设置在量筒内，第二水位测量传感器设置在水箱内，蠕动泵、第一水位测量传感器和第二水位测量传感器均与电脑控制元件连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明可以实现对沥青混合料试件横向渗流，竖向渗流以及整体渗流的分向研究；同时可以改变渗流水压，可以测定沥青试件在不同水压下的渗流系数；实验装置可实现自动化，减少人为因素对实验结果的干扰，本发明通过渗水机构改变底座与橡胶密封套的配合，实现对沥青混合料试件横向渗流，竖向渗流以及整体渗流的研究，通过水压管组件、蠕动泵和第一水位测量传感器保证了渗流最高液面的稳定，从而实现渗水压力的稳定，通过改变水箱的高度以及水箱中液面的高度可以实现在不同高度水压下渗流，通过电脑控制元件控制蠕动泵和第一水位测量传感器通知水箱内的水量，同时通过电脑控制元件测得第二水位测量传感器的渗出的水量得出沥青试件的渗流系数。
2、本发明的创新点在于：通过螺栓顶紧组件实现了对沥青试件的固定；通过选择多个有机玻璃垫块、橡胶垫块和第一顶紧螺栓或橡胶垫片、有机玻璃垫片和第二顶紧螺栓实现对沥青试件不同方向的渗流实验，
3、本发明可以实现分别对沥青试件在不同水力坡度下的整体渗流，横向渗流以及竖向渗流实验；解决了实验过程中沥青试件的固定及密封问题；可实现在水压恒定条件下对沥青试件渗流性质的研究实验。
附图说明
图1是本发明整体结构主视图，图2是本发明渗水机构1的整体结构主视图，图3是一个有机玻璃垫块1-9和一个橡胶垫块1-10安装在第一顶紧螺栓1-11上的示意图，图4是橡胶垫片1-12和有机玻璃垫片1-13安装在第二顶紧螺栓1-14上的示意图，图5是沥青混合料整体渗透试验的示意图，箭头方向为渗透方向，图6是沥青混合料横向渗透试验的示意图，箭头方向为渗透方向，图7是沥青混合料竖向渗透试验的示意图，箭头方向为渗透方向。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述沥青混合料多向恒压渗流测试装置，它包括渗水机构1、渗水机构放置槽2、接水槽3、水压管组件4、水箱5、水箱支架6、电脑控制元件7、蠕动泵8、第一水位测量传感器10、量筒11、第二水位测量传感器12和两个硅胶软管9，渗水机构1设置在渗水机构放置槽2内，渗水机构放置槽2和量筒11均设置在接水槽3内，渗水机构放置槽2的侧壁设有放置槽出水管，且放置槽出水管的出水端设置在量筒11入水口的上方，水压管组件4的出水端与渗水机构1连通，水箱5固定安装在水箱支架6上，水箱5的底端通过一个硅胶软管9与水压管组件4连通，水箱5通过另一个硅胶软管9与蠕动泵8的出水口连通，靠近接水槽3低端的侧壁与蠕动泵8的入水口连通，第一水位测量传感器10设置在量筒11内，第二水位测量传感器12设置在水箱5内，蠕动泵8、第一水位测量传感器10和第二水位测量传感器12均与电脑控制元件7连接，通过电脑控制元件7得出第一水位测量传感器10和第二水位测量传感器12测量水的流量，并通过电脑控制元件7控制蠕动泵8开启和关闭。
结合图2说明所述渗水机构1包括底座1-1、固定连接件1-2、水压管连接件1-3、橡胶密封套1-7、两个橡胶垫圈1-8、多个连接螺栓1-4和螺栓顶紧组件1-5，固定连接件1-2包括圆形筒体和两个法兰，圆形筒体竖直设置，一个法兰固定安装在圆形筒体的顶端，另一个法兰安装在圆形筒体的底端，位于圆形筒体底端的法兰通过多个连接螺栓1-4与底座1-1固定连接，位于圆形筒体顶端的法兰通过多个连接螺栓1-4与水压管连接件1-3固定连接，且位于圆形筒体底端的法兰与底座1-1之间设有一个橡胶垫圈1-8，位于圆形筒体顶端的法兰与水压管连接件1-3之间设有一个橡胶垫圈1-8，橡胶密封套1-7套装扣在沥青试件1-6上，橡胶密封套1-7底端的开口端包裹在沥青试件1-6下方的边缘处，位于沥青试件1-6上方的橡胶密封套1-7上加工有豁口，沥青试件1-6设置在固定连接件1-2的圆形筒体内，位于沥青试件1-6上方的橡胶密封套1-7顶在水压管连接件1-3和固定连接件1-2之间橡胶垫圈1-8的下端面上，底座1-1的座板上加工有通孔，螺栓顶紧组件1-5固定在底座1-1的座板上，且螺栓顶紧组件1-5的顶端顶在沥青试件1-6下方的橡胶密封套1-7上，水压管连接件1-3的顶端与水压管组件4连通，通过有机玻璃垫块1-9、多个橡胶垫块1-10和多个第一顶紧螺栓1-11挤压沥青试件1-6进行竖向渗透试验,将包裹在沥青试件1-6上的橡胶密封套1-7取下通过有机玻璃垫块1-9、多个橡胶垫块1-10和多个第一顶紧螺栓1-11挤压沥青试件1-6进行整体渗透试验。
结合图3说明所述螺栓顶紧组件1-5包括多个有机玻璃垫块1-9、多个橡胶垫块1-10和多个第一顶紧螺栓1-11，多个第一顶紧螺栓1-11圆周方向安装在底座1-1的座板上，每个第一顶紧螺栓1-11的螺纹端设置在底座1-1的座板的上方，每个第一顶紧螺栓1-11的螺头设置在底座1-1座板的下方，每个第一顶紧螺栓1-11顶端的由下向上依次设有一个有机玻璃垫块1-9和一个橡胶垫块1-10，每个橡胶垫块1-10的顶端顶在沥青试件1-6下方的橡胶密封套1-7上，通过橡胶垫片1-12、有机玻璃垫片1-13和多个第二顶紧螺栓1-14挤压沥青试件1-6进行横向渗透试验。
结合图4说明所述螺栓顶紧组件1-5包括橡胶垫片1-12、有机玻璃垫片1-13和多个第二顶紧螺栓1-14，多个第二顶紧螺栓1-14圆周方向安装在底座1-1的座板上，每个第二顶紧螺栓1-14的螺纹端设置在底座1-1的座板的上方，每个第二顶紧螺栓1-14的螺头设置在底座1-1座板的下方，有机玻璃垫片1-13设置在多个第二顶紧螺栓1-14的上方，橡胶垫片1-12设置在有机玻璃垫片1-13的上方，橡胶垫片1-12的上端面顶在沥青试件1-6下方的橡胶密封套1-7上。
结合图1说明所述水压管组件4包括多个水压管4-1和多个水压管注水管4-2，每个水压管4-1的顶端加工有一个螺纹接头，每个水压管4-1的底端加工有外螺纹，每个水压管4-1的侧壁安装有一个水压管注水管4-2，水压管注水管4-2的一端与水压管4-1连通，多个水压管4-1由上至下通过螺纹连接组成一个竖直的管，且位于下方的一个水压管4-1的底端通过螺纹连接安装在水压管连接件1-3的顶端上，水压管注水管4-2通过塞子密封，位于上方的水压管注水管4-2通过硅胶软管9与水箱5连通。
工作原理
本发明是依据多孔介质的张力入渗原理设计并实施的一种测试沥青混凝土渗流特性的室内小型研究级试验装置。
沥青混凝土是一种非均质、各向异性的多孔介质，大量研究表明沥青混合料试件在不同方向的渗透性不同，本发明可自动进行沥青混凝土整体、横向和竖向渗透试验，进行不同方向渗流试验时，试件的安放及具体工作过程如下，由图5-图7可得：
沥青混合料不同方向的渗透试验表征了其在不同方向的渗透性，整体渗透试验是允许水在竖直方向和水平方向同时穿过沥青混合料试件，测试结果可以作为沥青混合料竖向和横向渗透性的综合表征；横向渗透试验中，水可以在试件内部水平和竖向流动，最终从试件侧面流出，该过程中水平方向渗流占主导作用，主要表征沥青混合料的横向渗透性；竖向渗透试验中，水仅可以竖向流动，测试结果表征沥青混合料的竖向渗透性。
依据沥青混合料渗流速度和渗流流量之间的关系，其各方向渗流速度的计算公式如下：
式中，Vt、Vh、Vv分别代表整体、横向和竖向渗流速度，单位为m/s；Qt、Qh、Qv依次是整体、横向和竖向渗流的流量，单位是m3/s；m、h是水头高度，单位是m；D是试件的直径，单位为m。
Claims (4)
1.沥青混合料多向恒压渗流测试装置，其特征在于：它包括渗水机构(1)、渗水机构放置槽(2)、接水槽(3)、水压管组件(4)、水箱(5)、水箱支架(6)、电脑控制元件(7)、蠕动泵(8)、第一水位测量传感器(10)、量筒(11)、第二水位测量传感器(12)和两个硅胶软管(9)，渗水机构(1)包括底座(1-1)、固定连接件(1-2)、水压管连接件(1-3)、橡胶密封套(1-7)、两个橡胶垫圈(1-8)、多个连接螺栓(1-4)和螺栓顶紧组件(1-5)，固定连接件(1-2)包括圆形筒体和两个法兰，圆形筒体竖直设置，一个法兰固定安装在圆形筒体的顶端，另一个法兰安装在圆形筒体的底端，位于圆形筒体底端的法兰通过多个连接螺栓(1-4)与底座(1-1)固定连接，位于圆形筒体顶端的法兰通过多个连接螺栓(1-4)与水压管连接件(1-3)固定连接，且位于圆形筒体底端的法兰与底座(1-1)之间设有一个橡胶垫圈(1-8)，位于圆形筒体顶端的法兰与水压管连接件(1-3)之间设有一个橡胶垫圈(1-8)，橡胶密封套(1-7)套装扣在沥青试件(1-6)上，橡胶密封套(1-7)底端的开口端包裹在沥青试件(1-6)下方的边缘处，位于沥青试件(1-6)上方的橡胶密封套(1-7)上加工有豁口，沥青试件(1-6)设置在固定连接件(1-2)的圆形筒体内，位于沥青试件(1-6)上方的橡胶密封套(1-7)顶在水压管连接件(1-3)和固定连接件(1-2)之间橡胶垫圈(1-8)的下端面上，底座(1-1)的座板上加工有通孔，螺栓顶紧组件(1-5)固定在底座(1-1)的座板上，且螺栓顶紧组件(1-5)的顶端顶在沥青试件(1-6)下方的橡胶密封套(1-7)上，水压管连接件(1-3)的顶端与水压管组件(4)连通，渗水机构(1)设置在渗水机构放置槽(2)内，渗水机构放置槽(2)和量筒(11)均设置在接水槽(3)内，渗水机构放置槽(2)的侧壁设有放置槽出水管，且放置槽出水管的出水端设置在量筒(11)入水口的上方，水压管组件(4)的出水端与渗水机构(1)连通，水箱(5)固定安装在水箱支架(6)上，水箱(5)的底端通过一个硅胶软管(9)与水压管组件(4)连通，水箱(5)通过另一个硅胶软管(9)与蠕动泵(8)的出水口连通，靠近接水槽(3)低端的侧壁与蠕动泵(8)的入水口连通，第一水位测量传感器(10)设置在量筒(11)内，第二水位测量传感器(12)设置在水箱(5)内，蠕动泵(8)、第一水位测量传感器(10)和第二水位测量传感器(12)均与电脑控制元件(7)连接。
2.根据权利要求1所述沥青混合料多向恒压渗流测试装置，其特征在于：所述螺栓顶紧组件(1-5)包括多个有机玻璃垫块(1-9)、多个橡胶垫块(1-10)和多个第一顶紧螺栓(1-11)，多个第一顶紧螺栓(1-11)圆周方向安装在底座(1-1)的座板上，每个第一顶紧螺栓(1-11)的螺纹端设置在底座(1-1)的座板的上方，每个第一顶紧螺栓(1-11)的螺头设置在底座(1-1)座板的下方，每个第一顶紧螺栓(1-11)顶端的由下向上依次设有一个有机玻璃垫块(1-9)和一个橡胶垫块(1-10)，每个橡胶垫块(1-10)的顶端顶在沥青试件(1-6)下方的橡胶密封套(1-7)上，通过有机玻璃垫块(1-9)、多个橡胶垫块(1-10)和多个第一顶紧螺栓(1-11)挤压沥青试件(1-6)进行竖向渗透试验。
3.根据权利要求1所述沥青混合料多向恒压渗流测试装置，其特征在于：所述螺栓顶紧组件(1-5)包括橡胶垫片(1-12)、有机玻璃垫片(1-13)和多个第二顶紧螺栓(1-14)，多个第二顶紧螺栓(1-14)圆周方向安装在底座(1-1)的座板上，每个第二顶紧螺栓(1-14)的螺纹端设置在底座(1-1)的座板的上方，每个第二顶紧螺栓(1-14)的螺头设置在底座(1-1)座板的下方，有机玻璃垫片(1-13)设置在多个第二顶紧螺栓(1-14)的上方，橡胶垫片(1-12)设置在有机玻璃垫片(1-13)的上方，橡胶垫片(1-12)的上端面顶在沥青试件(1-6)下方的橡胶密封套(1-7)上，通过橡胶垫片(1-12)、有机玻璃垫片(1-13)和多个第二顶紧螺栓(1-14)挤压沥青试件(1-6)进行横向渗透试验。
4.根据权利要求1所述沥青混合料多向恒压渗流测试装置，其特征在于：所述水压管组件(4)包括多个水压管(4-1)和多个水压管注水管(4-2)，每个水压管(4-1)的顶端加工有一个螺纹接头，每个水压管(4-1)的底端加工有外螺纹，每个水压管(4-1)的侧壁安装有一个水压管注水管(4-2)，水压管注水管(4-2)的一端与水压管(4-1)连通，多个水压管(4-1)由上至下通过螺纹连接组成一个竖直的管，且位于下方的一个水压管(4-1)的底端通过螺纹连接安装在水压管连接件(1-3)的顶端上，水压管注水管(4-2)通过塞子密封，位于上方的水压管注水管(4-2)通过硅胶软管(9)与水箱(5)连通。
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