CN105806764A - 大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置及方法，大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置，其特征在于，包括顺次相连的给水槽、试件槽和蓄水槽，所述给水槽设有第一泄水口且蓄水槽设有第二泄水口，所述试件槽设有用于固定圆柱体试件的卡槽且试件槽底板设有刻度盘以控制圆柱体试件的旋转角度，试件槽的入水端与给水槽相连且出水端设置有阀门并与蓄水槽相连，所述圆柱体试件的顶部、底部及其与卡槽的空隙设置有防止水渗流的密封结构。为大空隙沥青混合料渗透性能的评估提供科学依据。

Description

大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置及方法。

背景技术

强降雨时，由密级配沥青混合料铺筑的路表会形成水膜，容易发生水漂或水滑，影响道路行车安全。而排水性沥青路面的表层混合料空隙率较大，具有良好的雨水渗透性能，降低了路表水膜厚度，能提供良好的行车安全性。因此，较高的渗透性能是大空隙沥青混合料区别于密级配沥青混合料的主要方面。为了评价大空隙沥青混合料的渗透性能，道路工作者通常采用整体空隙率和渗透系数两个指标进行大空隙沥青混合料设计：整体空隙率越大，间接反映沥青混合料的渗透性能越好；渗透系数越大，直接反映大空隙沥青混合料在渗透系数的测试方向上的渗透性能越好。

近年来研究发现，与雨水在路表大空隙沥青混合料中的实际流动过程(降雨快速沿竖向连通空隙渗入路表，并横向连通空隙排出路面)相对应，大空隙沥青混合料的渗透性能不仅取决于其竖向连通空隙，还受到其横向连通空隙的影响，即排水性沥青混合料渗透性能具有各向异性的特征。但是，目前采用的大空隙沥青混合料整体空隙率并没有考虑连通空隙大小，且没有考虑连通空隙的方向性；目前采用的渗透系数也只是大空隙沥青混合料某一方向的渗透系数，并没有考虑渗透系数在不同方向的差异。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置及方法，为大空隙沥青混合料渗透性能的评估提供科学依据。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置，其特征在于，包括顺次相连的给水槽、试件槽和蓄水槽，所述给水槽设有第一泄水口且蓄水槽设有第二泄水口，所述试件槽设有用于固定圆柱体试件的卡槽且试件槽底板设有刻度盘以控制圆柱体试件的旋转角度，试件槽的入水端与给水槽相连且出水端设置有阀门并与蓄水槽相连，所述圆柱体试件的顶部、底部及其与卡槽的空隙设置有防止水渗流的密封结构。

优选，试件槽顶部以密封盖板密封，采用硅橡胶密封圆柱体试件的底部及其与卡槽的空隙，圆柱体试件的顶部铺设一层橡胶垫片，通过密封盖板密封圆柱体试件。

大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获得待测试的圆柱体试件，沿圆柱体试件侧面竖直方向画下标记线；

步骤2、将圆柱体试件上下底面用蜡密封，待标线漆与蜡凝固后，将圆柱体试件放至测试装置的卡槽中，其中，标记线对准试件槽底板的零刻度线处；

步骤3、对圆柱体试件的顶部、底部及其与卡槽的空隙进行密封处理，防止水渗流；

步骤4、盖上密封盖板，拧紧紧固螺栓，关闭阀门，向给水槽中注水至给水槽的第一泄水口滴水，停止注水；

步骤5、打开试件槽的阀门，同时按下秒表，当蓄水槽的第二泄水口开始滴水时停止计时，秒表读数为t_i，由蓄水槽容积求出时段t_i内流经圆柱体试件的渗水量V，即可求出该测试方向混合料的渗透系数q_i：

$q_i=\frac{V}{t_i}$

步骤6、判断测试是否结束，如果未结束，则打开密封盖板，旋转圆柱体试件至设定的角度，重复步骤4和5，从而获得该方向的渗透系数q_i，返回步骤6，直至测试结束。

优选，测试结束后，令最大渗透系数q_max＝max{q_i}，最小渗透系数q_min＝min{q_i}，平均渗透系数并按式计算沥青混合料渗透性能各项异性度S，S越大则渗透性能的各向异性越显著。

优选，步骤6中，使得标记线与20°i(i＝1,2,3……8)刻度线对齐，重复步骤4和5，从而分别获得排水面与标记线及圆柱体竖轴所在面的夹角a为0°、20°、40°、60°、80°、100°、120°、140°和160°方向的渗透系数q_i，并绘制混合料圆柱体试件的排水面a与渗透系数q的关系曲线。

本发明的有益效果是：圆柱体试件固定于装置试件槽中，根据底板的刻度控制圆柱体试件的旋转角度，以测试多个方向的渗透性能，与现有技术相比，其有益效果是：

(1)通过多次旋转圆柱体试件竖轴，能快速测试圆柱体试件在圆柱体顶面内多个方向上的渗透系数；

(2)通过各个方向上渗流系数，能计算渗透性能的各向异性度，定量评价大空隙沥青混合料渗透性能各向异性，计算结果更科学，误差小。

附图说明

图1是本发明大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置的结构示意图；

图2是本发明试验圆柱体试件制备示意图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明底板刻度示意图；

图5是本发明试验实例的初始时刻状态示意图；

图6是本发明试验实例的结束时刻状态示意图；

图7是本发明OGFC-13排水面角度a与渗透系数q的关系曲线图；

附图的标记含义如下：

1：给水槽；2：第一泄水口；3：蓄水槽；4：第二泄水口；5：底板；6：试件槽；7：卡槽；8：密封盖板；9：阀门；10：马歇尔试件；11：圆柱体试件；12：紧固螺栓；13：橡胶垫片。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置，如图1所示，包括顺次相连的给水槽1、试件槽6和蓄水槽3，所述给水槽1设有第一泄水口2且蓄水槽3设有第二泄水口4，所述试件槽6设有用于固定圆柱体试件11的卡槽7且试件槽6底板5设有刻度盘以控制圆柱体试件11的旋转角度，试件槽6的入水端与给水槽1相连且出水端设置有阀门9并与蓄水槽3相连，所述圆柱体试件11的顶部、底部及其与卡槽7的空隙设置有防止水渗流的密封结构。

优选，试件槽6顶部以密封盖板8密封，采用硅橡胶密封圆柱体试件11的底部及其与卡槽7的空隙，防止水沿试件底部及卡槽7边缘渗流，圆柱体试件11的顶部铺设一层橡胶垫片13，通过密封盖板8密封圆柱体试件11。

如图3所示，使用紧固螺栓12连接密封盖板8与装置主体，防止水从顶部渗流，左侧阀门9与装置主体接触处同样铺设橡胶垫片，防止水从阀门9处渗流。

相对应的，大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试方法，包括如下步骤：

步骤1、获得待测试的圆柱体试件11，沿圆柱体试件11侧面竖直方向画下标记线；

选取级配如表1所示的集料，沥青选用SBS改性沥青。拟定油石比为4.9％，空隙率为18.2％。成型尺寸为Φ152.4mm×95.3mm大型马歇尔试件10，采用内径90mm型号取芯机钻取圆柱状试件如图2所示，切除两侧曲面部分得Φ90mm×100mm圆柱体试件11。

表1OGFC-13级配

筛孔(mm)	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率(％)	100	98.0	72.9	24.4	16.9	13.5	10.7	8.3	6.8	5.0

采用标线漆在圆柱体试件11表面，沿圆柱体侧面任一竖直方向画下标记线。

步骤2、将圆柱体试件11上下底面用蜡密封，待标线漆与蜡凝固后，将圆柱体试件11放至测试装置的卡槽7中，其中，标记线对准试件槽6底板5的零刻度线处；

步骤3、对圆柱体试件11的顶部、底部及其与卡槽7的空隙进行密封处理，防止水渗流；

比如：采用硅橡胶密封圆柱体试件11底部及其与卡槽7的空隙，防止水沿圆柱体试件11底部及卡槽7边缘渗流，圆柱体试件11顶部铺设一层橡胶垫片，采用密封盖板8密封圆柱体试件11，使用紧固螺栓连接密封盖板8与测试装置，防止水从顶部渗流，阀门9与装置接触处铺设相应的橡胶垫片，防止计时前水从阀门9处渗流。

步骤4、盖上密封盖板8，拧紧紧固螺栓，关闭阀门9，将装有圆柱体试件11的渗透性能各向异性测定装置放置在水平操作台上，检查装置密封性良好后，向给水槽1中注水，距给水槽第一泄水口5cm左右处放慢注水速度，至给水槽1的第一泄水口2恰好有水滴出，停止注水，其状态如图5所示；

步骤5、待水面稳定后，打开试件槽6的阀门9，同时按下秒表，当蓄水槽3的第二泄水口4开始滴水时(恰好有水滴出)停止计时，其状态如图6所示，秒表读数为t_i(重复该试验3次，取其平均值作为最终的取值，本实施例中为68s)，由蓄水槽3容积求出时段t_i内流经圆柱体试件11的渗水量V，即可求出该测试方向混合料的渗透系数q_i：

$q_i=\frac{V}{t_i}$

本实施例中，已知蓄水槽尺寸a＝90mm，b＝100mm，h＝100mm，按式计算蓄水槽的容积V为900cm³。

步骤6、判断测试是否结束，如果未结束，则打开密封盖板8，旋转圆柱体试件11至设定的角度，重复步骤4和5，从而获得该方向的渗透系数q_i，返回步骤6，直至测试结束。

优选，步骤6中，使得标记线与20°i(i＝1,2,3……8)刻度线对齐，即底板刻度如图4所示，重复步骤4和5，从而分别获得排水面与标记线及圆柱体竖轴所在面的夹角a为0°、20°、40°、60°、80°、100°、120°、140°和160°方向的渗透系数q_i，结果如表2所示，绘制混合料圆柱体试件11的排水面a与渗透系数q的关系曲线，如图7所示。

表2OGFC-13试验数据表

测试结束后，令最大渗透系数q_max＝max{q_i}，最小渗透系数q_min＝min{q_i}，平均渗透系数并按式计算沥青混合料渗透性能各项异性度S，S越大则渗透性能的各向异性越显著。

由表2可知，q_max＝q₄＝30.0cm³/s，q_min＝q₈＝10.0cm³/s，根据式计算得各向渗透系数的平均值该沥青混合料渗透性能各项异性度S＝0.976。

圆柱体试件固定于装置试件槽中，根据底板的刻度控制圆柱体试件的旋转角度，以测试多个方向的渗透性能，与现有技术相比，其有益效果是：

(1)通过多次旋转圆柱体试件竖轴，能快速测试圆柱体试件在圆柱体顶面内多个方向上的渗透系数；

(2)通过各个方向上渗流系数，能计算渗透性能的各向异性度，定量评价大空隙沥青混合料渗透性能各向异性，计算结果更科学，误差小。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置，其特征在于，包括顺次相连的给水槽(1)、试件槽(6)和蓄水槽(3)，所述给水槽(1)设有第一泄水口(2)且蓄水槽(3)设有第二泄水口(4)，所述试件槽(6)设有用于固定圆柱体试件(11)的卡槽(7)且试件槽(6)底板(5)设有刻度盘以控制圆柱体试件(11)的旋转角度，试件槽(6)的入水端与给水槽(1)相连且出水端设置有阀门(9)并与蓄水槽(3)相连，所述圆柱体试件(11)的顶部、底部及其与卡槽(7)的空隙设置有防止水渗流的密封结构。

2.根据权利要求1所述的大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置，其特征在于，试件槽(6)顶部以密封盖板(8)密封，采用硅橡胶密封圆柱体试件(11)的底部及其与卡槽(7)的空隙，圆柱体试件(11)的顶部铺设一层橡胶垫片，通过密封盖板(8)密封圆柱体试件(11)。

3.根据权利要求2所述的大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试装置，其特征在于，所述阀门(9)设有防止水渗流的橡胶垫片。

4.大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获得待测试的圆柱体试件(11)，沿圆柱体试件(11)侧面竖直方向画下标记线；

步骤2、将圆柱体试件(11)上下底面用蜡密封，待标线漆与蜡凝固后，将圆柱体试件(11)放至测试装置的卡槽(7)中，其中，标记线对准试件槽(6)底板(5)的零刻度线处；

步骤3、对圆柱体试件(11)的顶部、底部及其与卡槽(7)的空隙进行密封处理，防止水渗流；

步骤4、盖上密封盖板(8)，拧紧紧固螺栓，关闭阀门(9)，向给水槽(1)中注水至给水槽(1)的第一泄水口(2)滴水，停止注水；

步骤5、打开试件槽(6)的阀门(9)，同时按下秒表，当蓄水槽(3)的第二泄水口(4)开始滴水时停止计时，秒表读数为t_i，由蓄水槽(3)容积求出时段t_i内流经圆柱体试件(11)的渗水量V，即可求出该测试方向混合料的渗透系数q_i：

$q_i=\frac{V}{t_i}$

步骤6、判断测试是否结束，如果未结束，则打开密封盖板(8)，旋转圆柱体试件(11)至设定的角度，重复步骤4和5，从而获得该方向的渗透系数q_i，返回步骤6，直至测试结束。

5.根据权利要求4所述的大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试方法，其特征在于，测试结束后，令最大渗透系数q_max＝_max{q_i}，最小渗透系数q_min＝min{q_i}，平均渗透系数并按式计算沥青混合料渗透性能各项异性度S，S越大则渗透性能的各向异性越显著。

6.根据权利要求4所述的大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试方法，其特征在于，步骤6中，使得标记线与20°i(i＝1,2,3……8)刻度线对齐，重复步骤4和5，从而分别获得排水面与标记线及圆柱体竖轴所在面的夹角α为0°、20°、40°、60°、80°、100°、120°、140°和160°方向的渗透系数q_i，并绘制混合料圆柱体试件(11)的排水面α与渗透系数q的关系曲线。

7.根据权利要求4所述的大空隙沥青混合料渗透性能各向异性的测试方法，其特征在于，步骤3中，密封处理包括：采用硅橡胶密封圆柱体试件(11)底部及其与卡槽(7)的空隙，防止水沿圆柱体试件(11)底部及卡槽(7)边缘渗流，圆柱体试件(11)顶部铺设一层橡胶垫片，采用密封盖板(8)密封圆柱体试件(11)，使用紧固螺栓连接密封盖板(8)与测试装置，防止水从顶部渗流，阀门(9)与装置接触处铺设相应的橡胶垫片，防止计时前水从阀门(9)处渗流。