CN105910976B - 一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置及方法，包括基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置和沥青混合料试件侧向施压装置；注水管一端伸入密闭水箱中，位于密闭水箱外的一端上设有水阀和流量计；进气管一端伸入密闭水箱中，位于密闭水箱外的一端连接气泵；密闭水箱中设置有水压感应器；底板为安装在密封水箱底部的两层带孔钢板；出水口固定在密封水箱底部开口处；底板中下层板中心设有通孔；底板的两侧还设置有固定螺杆，用于连接两层底板；沥青混合料试件侧向施压装置用于向试件施压。本发明设计合理，结构简单，操作方便；测试结果直观且可靠；能够合理地模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压的影响。
Description
技术领域
本发明属于道路工程沥青混合料测试技术领域，特别涉及一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置及方法。
背景技术
裂缝是沥青路面最为常见的病害之一，它不仅直接降低路面行驶质量与安全性，还为水分进入路面内部提供了通道，加速路面松散、坑槽等损害的发生。在行车荷载作用下裂缝尖端形成应力集中，应力急剧增加，导致裂缝尺寸快速增加，降低路面使用寿命与服务水平。荷载疲劳、低温收缩及基层反射，是形成沥青路面裂缝的主要原因。但不管何种裂缝，最初阶段的表现形式为微裂缝，几何尺寸为微米级甚至更小，不易被探测。在温度及荷载的循环耦合作用下，微裂缝尖端出现应力集中，导致其周期性扩展与收缩，本来互相独立的微裂缝逐步发展为贯穿裂缝。如果不及时采取措施，贯穿裂缝面积会逐渐增大、裂缝深度向下延伸，加之水分的进入而形成的高压动水冲刷作用，极易形成坑槽、松散以及深度的翻浆病害。
在较高温度下沥青路面有一定的自愈能力，通过微裂缝两侧面的沥青渗透与扩散作用，微裂缝能缓慢自动愈合。但该过程及其缓慢，不仅要求环境温度较高、且无行车荷载作用。向混合料中加入微胶囊以提高沥青路面自愈能力，已逐步引起重视。但如何测试微裂缝自愈效果，还缺乏相应的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置及方法，能有效测试沥青混合料微裂缝的自愈效果。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，包括基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置和沥青混合料试件侧向施压装置；基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置，包括带有刻度的密闭水箱、注水管、进气管、水压感应、出水口、橡胶垫圈和底板；密闭水箱上设有刻度；注水管一端伸入密闭水箱中，位于密闭水箱外的一端上设有水阀和流量计；进气管一端伸入密闭水箱中，位于密闭水箱外的一端连接气泵；进气管上设有气阀；密闭水箱中设置有水压感应器；底板为安装在密封水箱底部的两层带孔钢板；出水口穿过底板中上层板的孔，并通过外螺纹固定在密封水箱底部开口处，出水口下端安装有橡胶垫圈；底板中下层板中心设有通孔；底板的两侧还设置有固定螺杆，用于连接两层底板；沥青混合料试件侧向施压装置用于向试件施压，模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压。
进一步的，沥青混合料试件侧向施压装置，包括操作台、施力杆、传力螺杆、导向杆、压头、夹具和压力传感器；操作台的两端固定设置有两个侧板，两个侧板之间平行固定设置有两根导向杆；操作台的一端侧板上设置有与传力螺杆配合的螺纹孔，另一端侧板上固定有压力传感器；传力螺杆的一端穿过螺纹孔与压头连接，另一端与施力杆固定连接；压头的两侧设置有孔，空套在导向杆上；压力传感器与压头之间放置夹具。
进一步的，流量计和水压感应器与显示屏连接。
进一步的，出水口为可拆卸部件，包括上下两个半径不同的圆形口；上口外侧有螺丝与密闭水箱底部开口拧紧密闭；下口上安装有橡胶垫圈。
进一步的，底板中下层板的通孔下方设有集水漏斗。
进一步的，水压感应器设置于密闭水箱的底部开口处。
进一步的，密封水箱内径150mm，外径155mm，高度为300mm；底板边长500mm，厚8mm；气泵提供气压在0-1MPa。
进一步的，施力杆提供的侧压在0-2MPa。
一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验方法，包括以下步骤：
(1)通过沥青混合料试件侧向施压装置向试件施压，模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压；
(2)将步骤(1)中已经进行过侧向压力处理过的试件放在底板中央的上层板和下层板之间，然后根据对象选择出水口和橡胶垫圈，通过拧紧固定螺杆上的螺丝，压紧橡胶垫圈；
(3)打开水阀往密封水箱内注水；同时，打开气阀向内充气以增加水压；根据试验参数设置，在0～1MPa之间选择不同的试验条件；观察显示屏压力P的读数，达到试验要求条件后关闭气阀，使压强读数稳定在设置条件下；
(4)根据试验的参数设置，经规定时间Δt后，渗水试验结束，观察显示屏12的流量读数Q1和密封水箱内刻度线的读数Q2；
渗水量为：ΔQ＝Q1-Q2
渗水速率为：Δν＝(Q1-Q2)÷Δt。
相较于现有技术，本发明有以下技术效果：
1、本发明设计合理，结构简单，操作方便；
2、通过高压水渗透量测试沥青混合料微裂缝的自愈效果，直观且可靠；
3、能够合理地模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压的影响。
附图说明
图1为本发明基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置的正视图。
图2为本发明沥青混合料试件侧向施压装置的俯视图。
图3为出水口放大图。
其中：1、流量计；2、注水管；3、水压感应器；4、气泵；5、气阀；6、水阀；7、进气管；8、固定螺杆；9、出水口；10、底板；11、集水漏斗；12、显示屏；13、密闭水箱；14、操作台；15、夹具；16、压头；17、导向杆；18、施力杆；19、压力传感器；20、传力螺杆；21、橡胶垫圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
由图1、图2所示，本发明一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，包括基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置与沥青混合料试件侧向施压装置两部分。
请参阅图1所示，基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置，包括带有刻度的密闭水箱13、注水管2、进气管7、水压感应器3、出水口9、橡胶垫圈21和底板10。
密闭水箱13材质为透明的有机玻璃，上有刻度能够读出装置内液面高度；注水管2一端伸入密闭水箱13中，位于密闭水箱13外的一端上设有水阀6和流量计1；流量计1连接显示屏12。水阀6控制水的进入，保证试验所需水量。进气管7一端伸入密闭水箱13中，位于密闭水箱13外的一端连接气泵4；进气管7上设有气阀5；气阀5控制空气的进入，以空气压强作用于水面进而间接增强水的压强，达到试验所需条件。密闭水箱13中设置有水压感应器3，水压感应器3通过连线连接位于密闭水箱13外部的显示屏12。
所述出水口9是可拆卸部件，如图3所示，分上下两个半径不同的圆形口，所有类型上口是固定大小，外侧有螺丝与密闭水箱13底部开口刚好拧紧密闭。下口可以做成不同半径出水圆孔状，根据试验对象的不同合理选择。出水口9下安装有对应下口大小的橡胶垫圈21，其作用是防止高压水从试验与出水口之间的缝隙中流出。
底板10为安装在密封水箱13底部的两层结构带孔正方形钢板；出水口9穿过底板10中上层板的孔，并通过外螺纹固定在密封水箱13底部，出水口9下端安装有橡胶垫圈21；底板10中下层板中心设有通孔，下方连接有集水漏斗11；底板10的两侧还设置有固定螺杆8，用于连接两层底板10。固定螺杆8与底板10为一体构件，通过上紧螺丝，将上部结构与底板10固定，同时能通过压紧橡胶垫圈9使其上下贴合紧密，增强密封效果。
渗透出的水通过底板10下方圆孔流出，经集水漏斗11收集。
气泵4为钢制结构，目的是为试验提供合适的气压，水压强感应器3为精密水压强感应器，其作用是感应下部出水口9处的水压强度。通过阀门5的开关为水箱内提供试验气压，作用于密闭水箱13内水面，并由水压感应器3感应并反映在显示屏12上。流量计1能够测量流入水箱内的水量，将读数反映在显示屏12上。
请参阅图2所示，沥青混合料试件侧向施压装置，包括操作台14、施力杆18、传力螺杆20、导向杆17、压头16、夹具15和压力传感器19；操作台14的两端固定设置有两个侧板，两个侧板之间平行固定设置有两根导向杆17；导向杆17垂直侧板设置。操作台14的一端侧板上设置有与传力螺杆20配合的螺纹孔，另一端侧板上固定有压力传感器19；传力螺杆20的一端穿过螺纹孔与压头16连接，另一端与施力杆18固定连接；压头16的两侧设置有导向孔，空套在导向杆17上；压力传感器19与压头16之间放置夹具15。
所述图2中夹具15型式不固定，既可以针对马歇尔选择如图中15所示圆弧状夹具，也可以针对车辙板等板状试件选择平板状夹具。
所述施力杆18通过机械或人力摇动向左缓慢移动，通过传力螺旋作用在压头16，压头16与夹具15接触对试件施加侧向围压，压力传感器19能够将反映压力变化，以供调整荷载大小。
本实施例中，密封水箱13内径150mm，外径155mm，高度为300mm；底板为正方型钢板，边长500mm，厚8mm；气泵提供气压在0～1MPa；施力杆提供的侧压在0～2MPa；夹具的曲率半径一般为50.8±0.1mm，大型试验仪曲率半径为76.2±0.1mm，块状试件可选择适当尺寸。
本发明原理是基于道路微裂缝的特点，通过图2沥青混合料试件侧向施压装置，合理地模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压；然后利用图1高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置进行测试与测试裂缝在微胶囊破裂发挥愈合效果之后的混合料裂缝愈合状况。
本发明一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验方法，具体操作步骤：
1、模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压施加压力：将夹具15放在操作台14平面上，并使其紧贴左侧压力传感器19，然后取试验试件立方于夹具15之间，缓慢转动施力杆18使其缓慢接触夹具，观察压力传感器19读数，选择合适的压力对试件施加侧向压力。根据试验条件的参数设置对试件作用不同的时间，如0h、1h、2h和其他时间长短；根据不同的试验温度，可以选择将实验装置放置于不同环境的环境箱中进行。
2、将上步中已经进行过侧向压力处理过的试件放在底板10中央的上层板和下层板之间，然后根据对象选择合适的出水口9和橡胶垫圈21，将上部结构通过固定螺杆8放于试件之上，通过拧紧固定螺杆上的螺丝，压紧橡胶垫圈21，避免试验中水溢出。
3、打开水阀6往密封水箱13内注水，根据需要控制水位高度。试验对水压有较高要求时，打开气阀5向内充气以增加水压。根据试验参数设置，可以在0～1MPa之间选择不同的试验条件。观察显示屏P的读数，达到试验要求条件后既可关闭气阀5，同时随着试验的进行不断调整，使压强读数稳定在设置条件下。
4、根据试验的参数设置，经规定时间Δt后，渗水试验结束，观察显示屏12的Q流量读数Q1和密封水箱13内刻度线的读数Q2。
渗水量为：ΔQ＝Q1-Q2
渗水速率为：Δν＝(Q1-Q2)÷Δt。
Claims (8)
1.一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，包括基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置和沥青混合料试件侧向施压装置；
基于高压水渗透的沥青混合料微裂缝自愈效果测试装置，包括带有刻度的密闭水箱(13)、注水管(2)、进气管(7)、水压感应器(3)、出水口(9)、橡胶垫圈(21)和底板(10)；
密闭水箱(13)上设有刻度；注水管一端伸入密闭水箱中，位于密闭水箱外的一端上设有水阀(6)和流量计(1)；进气管一端伸入密闭水箱中，位于密闭水箱外的一端连接气泵(4)；进气管(7)上设有气阀(5)；密闭水箱中设置有水压感应器；底板为安装在密封水箱底部的两层带孔钢板；出水口穿过底板中上层板的孔，并通过外螺纹固定在密封水箱底部开口处，出水口下端安装有橡胶垫圈；底板中下层板中心设有通孔；底板的两侧还设置有固定螺杆(8)，用于连接两层底板；
沥青混合料试件侧向施压装置用于向试件施压，模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压；
沥青混合料试件侧向施压装置，包括操作台(14)、施力杆(18)、传力螺杆(20)、导向杆(17)、压头(16)、夹具(15)和压力传感器(19)；操作台(14)的两端固定设置有两个侧板，两个侧板之间平行固定设置有两根导向杆(17)；操作台(14)的一端侧板上设置有与传力螺杆(20)配合的螺纹孔，另一端侧板上固定有压力传感器(19)；传力螺杆(20)的一端穿过螺纹孔与压头(16)连接，另一端与施力杆(18)固定连接；压头(16)的两侧设置有孔，空套在导向杆(17)上；压力传感器(19)与压头(16)之间放置夹具(15)。
2.根据权利要求1所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，流量计(1)和水压感应器(3)与显示屏(12)连接。
3.根据权利要求1所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，出水口(9)为可拆卸部件，包括上下两个半径不同的圆形口；上口外侧有螺丝与密闭水箱(13)底部开口拧紧密闭；下口上安装有橡胶垫圈(21)。
4.根据权利要求1所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，底板中下层板的通孔下方设有集水漏斗(11)。
5.根据权利要求1所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，水压感应器设置于密闭水箱(13)的底部开口处。
6.根据权利要求1所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，密封水箱(13)内径150mm，外径155mm，高度为300mm；底板(10)边长500mm，厚8mm；气泵(4)提供气压在0-1MPa。
7.根据权利要求1所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，其特征在于，施力杆(18)提供的侧压在0-2MPa。
8.一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任一项所述的一种测试沥青混合料微裂缝自愈效果的试验装置，包括以下步骤：
(1)通过沥青混合料试件侧向施压装置向试件施压，模拟路面裂缝愈合时受到的侧向围压；
(2)将步骤(1)中已经进行过侧向压力处理过的试件放在底板(10)中央的上层板和下层板之间，然后根据对象选择出水口(9)和橡胶垫圈(21)，通过拧紧固定螺杆(8)上的螺丝，压紧橡胶垫圈(21)；
(3)打开水阀(6)往密封水箱(13)内注水；同时，打开气阀(5)向内充气以增加水压；根据试验参数设置，在0～1MPa之间选择不同的试验条件；观察显示屏(12)压力P的读数，达到试验要求条件后关闭气阀(5)，使压强读数稳定在设置条件下；
(4)根据试验的参数设置，经规定时间Δt后，渗水试验结束，观察显示屏(12)的流量读数Q1和密封水箱(13)内刻度线的读数Q2；
渗水量为：ΔQ＝Q1-Q2
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 碾压混凝土坝的沥青混合料防渗结构;王为标等;《水力水电技术》;20001231;19-22页 * |
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| Publication number | Publication date |
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| CN105910976A (zh) | 2016-08-31 |
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