CN106568699B - 一种测试沥青路面层流特性的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试沥青路面层流特性的试验装置及方法，包括计算机、控制箱、电动伸缩杆、底板、顶板、给水箱、蓄水筒、输水管及水泵；计算机的输出端与水泵的控制端及电动伸缩杆的控制端相连接，计算机的输入端与压力传感器的输出端及流量计的输出端相连接，该装置及方法能够有效的测量沥青路面层在静水变压状态下的横向渗水速率、动水状态下的横向渗水速率及静水状态下的横向渗水速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置及方法，具体涉及一种测试沥青路面层流特性的试验装置及方法。
背景技术
与传统沥青路面相比较，透水沥青路面具有防湿滑、降低噪音、成本低等优点，因此，近年来透水沥青路面得到广泛应用。目前在国内外沥青路面透水检测的设备中，只有路面渗水试验仪这一种，其特点是试验方法简单、结果直观，但是检测效率较低、代表性差、投入人力较大，并在检测时需要封闭交通，通过沥青路面渗水试验得到的渗水系数是在一定的初始静压水头作用下，单位时间渗入一定路面面积内的水量。渗水系数指标对于提高沥青路面的施工质量、衡量沥青路面通行状况、预防沥青路面水损害、进行合理的路面养护有重要意义。然而，现有的路面渗水试验仪试验所得的渗水系数无法评价沥青路面的横向渗水能力，无法精细确定服役期沥青路面横向渗水速率，不能评价服役期透水沥青路面排水能力，不能评价沥青路面的层流特性。
目前沥青路面渗水试验存在不足，更缺乏用于评价沥青路面层流特性的试验装置以及确定方法，现有技术的主要缺点如下：
1)现有技术一般采用沥青路面渗水试验仪进行沥青路面渗水试验，以沥青路面渗水系数作为指标评价沥青混合料的透水性能。但是，沥青路面渗水仪试验检测效率较低，代表性差，并在检测时需要封闭交通。
2)现有技术规范在试验过程中，不能评价沥青路面横向渗水速率；只能评价沥青路面在静水变水压情况下的渗水速率，不能评价沥青路面在静水常水压和动水情况下的渗水速率。因此，无法精细确定服役期沥青路面横向渗水速率，不能评价服役期透水沥青路面排水能力。
3)仅以沥青路面渗水试验仪试验所得的渗水系数无法反映沥青路面的横向渗水速率，且以沥青路面渗水试验仪试验所得渗水系数无法与试件的高度、厚度因素联系起来，对沥青路面的渗水能力缺乏评价能力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种测试沥青路面层流特性的试验装置及方法，该装置及方法能够有效的测量沥青路面层在静水变压状态下的横向渗水速率、动水状态下的横向渗水速率及静水状态下的横向渗水速率。
为达到上述目的，本发明所述的测试沥青路面层流特性的试验装置包括计算机、控制箱、电动伸缩杆、底板、顶板、给水箱、蓄水筒、输水管及水泵；
电动伸缩杆的下端固定于控制箱上，电动伸缩杆的上端与底板的底部相连接，蓄水筒、顶板、待测沥青路面层、底板及控制箱自上到下依次分布，支座的下端固定于控制箱上，支座的上端穿过底板与顶板相连接，待测沥青路面层为圆筒形结构，且待测沥青路面层夹持于顶板与底板之间，给水箱的出水口经水泵与输水管的一端相连接，输水管的另一端与蓄水筒顶部的入水口相连通，蓄水筒底部的第一出水口穿过顶板与待测沥青路面层相连通，蓄水筒的侧面开设有第二出水口，底板的上部固定有压力传感器，压力传感器位于待测沥青路面层内，输水管上设有第一阀门，蓄水筒顶部的入水口处设有第二阀门，蓄水筒的第二出水口处设有第三阀门，蓄水筒底部的第一出水口处设有第四阀门，蓄水筒内设有流量计，其中，流量计位于蓄水筒上第一出水口与第二出水口之间；
计算机的输出端与水泵的控制端及电动伸缩杆的控制端相连接，计算机的输入端与压力传感器的输出端及流量计的输出端相连接。
还包括升降杆，升降杆位于控制箱内，升降杆的底部固定于控制箱的下端，给水箱固定于升降杆的上端，升降杆的控制端与计算机的输出端相连接。
底板的上表面设有第一橡胶底座，顶板的下表面设有第二橡胶底座，其中，第一橡胶底座上设有第一环形套口，第二橡胶底座上设有第二环形套口，其中，待测沥青路面层的下端卡接于第一环形套口内，待测沥青路面层的上端卡接于第二环形套口内，压力传感器固定于第一橡胶底座上，且压力传感器位于第一环形套口内。
还包括集水槽，顶板及待测沥青路面层位于集水槽内，且底板为该集水槽的底部。
集水槽的侧面开设有出水口，且集水槽侧面的出水口处设有第五阀门。
底板上设有第一通孔，顶板上设有第二通孔，支座的下端固定于控制箱上，支座的上端穿过第一通孔插入于第二通孔内。
支座的数目为4个。
本发明所述的测试沥青路面层流特性的试验方法包括待测沥青路面层在静水常压状态下横向渗水速率的测试、待测沥青路面层在动水状态下横向渗水速率的测试、待测沥青路面层在静水变压状态下横向渗水速率的测试；
待测沥青路面层在静水常压状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门及第二阀门，关闭第四阀门及第三阀门，计算机控制水泵使给水箱中的水经输水管进入到蓄水筒中，当蓄水筒中水的水位高于预设水位值时，则打开第三阀门及第四阀门，使蓄水筒中的水流入待测沥青路面层中，当蓄水筒中的水与蓄水筒侧面的第二出水口齐平时，开始计时，计算机控制水泵使给水箱中的水经输水管进入到蓄水筒中，当蓄水筒中的水超过蓄水筒上的第二出水口时，则从蓄水筒上的第二出水口流出，从而使蓄水筒中的水始终与蓄水筒上的第二出水口齐平，进而使待测沥青路面层处于静水常压状态，流量计实时检测蓄水筒中水的第一流量信息，并将所述第一流量信息转发至计算机中，计算机根据所述第一流量信息计算待测沥青路面层在静水常压状态下的横向渗水速率V静1；
待测沥青路面层在动水状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门、第二阀门及第三阀门，关闭第四阀门，计算机控制水泵将给水箱中的水经输水管输入到蓄水筒中，当蓄水筒中的水位等于预设水位值时，则打开第四阀门，使蓄水筒中的水进入到待测沥青路面层中，然后当蓄水筒中的水位达到测试高度时，则关闭第三阀门，计算机控制水泵使待测沥青里面层的内压等于预设内压测量值，同时流量计实时采集蓄水筒中水的第二流量信息，并将第二流量信息转发至计算机中，计算机根据所述第二流量信息计算当前内压测量值下待测沥青路面层在动水状态下横向渗水速率V动；
待测沥青路面层在静水变压状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门、第二阀门及第三阀门，关闭第四阀门，计算机控制水泵使给水箱中的水进入到蓄水筒中，当蓄水筒中的水位等于预设水位值时，则打开第一阀门，使蓄水筒中的水进入到待测沥青路面层中，然后当蓄水筒中的水与第三阀门齐平时，则关闭水泵、第一阀门及第三阀门，通过蓄水筒中的水位不断下降来模拟待测沥青路面层的静水变压状态，再通过流量计实时检测蓄水筒中水的第三流量信息，并将所述第三流量信息转发至计算机中，计算机根据所述第三流量信息计算待测沥青路面层8在静水变压状态下横向渗水速率V静2。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的测试沥青路面层流特性的试验装置包括蓄水筒、输水管、给水箱及水泵，蓄水筒底部的第一出水口与待测沥青路面层的顶部入水口相连通，蓄水筒中设有用于测量蓄水筒中水进入到待测沥青路面层内的流量信息的流量计，且蓄水筒的侧壁上开设有第二出水口，蓄水筒顶部入水口处设有第二阀门，输水管上设有第一阀门，蓄水筒的第二出水口处设有第三阀门，蓄水筒的第一出水口处设有第一阀门，给水箱通过水泵及输水管与蓄水筒顶部的入水口相连通，在试验时，调节第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门，使待测沥青路面层处于静水常压状态及静水变压状态，计算机通过水泵控制待测沥青路面层内壁受到的水的压力，使待测沥青路面层处于静水变压状态，实现对沥青路面层在静水变压状态下、动水状态下及静水状态下横向渗水速率的测量，同时本发明中数据的计算通过计算机完成，操作较为方便，避免人为误差，计算精度较高。
进一步，顶板及底板上分别设有第二橡胶底座及第一橡胶底座，待测沥青路面层的上端及下端分别卡接于第二橡胶底座上的第二环形套口及第一橡胶底座上的第一环形套口上，同时可以通过计算机控制电动伸缩杆进行伸缩，完成待测沥青路面层的密封，密封效果较好，避免待测沥青路面层中的水从待测沥青路面层的顶部及底部流出而影响测量的精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中底板6的结构示意图；
图3为本发明中第一橡胶底座7的结构示意图；
图4为本发明中第一环形套口23的结构示意图；
图5为本发明中蓄水筒17的结构示意图；
图6为本发明中待测沥青路面层8的结构示意图。
其中，1为升降杆、2为控制箱、3为给水箱、4为支座、5为电动伸缩杆、6为底板、7为第一橡胶底座、8为待测沥青路面层、9为集水槽、10为顶板、11为第四阀门、12为输水管、13为流量计、14为第一阀门、15为第二阀门、16为第三阀门、17为蓄水筒、18为第三橡胶底座、19为第二橡胶底座、20为第五阀门、21为计算机、22为压力传感器、23为第一环形套口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的测试沥青路面层流特性的试验装置包括计算机21、控制箱2、电动伸缩杆5、底板6、顶板10、给水箱3、蓄水筒17、输水管12及水泵；电动伸缩杆5的下端固定于控制箱2上，电动伸缩杆5的上端与底板6的底部相连接，蓄水筒17、顶板10、待测沥青路面层8、底板6及控制箱2自上到下依次分布，支座4的下端固定于控制箱2上，支座4的上端穿过底板6与顶板10相连接，待测沥青路面层8为圆筒形结构，且待测沥青路面层8夹持于顶板10与底板6之间，给水箱3的出水口经水泵与输水管12的一端相连接，输水管12的另一端与蓄水筒17顶部的入水口相连通，蓄水筒17底部的第一出水口穿过顶板10与待测沥青路面层8相连通，蓄水筒17的侧面开设有第二出水口，底板6的上部固定有压力传感器22，压力传感器22位于待测沥青路面层8内，输水管12上设有第一阀门14，蓄水筒17顶部的入水口处设有第二阀门15，蓄水筒17的第二出水口处设有第三阀门16，蓄水筒17底部的第一出水口处设有第四阀门11，蓄水筒17内设有流量计13，其中，流量计13位于蓄水筒17上第一出水口与第二出水口之间；计算机21的输出端与水泵的控制端及电动伸缩杆5的控制端相连接，计算机21的输入端与压力传感器22的输出端及流量计13的输出端相连接。
本发明还包括升降杆1，升降杆1位于控制箱2内，升降杆1的底部固定于控制箱2的下端，给水箱3固定于升降杆1的上端，升降杆1的控制端与计算机21的输出端相连接。
底板6的上表面设有第一橡胶底座7，顶板10的下表面设有第二橡胶底座19，其中，第一橡胶底座7上设有第一环形套口23，第二橡胶底座19上设有第二环形套口，其中，待测沥青路面层8的下端卡接于第一环形套口23内，待测沥青路面层8的上端卡接于第二环形套口内，压力传感器22固定于第一橡胶底座7上，且压力传感器22位于第一环形套口23内。底板6上设有第一通孔，顶板10上设有第二通孔，支座4的下端固定于控制箱2上，支座4的上端穿过第一通孔插入于第二通孔内，支座4的数目为4个。
本发明还包括集水槽9，顶板10及待测沥青路面层8位于集水槽9内，且底板6为该集水槽9的底部；集水槽9的侧面开设有出水口，且集水槽9侧面的出水口处设有第五阀门20。
顶板10的上表面设有第三橡胶底座18，蓄水筒17底部的第一出水口穿过第三橡胶底座18及顶板10与待测沥青路面层8相连通；通过计算机21控制电动伸缩杆5调节底板6的高度，从而适应不同高度的待测沥青路面层8；在实际应用时，可以调整第一环形套口23及第二环形套口的宽度，从而适应不同厚度的待测沥青路面层8；压力传感器22利用吸盘固定在第一橡胶底座7的中部。
本发明所述的测试沥青路面层流特性的试验方法包括待测沥青路面层8在静水常压状态下横向渗水速率的测试、待测沥青路面层8在动水状态下横向渗水速率的测试、待测沥青路面层8在静水变压状态下横向渗水速率的测试；
待测沥青路面层8在静水常压状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门14及第二阀门15，关闭第四阀门11及第三阀门16，计算机21控制水泵使给水箱3中的水经输水管12进入到蓄水筒17中，当蓄水筒17中水的水位高于预设水位值时，则打开第三阀门16及第四阀门11，使蓄水筒17中的水流入待测沥青路面层8中，当蓄水筒17中的水与蓄水筒17侧面的第二出水口齐平时，开始计时，计算机21控制水泵使给水箱3中的水经输水管12进入到蓄水筒17中，当蓄水筒17中的水超过蓄水筒17上的第二出水口时，则从蓄水筒17上的第二出水口流出，从而使蓄水筒17中的水始终与蓄水筒17上的第二出水口齐平，进而使待测沥青路面层8处于静水常压状态，流量计13实时检测蓄水筒17中水的第一流量信息，并将所述第一流量信息转发至计算机21中，计算机21根据所述第一流量信息计算待测沥青路面层8在静水常压状态下的横向渗水速率V静1；
待测沥青路面层8在动水状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门14、第二阀门15及第三阀门16，关闭第四阀门11，计算机21控制水泵将给水箱3中的水经输水管12输入到蓄水筒17中，当蓄水筒17中的水位等于预设水位值时，则打开第四阀门11，使蓄水筒17中的水进入到待测沥青路面层8中，然后当蓄水筒17中的水位达到测试高度时，则关闭第三阀门16，计算机21控制水泵使待测沥青里面层的内压等于预设内压测量值，同时流量计13实时采集蓄水筒17中水的第二流量信息，并将第二流量信息转发至计算机21中，计算机21根据所述第二流量信息计算当前内压测量值下待测沥青路面层8在动水状态下横向渗水速率V动，其中，计算机21可以根据压力传感器22采集到的压力值判断待测沥青路面层8的内压是否等于内压测量值。
待测沥青路面层8在静水变压状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门14、第二阀门15及第三阀门16，关闭第四阀门11，计算机21控制水泵使给水箱3中的水进入到蓄水筒17中，当蓄水筒17中的水位等于预设水位值时，则打开第一阀门14，使蓄水筒17中的水进入到待测沥青路面层8中，然后当蓄水筒17中的水与第三阀门16齐平时，则关闭水泵、第一阀门14及第三阀门16，通过蓄水筒17中的水位不断下降来模拟待测沥青路面层8的静水变压状态，再通过流量计13实时检测蓄水筒17中水的第三流量信息，并将所述第三流量信息转发至计算机21中，计算机21根据所述第三流量信息计算待测沥青路面层8在静水变压状态下横向渗水速率V静2。
具体的，流量计13实时检测蓄水筒17中水的流量信息，并将所述流量信息转发至计算机21中，计算机21根据所述流量信息计算测试时间内各单位时间对应的待测沥青路面层8的单位时间渗流速率vi，其中，待测沥青路面层8的单位时间渗流速率vi＝Qi/S，Qi为单位时间内通过过水断面流量的平均值，其中，Qi为流量计13测量得到的流量信息在单位时间的平均值，S为过水断面面积，且S＝πdh，其中，d为待测沥青路面层8的内径，h为待测沥青路面层8的高度，再计算所有单位时间对应的待测沥青路面层8的单位时间渗流速率vi的平均值，然后将计算结果作为待测沥青路面层8的横向渗水速率V，例如，在实际操作时，可以将测量时间设定为3分钟，且每20秒为一个单位时间，则获得9个单位时间渗水速率v1、v2，v3...v9，再将9个单位时间渗水速率的平均值作为待测沥青路面层8的横向渗水速率。
另外，可以利用相同高度，不同厚度待测沥青路面层8在同样水文条件下进行试验，可以获得不同厚度待测沥青路面层8对渗水速率变化的影响，提出:
其中，α，衰减系数，V1、V2分别为第一个待测沥青路面层8及第二个待测沥青路面层8的横向渗水速率；Δd1、Δd2分别为第一个待测沥青路面层8及第二个待测沥青路面层8的厚度；第一个待测沥青路面层8及第二个待测沥青路面层8具有相同的高度及内径、不同的厚度。
Claims (7)
1.一种测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，基于测试沥青路面层流特性的试验装置，所述测试沥青路面层流特性的试验装置包括计算机(21)、控制箱(2)、电动伸缩杆(5)、底板(6)、顶板(10)、给水箱(3)、蓄水筒(17)、输水管(12)及水泵；
电动伸缩杆(5)的下端固定于控制箱(2)上，电动伸缩杆(5)的上端与底板(6)的底部相连接，蓄水筒(17)、顶板(10)、待测沥青路面层(8)、底板(6)及控制箱(2)自上到下依次分布，支座(4)的下端固定于控制箱(2)上，支座(4)的上端穿过底板(6)与顶板(10)相连接，待测沥青路面层(8)为圆筒形结构，且待测沥青路面层(8)夹持于顶板(10)与底板(6)之间，给水箱(3)的出水口经水泵与输水管(12)的一端相连接，输水管(12)的另一端与蓄水筒(17)顶部的入水口相连通，蓄水筒(17)底部的第一出水口穿过顶板(10)与待测沥青路面层(8)相连通，蓄水筒(17)的侧面开设有第二出水口，底板(6)的上部固定有压力传感器(22)，压力传感器(22)位于待测沥青路面层(8)内，输水管(12)上设有第一阀门(14)，蓄水筒(17)顶部的入水口处设有第二阀门(15)，蓄水筒(17)的第二出水口处设有第三阀门(16)，蓄水筒(17)底部的第一出水口处设有第四阀门(11)，蓄水筒(17)内设有流量计(13)，其中，流量计(13)位于蓄水筒(17)上第一出水口与第二出水口之间；
计算机(21)的输出端与水泵的控制端及电动伸缩杆(5)的控制端相连接，计算机(21)的输入端与压力传感器(22)的输出端及流量计(13)的输出端相连接；
包括待测沥青路面层(8)在静水常压状态下横向渗水速率的测试、待测沥青路面层(8)在动水状态下横向渗水速率的测试、待测沥青路面层(8)在静水变压状态下横向渗水速率的测试；
待测沥青路面层(8)在静水常压状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门(14)及第二阀门(15)，关闭第四阀门(11)及第三阀门(16)，计算机(21)控制水泵使给水箱(3)中的水经输水管(12)进入到蓄水筒(17)中，当蓄水筒(17)中水的水位高于预设水位值时，则打开第三阀门(16)及第四阀门(11)，使蓄水筒(17)中的水流入待测沥青路面层(8)中，当蓄水筒(17)中的水与蓄水筒(17)侧面的第二出水口齐平时，开始计时，计算机(21)控制水泵使给水箱(3)中的水经输水管(12)进入到蓄水筒(17)中，当蓄水筒(17)中的水超过蓄水筒(17)上的第二出水口时，则从蓄水筒(17)上的第二出水口流出，从而使蓄水筒(17)中的水始终与蓄水筒(17)上的第二出水口齐平，进而使待测沥青路面层(8)处于静水常压状态，流量计(13)实时检测蓄水筒(17)中水的第一流量信息，并将所述第一流量信息转发至计算机(21)中，计算机(21)根据所述第一流量信息计算待测沥青路面层(8)在静水常压状态下的横向渗水速率V静1；
待测沥青路面层(8)在动水状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门(14)、第二阀门(15)及第三阀门(16)，关闭第四阀门(11)，计算机(21)控制水泵将给水箱(3)中的水经输水管(12)输入到蓄水筒(17)中，当蓄水筒(17)中的水位等于预设水位值时，则打开第四阀门(11)，使蓄水筒(17)中的水进入到待测沥青路面层(8)中，然后当蓄水筒(17)中的水位达到测试高度时，则关闭第三阀门(16)，计算机(21)控制水泵使待测沥青里面层的内压等于预设内压测量值，同时流量计(13)实时采集蓄水筒(17)中水的第二流量信息，并将第二流量信息转发至计算机(21)中，计算机(21)根据所述第二流量信息计算当前内压测量值下待测沥青路面层(8)在动水状态下横向渗水速率V动；
待测沥青路面层(8)在静水变压状态下横向渗水速率的测试过程为：
打开第一阀门(14)、第二阀门(15)及第三阀门(16)，关闭第四阀门(11)，计算机(21)控制水泵使给水箱(3)中的水进入到蓄水筒(17)中，当蓄水筒(17)中的水位等于预设水位值时，则打开第一阀门(14)，使蓄水筒(17)中的水进入到待测沥青路面层(8)中，然后当蓄水筒(17)中的水与第三阀门(16)齐平时，则关闭水泵、第一阀门(14)及第三阀门(16)，通过蓄水筒(17)中的水位不断下降来模拟待测沥青路面层(8)的静水变压状态，再通过流量计(13)实时检测蓄水筒(17)中水的第三流量信息，并将所述第三流量信息转发至计算机(21)中，计算机(21)根据所述第三流量信息计算待测沥青路面层(8)在静水变压状态下横向渗水速率V静2。
2.根据权利要求1所述的测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，还包括升降杆(1)，升降杆(1)位于控制箱(2)内，升降杆(1)的底部固定于控制箱(2)的底部，给水箱(3)固定于升降杆(1)的上端，升降杆(1)的控制端与计算机(21)的输出端相连接。
3.根据权利要求1所述的测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，底板(6)的上表面设有第一橡胶底座(7)，顶板(10)的下表面设有第二橡胶底座(19)，其中，第一橡胶底座(7)上设有第一环形套口(23)，第二橡胶底座(19)上设有第二环形套口，其中，待测沥青路面层(8)的下端卡接于第一环形套口(23)内，待测沥青路面层(8)的上端卡接于第二环形套口内，压力传感器(22)固定于第一橡胶底座(7)上，且压力传感器(22)位于第一环形套口(23)内。
4.根据权利要求1所述的测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，还包括集水槽(9)，顶板(10)及待测沥青路面层(8)位于集水槽(9)内，且底板(6)为该集水槽(9)的底部。
5.根据权利要求4所述的测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，集水槽(9)的侧面开设有出水口，且集水槽(9)侧面的出水口处设有第五阀门(20)。
6.根据权利要求1所述的测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，底板(6)上设有第一通孔，顶板(10)上设有第二通孔，支座(4)的下端固定于控制箱(2)上，支座(4)的上端穿过第一通孔插入于第二通孔内。
7.根据权利要求1所述的测试沥青路面层流特性的试验方法，其特征在于，支座(4)的数目为4个。
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