CN106769774A - 一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置及方法，属于路面工程检测技术领域，具体是在测试箱体中设有测试箱底板，顶部有密封顶盖及密封圈，四周加有防水材料构成的密封层，中间放置测试试件，水箱由进水管给整个装置供水，水体加压筒为水体加压装置，加压载荷经加压竖杆推动加压橡胶活塞下移给水体加压，加压水体经下水管与测试试件接触，渗出水体由渗水孔、集水槽、引水管流入量杯中，本发明可有效消除侧渗与常压变水头对试验数据的影响，大大提高检测数据稳定性，更加准确地评判沥青路面的防渗水能力，还可以有效降低不同试验检测人员间的人为误差，使检测数据稳定性更好，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

Description

一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置及方法

技术领域

本发明属于沥青路面渗水检测技术领域，具体涉及一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水室内检测装置及方法。

背景技术

大量的工程实践表明，水分对沥青路面的使用质量有重要影响。水分的来源有多种，其中最常见的是雨季降雨，从路表面逐渐向下渗入混合料内部，由于路面空隙率大，充满水分成为破坏路表面的主要原因。沥青路面渗水性能是反映沥青混合料性能的一个重要指标，如果沥青面层透水，则必然会造成剥落、坑槽、松散等早期破坏，同时水进入基层或路基，使路面承载力降低。因此路面渗水系数已经成为评价路面性能的一个重要指标。

如今常规的路面渗水试验方法为JTG E60-2008《公路路基路面现场测试规程》(T0971-2008)，该设备在实际应用过程中存在边缘难以用密封材料完全封住的问题，同时，水可能从连通的空隙返到路面上，而并没有渗入到结构层中，因此无法确认路面是否渗水。再者，试验中对密封材料的选择也尤为严格，流动性与防水性不佳的材料在使用过程中往往会加重侧渗的影响，这严重影响了路面渗水试验的推广，因此研制新型防侧渗的渗水仪器变得十分必要。其次，以前进行路面渗水试验时采用的是常压变水头，变化的水头压力严重影响试验结果间的相关性，使得不同测点的试验数据间的比较变得困难，仅能依据规范规定值粗略地判断试验结果是否满足规范要求，这在进一步深入研究路面渗水方面也是一大缺憾。

因此，本发明立足于以上实际问题，提出一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水室内检测装置，有效消除侧渗与常压变水头对试验数据的影响，使渗水系数能够更好地反应路面真实的渗水情况。

发明内容

为了解决现有常压变水头的渗水试验所存在的不足，本发明提供了一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，可有效消除侧渗与常压变水头对试验数据的影响，大大提高检测数据稳定性，更加准确地评判沥青路面的防渗水能力。

同时，本发明还提供了一种利用上述检测装置实现的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

该防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，包括起支撑作用的调平支架，在调平支架上设置有可安放测试件的测试箱，测试箱的底部开设有渗水孔、内壁上铺设有防水密封层，在测试箱的下方设置有可从测试件底部收集渗水的集水槽，集水槽通过引水管与量杯连接，在测试箱的顶部设置有密封顶盖，密封顶盖与测试箱中的测试件顶部之间形成渗水空腔，在密封顶盖上开设有排气孔b并在排气孔b上设置有排气控制阀，测试箱通过安装在密封顶盖上的下水管与加压筒连通，下水管上设置有下水控制阀，加压筒的侧部通过安装在进水管上的进水控制阀与水箱连通，在加压筒内设置有加压活塞，加压活塞的活塞杆延伸至加压筒顶部上方并在活塞杆的顶端设置有荷载平台，在荷载平台上设置有可调整加压筒内恒定压力的加压载荷。

进一步限定，在密封顶盖上设置有与测试箱端口正对的密封圈。

进一步限定，上述加压活塞的活塞杆的外壁上刻有体积刻度线，在加压筒侧壁上有水位刻度线。

进一步限定，密封顶盖与测试箱中的测试件顶部之间所形成的渗水空腔的高度为0.5～1.5cm。

进一步限定，上述防水密封层的厚度为1～2cm。

进一步限定，上述集水槽的锥角为120～150°。

利用上述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置实现沥青路面渗水检测的方法，其由以下步骤组成：

(1)将测试件放置在测试箱的底部中心位置，并用防水密封层填充密实，防止侧渗，加盖密封顶盖，并用螺栓紧固；

(2)关闭下水控制阀，开启进水控制阀，将水箱内的水经进水管注入加压筒内，至设定水位，关闭进水控制阀；

(3)根据试验要求计算所需加压载荷m，将对应的加压载荷放置在荷载平台上，通过加压活塞对加压筒内的水施加恒压，打开下水控制阀和排气控制阀，使加压筒的水经下水管进入测试箱内，充满渗水空腔，待排气孔b处有水流时关闭下水控制阀和排气控制阀；

(4)打开下水控制阀，保持恒压变水头的模式，开始测试，渗水空腔内的水体经测试件向下下渗，流经渗水孔，在集水槽中收集后经引水管进入量杯中，保持加压筒内水压恒定，压力P为0.7～1.0MPa，渗水时间为1～3min，关闭下水控制阀，记录量杯内的水量V；

(5)根据下式计算出测试件在单位水压下的渗水系数C_wP，mL/(min*MPa)：

其中，C_wP——单位水压渗水系数，mL/(min*MPa)；P——水压，MPa；

V——量杯内水量，mL t——渗水时间，min；

m——加压荷载，kg； g——重力加速度常数，9.8m/s²；

S——加压筒的空腔截面面积，mm²；

δ₁——压力转换系数，其值为0～1。

本发明的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置及方法，主要是通过加压载荷推动加压活塞下移给水体加压，并保持恒压，加压水经下水管与测试试件接触，经测试件向下渗出，渗出水经渗水孔、集水槽、引水管流入量杯中，根据流入量杯内的积水体积能够计算出恒压变水头下该测试件的渗水系数，以此来判定沥青路面的抗渗能力，与现有技术相比，本发明采用恒压加压、增加防水密封层等措施，可有效消除侧渗与常压变水头对试验数据的影响，大大提高检测数据稳定性，更加准确地评判沥青路面的防渗水能力，有效地解决了侧渗对渗水结果的影响，再者现今工程实际中采用的渗水测试设备，以按照流入测试体内的水量来计算渗水系数，没有考虑各测试体间孔隙率大小的差异，并由此带来的误差，本发明采用通过测试体的水量来参与计算，可以有效排除各测试体因孔隙率不同而造成的误差，使测试结果间更加可靠；并且本发明采用恒压变水头的模式，可提高检测数据稳定性，一体化的标准检测设备还可以有效降低不同试验检测人员间的人为误差，使检测数据稳定性更好，此外，本发明的装置结构简单，原理科学，易于为工程技术人员所接受和掌握，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

附图说明

图1为防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置结构示意图。

图2为图1的密封顶盖5的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实施例的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置是由调平支架1、测试箱2、防水密封层3、密封顶盖5、排气控制阀6、加压筒7、加压活塞8、加压荷载9、荷载平台10、水箱11、进水控制阀12、下水控制阀13、紧固螺栓14、密封圈18、集水槽15、引水管17以及量杯16组合构成。

其中，调平支架1可以采用三脚架，测试箱2固定在调平支架1上，该测试箱2是一个矩形钢制箱体，在箱体底部中心放置测试件4的位置开设有多个渗水孔，渗水孔的孔径为0.5～1cm，在测试箱2底部均匀分布，便于从测试件4上直渗下的水流经渗水孔排出，在测试箱2的底部连接有漏斗形的集水槽15，用于收集测试箱2下渗的水，集水槽15的锥角为135°，还可以在120～150°范围内调整，便于水流，在集水槽15的底部开设有出水口，出水口上安装引水管17，引水管17下端放置量杯16，将集水槽15收集的水引流至量杯16中。在测试箱2的箱体内沿着内壁铺设有防水布制成的防水密封层3，防水密封层3的厚度为1～2cm，且高于测试件4顶部0.3mm左右，防止水从测试件4的侧部发生侧渗，该测试箱2的上部开口处设置有外延，便于与顶部安装的密封顶盖5固定，密封顶盖5的边沿与测试箱2的边沿通过紧固螺栓14紧固，为了保证密封顶盖5与测试箱2之间的密封性能，在密封顶盖5上与测试箱2端口正对的位置嵌装有O形的橡胶密封圈18，参见图2，该密封顶盖5的中心开有中心过水孔a，在过水孔a的侧旁开设有排气孔b，在排气孔b上安装有排气控制阀6。本实施例的顶盖与测试箱2内的测试件4之间有0.5～1.5cm的高度差，使密封顶盖5与测试件4顶部之间形成渗水空腔，以保证作用在测试件4上的水压分布均匀。该密封顶盖5通过安装在中心过水孔a上的下水管与加压筒7的底部连通。该加压筒7是钢化塑料制成，在侧壁上刻有水位刻度线，在加压筒7顶部安装有可在加压筒7内部上下活动的加压活塞8，加压活塞8的塞头设置在加压筒7内腔并与加压筒7内壁密封连接，加压活塞8的活塞头在加压筒7内腔上下移动，压缩加压筒7内空气，使加压筒7内的水形成高压水，该加压活塞8的活塞杆穿过加压筒7的顶部延伸至加压筒7外侧并且在活塞杆外壁上刻有体积刻度线，该体积刻度线是依据加压筒7的直径大小换算出的，能够显示加压筒7内水体的体积。在加压活塞8的活塞杆顶部焊接有荷载平台10，在荷载平台10上可以放置适量的加压荷载9，根据加压荷载9的载荷大小控制加压筒7内水的压力。本实施例的加压筒7侧壁底端开设有进水口，进水口上安装有进水管，加压筒7通过安装在进水管上的进水控制阀12与水箱11连通，由水箱11供水。

利用上述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置来实现沥青路面渗水的检测，具体方法由以下步骤实现：

(1)选用室内马歇尔试件作为测试件4，将测试件4放置在测试箱2的底部中心位置，并用防水密封层3填充密实，防止侧渗，加盖密封顶盖5，并用螺栓紧固；

(2)关闭下水控制阀13，开启进水控制阀12，提起加压活塞8的活塞杆，将水箱11内的水经进水管注入加压筒7内，至设定水位，关闭进水控制阀12；

(3)根据试验要求计算所需加压载荷m，将对应的加压载荷放置在荷载平台10上，通过加压活塞8对加压筒7内的水施加恒压，打开下水控制阀13和排气控制阀6，使加压筒7的水经下水管进入测试箱2内，充满渗水空腔，待排气孔b处有水流时关闭下水控制阀13和排气控制阀6；

(4)打开下水控制阀13，保持恒压变水头的模式，开始测试，渗水空腔内的水体经测试件4向下下渗，流经渗水孔，在集水槽15中收集后经引水管17进入量杯16中，保持加压筒7内水压恒定，压力P为0.7～1.0MPa，渗水时间为1～3min，关闭下水控制阀13，记录量杯16内的水量V；

(5)根据下式计算出测试件4在单位水压下的渗水系数C_wP，mL/(min*MPa)：

其中，C_wP——单位水压渗水系数，mL/(min*MPa)；P——水压，MPa；

V——量杯16内水量，mL； t——渗水时间，min；

m——加压荷载大小，kg； g——重力加速度常数，9.8m/s²；

S——加压筒的空腔截面面积,mm²；

δ₁——压力转换系数，其值为0～1。

特别说明，压力修正系数δ₁是因加压橡胶活塞8与加压筒7内壁间相对移动时存在一定的摩擦力，会导致加压载荷9的部分重力不能转化为水体压力，而经过既定的设备通过加载实验测试得出的修正量，采用常规修正方法确定。

上述实施例中的测试箱2，可以是方形箱体，也可以是圆形筒体，其测试箱2内壁与测试件4侧壁之间填充的防水密封层3可采用密封性能好、可塑性强的防水材料，也可以采用橡皮泥或者防水泥等材料，根据试验需要选择。

在检测时，对于加压荷载9的选择可以根据加压筒7内水压大小来确定，控制加压筒7内水压在0.7～1.0MPa范围内，保持恒压变水头的模式，当水在测试件4中直渗，导致加压筒7内水位下降时，加压活塞8的活塞头在加压荷载9的重力作用下下移，保证加压筒7内水压恒定即可。

本发明能够准确确定测试件4下渗水量，可排除测试件4自身孔隙率对渗水系数所产生的影响，使检测结果更加可靠。

Claims (7)

1.一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，包括起支撑作用的调平支架(1)，在调平支架(1)上设置有可安放测试件(4)的测试箱(2)，其特征在于：所述测试箱(2)的底部开设有渗水孔、内壁上铺设有防水密封层(3)，在测试箱(2)的下方设置有可从测试件(4)底部收集渗水的集水槽(15)，集水槽(15)通过引水管(17)与量杯(16)连接，在测试箱(2)的顶部设置有密封顶盖(5)，密封顶盖(5)与测试箱(2)中的测试件(4)顶部之间形成渗水空腔，在密封顶盖(5)上开设有排气孔(b)并在排气孔(b)上设置有排气控制阀(6)，测试箱(2)通过安装在密封顶盖(5)上的下水管与加压筒(7)连通，下水管上设置有下水控制阀(13)，加压筒(7)的侧部通过安装在进水管上的进水控制阀(12)与水箱(11)连通，在加压筒(7)内设置有加压活塞(8)，加压活塞(8)的活塞杆延伸至加压筒(7)顶部上方并在活塞杆的顶端设置有荷载平台(10)，在荷载平台(10)上设置有可调整加压筒(7)内恒定压力的加压载荷(9)。

2.根据权利要求1所述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，其特征在于：在密封顶盖(5)上设置有与测试箱(2)端口正对的密封圈(18)。

3.根据权利要求1所述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，其特征在于：所述加压活塞(8)的活塞杆的外壁上刻有体积刻度线，在加压筒(7)侧壁上有水位刻度线。

4.根据权利要求1所述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，其特征在于：密封顶盖(5)与测试箱(2)中的测试件(4)顶部之间所形成的渗水空腔的高度为0.5～1.5cm。

5.根据权利要求1所述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，其特征在于：所述防水密封层(3)的厚度为1～2cm。

6.根据权利要求1所述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置，其特征在于：所述集水槽(15)的锥角为120～150°。

7.一种利用权利要求1～6任一项所述的防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置实现沥青路面渗水检测的方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)将测试件(4)放置在测试箱(2)的底部中心位置，并用防水密封层(3)填充密实，防止侧渗，加盖密封顶盖(5)，并用螺栓紧固；

(2)关闭下水控制阀(13)，开启进水控制阀(12)，将水箱(11)内的水经进水管注入加压筒(7)内，至设定水位，关闭进水控制阀(12)；

(3)根据试验要求计算所需加压载荷m，将对应的加压载荷放置在荷载平台(10)上，通过加压活塞(8)对加压筒(7)内的水施加恒压，打开下水控制阀(13)和排气控制阀(6)，使加压筒(7)的水经下水管进入测试箱(2)内，充满渗水空腔，待排气孔(b)处有水流时关闭下水控制阀(13)和排气控制阀(6)；

(4)打开下水控制阀(13)，保持恒压变水头的模式，开始测试，渗水空腔内的水体经测试件(4)向下下渗，流经渗水孔，在集水槽(15)中收集后经引水管(17)进入量杯(16)中，保持加压筒(7)内水压恒定，压力P为0.7～1.0MPa，渗水时间为1～3min，关闭下水控制阀(13)，记录量杯(16)内的水量V；

(5)根据下式计算出测试件(4)在单位水压下的渗水系数C_wP，mL/(min*MPa)：

$C_{WP}=\frac{V}{t\×P}$

$P=\frac{mg}{s}\×{\mathrm{\δ}}_1$

其中，C_wP——单位水压渗水系数，mL/(min*MPa)；P——水压，MPa；

V——量杯(16)内水量，mL t——渗水时间，min；

m——加压荷载9，kg；g——重力加速度常数，9.8m/s²；

S——加压筒的空腔截面面积，mm²；

δ₁——压力转换系数，其值为0～1。