CN108254287A - 一种多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置及测试方法，该装置通过对孔堵混合料试件反复正负压作用，实现孔隙疏通模拟。孔隙疏通性能测试方法，首先利用真空干燥箱，对浸泡多孔沥青混合料试件的黏土浊液进行充分真空干燥，得到被黏土堵塞孔隙的沥青混合料；然后采用测试装置进行疏通作用，以疏通后混合料内堵塞物质量损失，计算孔隙疏通率，为定量评价多孔沥青混合料堵塞后疏通孔隙的性能提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种孔隙被堵塞沥青混合料的孔隙疏通性能测试装置及测试方法，属于多孔沥青路面耐久性评价领域。
背景技术
自1950年代，多孔沥青混合料(OGFC)在欧洲出现以来，它以多种形式得到了广泛应用，在欧洲称为多孔隙沥青混合料(单层或双层)，日本称为排水性沥青路面(厚4～5cm，做结构层)，美国称为开级配磨耗层(厚1.5～3.5cm，做功能层)。数十年应用表明，多孔沥青混合料优缺点均十分突出，优点包括：安全(排水、抗滑、减少水雾、防眩光)和环保(降噪3～6dB、过滤和净化路表径流、补充地下水)等。缺点主要是功能的持续性不足，其中重要的表现形式是：孔隙容易被灰尘、轮胎橡胶颗粒等堵塞，引起混合料连通空隙率下降，导致多孔沥青混合料丧失了与普通混合料相比所存在的优势。
多孔混合料在应用过程中孔隙堵塞的案例很多，1980年代Kraemer曾对欧洲多条多孔沥青路面做过渗水性能调查，发现刚铺筑时、使用3年和9年后这些路面的渗水时间分别为25～75s、80～100s和160～400s，孔隙堵塞十分严重。1996年调查表明，西班牙部分重交通的多孔沥青路面在使用2年后，孔隙堵塞十分严重。日本在市区铺筑的一些多孔沥青路面在使用后也出现了因孔隙堵塞引起的排水、抗滑性能衰减的问题。2010年，上海世博园区周边铺筑的多孔沥青混合料在使用8个月后，孔隙堵塞引起渗水系数从1700ml/15s快速下降到450ml/15s；江苏盐通高速排水沥青路面在使用3～4年后，重车道渗水系数下降明显，严重影响路面横向排水。可见，孔隙堵塞是多孔沥青混合料在应用过程中普遍存在的问题，只是严重的程度各不相同而已。
针对颗粒堵塞的问题，国外做过一些调查和研究工作，包括路面结构的改进、路面清扫设备的开发以及多孔沥青路面的适应性研究等。研究表明：当空隙率达到22％，铺筑厚度不超过3cm，在高速行车状态下，路面不会出现孔隙阻塞现象，无需特别的维护。美国的OGFC成功地应用于高速公路便是一个例子。欧洲和日本为了解决多孔路面孔隙阻塞的问题，试图通过增大路面空隙率和设置双层多孔沥青层的办法，但结果都不是很理想。实践表明：当多孔沥青面层铺筑厚度超过4cm，空隙率不足20％时，很难避免出现孔隙阻塞现象。为了使路面孔隙维持在一定的水平，比利时、瑞士、日本相继开发了多孔沥青路面清扫车，通过喷射高压水流将孔隙中的污染物冲出，然后通过自带的吸盘将污染物吸收带走，起到清洁路面和恢复路面孔隙的作用。根据这一原理，我国河南省高远公路养护设备有限公司研制了排水性路面机能恢复车，实践证明，该车通过高压水喷射路面和负压回收的循环作用，可起到一定的疏通孔隙，恢复排水性能的作用。可见，围绕着多孔沥青混合料的孔隙堵塞问题，目前主要是在孔隙堵塞后通过对路面养护的方式加以孔隙疏通和缓解堵塞，并没有在多孔混合料设计过程中对其堵塞后孔隙疏通性能进行相应的测试与方法，以优选出具有较好孔隙疏通性能的混合料应用于实际路面。究其原因，主要是道路工程领域缺乏测试孔隙被堵塞混合料的孔隙疏通性能的装置与方法。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置及测试方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置，包括压抽施载部件和动力部件；
所述压抽施载部件包括底部开口且通过螺栓固定在一起的双壁结构，所述双壁结构包括外筒和内筒，所述内筒置于所述外筒内，所述内筒上端部设有圆形开口、下端部无底，所述圆形开口内设有与模具外螺纹相配的内螺纹，所述模具用于放置待测试件；所述外筒下端部设有与所述内筒直径相等的开口，所述开口上设有碗形橡皮垫，所述橡皮垫的上边处通过螺栓与所述外筒和所述内筒固定在一起，即，螺栓依次穿所述内筒内过内筒、橡皮垫和外筒；所述内筒内设有一水平隔板，所述隔板上设有四排方形孔，中间两排方形孔上设有孔门，所述孔门通过铰链固定在方形孔上，所述水平隔板与所述橡皮垫底部通过抗压弹簧相连；
所述动力部件包括电动机和变频器，所述电动机转动端头上固定一偏心三角块，所述偏心三角块与橡皮垫的底面相接触。
进一步，所述方形孔为12个，呈四排分布在水平隔板上，分别为第一排、第二排、第三排和第四排，其中，各排间的间距相等，第一排和第四排的方形孔排列方式相同，第二排和第三排的方形孔排列方式相同，所述第一排至所述第四排中间位置处的方形孔相互对齐，所述第一排和第四排端部方形孔分别位于第二排和第三排端部方形孔和中间方形孔之间。
进一步，所述抗压弹簧为4根。
进一步，所述橡皮垫底部设有加固铁片，所述抗压弹簧的一端固定在水平隔板上，另一端固定在所述加固铁片上。
本发明还提供另一种采用上述的多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置进行沥青混合料孔隙疏通性能测试的方法，包括以下步骤：
步骤一，在模具内制作孔隙被堵塞的沥青混合料试件，并将装有试件的模具旋入圆形开口内；
步骤二，向外筒内注水至水面高于马歇尔试件的上表面，然后接电动机高度，使偏心三角块与橡皮垫底部相接触，并通过变频器设置电动机转速；
步骤三，开启变频器，使偏心三角块做偏心转动，偏心三角块转动过程中，与橡皮垫接触时，使得橡皮垫被向上压缩，内筒与橡皮垫构成的空间内部呈正压状态；当偏西三角块与橡皮垫不接触时，抗压弹簧将橡皮垫向下撑开，使内筒与橡皮垫构成的空间内部呈负压状态；如此，在内筒与橡皮垫构成的空间内形成正负压的交替；偏心三角块转动一定时间后，关闭变频器，取出试件后烘干至恒重；
步骤四，计算孔隙被堵塞后混合料试件的孔隙疏通率。
进一步，步骤一具体过程为：首先，以粒径为0.15～0.6mm的黏土与清水按质量比1:1，配制粘稠浊液，将成型多孔沥青混合料试件和浊液放入模具内，试件的不脱模质量为m0，浊液的液面高于试件上表面至少50mm；其次，将模具放入真空干燥箱内，于压强为97.5kPa、温度为35℃的条件真空干燥30min；第三，将真空干燥后试件烘干至恒重，并清理试件表面的尘土，然后称取试件不脱模质量md。
进一步，步骤四中，疏通率其中，md-ms为孔隙堵塞物中被疏通出来的质量，ms-m0为孔隙内原有堵塞物质量，m0为孔隙被堵塞前试件不脱模质量，md为孔隙被堵塞后试件不脱模质量，ms为步骤三处理后试件不脱模质量。
本发明所达到的有益技术效果：本发明提供的一种多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置和测试方法，模拟了实际路面中车辆轮胎对孔隙的正压和真空负压的交错作用，并结合混合料孔隙堵塞的模拟试验，实现了对多孔沥青混合料孔隙堵塞及其后疏通性能的定量测试，具有制作方便、操作简洁的优势。
附图说明
图1本发明之多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置的结构剖面图；
图2本发明之水平隔板俯视示意图；
图3本发明之橡皮垫俯视示意图；
图4本发明之多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置受压状态示意图。
其中：1试件；2孔隙堵塞物；3模具；4内筒；5水平隔板；6孔门；7橡皮垫；8螺栓；9抗压弹簧；10加固铁片；11外筒；12偏心三角块；13电动机；14变频器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
多孔路面中孔隙被堵塞之后，在车辆荷载驶入时轮胎将压缩孔隙，驶离后会形成真空区，以泵吸作用抽吸孔隙内堵塞物2，这是实际路面中孔隙被疏通机制。为了在实验室内模拟这一过程，以上述孔隙堵塞后的沥青混合料为对象，发明了能实现压缩、抽真空反复作用的孔隙疏通装置，该装置包括压抽施载部件和动力部件，如图1～图4所示；
所述压抽施载部件为装置的核心，包括底部开口且通过螺栓固定在一起的双壁结构，所述双壁结构包括外筒11和内筒4，外筒11高度大于内筒4高度，以保障试件1完全浸没在水中，所述内筒4置于所述外筒11内，所述内筒4上端部设有圆形开口、下端部无底，所述圆形开口内设有与模具3外螺纹相配的内螺纹，所述模具3用于放置待测试件1；所述外筒11下端部设有与所述内筒4直径相等的开口，所述开口上设有碗形橡皮垫7，所述橡皮垫7的上边处通过螺栓8与所述外筒11和所述内筒4固定在一起，即，螺栓8依次穿过所述内筒4侧壁、橡皮垫7和外筒11；所述内筒4内设有一水平隔板5，水平隔板5可以通过焊接方式固定在内筒4内，也可以是其他的固定方式；
为了使压抽施载过程中被疏通的黏土颗粒不至于被反复压缩到孔隙中。所述水平隔板5上设有四排方形孔，中间两排方形孔上设有孔门6，所述孔门6通过铰链固定在方形孔上，以保证从混合料孔隙被疏通出的黏土颗粒，能通过方形孔进入水平隔板5下方空间，再压缩时，孔门6在压力作用下关闭，黏土颗粒不被再次压缩到混合料孔隙内；所述方形孔为12个，呈四排分布在水平隔板5上，分别为第一排、第二排、第三排和第四排，其中，各排间的间距相等，第一排和第四排的方形孔排列方式相同，第二排和第三排的方形孔排列方式相同，所述第一排至所述第四排中间位置处的方形孔相互对齐，所述第一排和第四排端部方形孔分别位于第二排和第三排端部方形孔和中间方形孔之间。
所述水平隔板5与所述橡皮垫7底部通过4根抗压弹簧9相连，为了实现压缩和抽真空反复作用，抗压弹簧9必须具有足够的抗疲劳性能，弹簧线径为1.5mm，外径为15mm，长度为150mm。且为了保持压缩受力平衡，所述橡皮垫7底部设有加固铁片10，所述抗压弹簧9的一端固定在水平隔板5上，另一端固定在所述加固铁片10上。
所述动力部件包括电动机13和变频器14，所述电动机13转动端头上固定一偏心三角块12，所述偏心三角块12与橡皮垫7的底面相接触，通过偏心三角块12对橡皮垫7底部的压力，实现对压抽部件内部水的压缩作用。如图4所示，电动机13每旋转一周，在前半周内产生一次压缩作用，当偏心三角块12与碗形橡皮垫7分离的后半周内，抗压弹簧9将快速恢复原有长度，使碗形橡皮垫7内部产生一定真空度，实现了一次压抽模拟。如此，随着电动机13多次转动，对碗形空间内水的形成重复压抽作用，实现水对孔隙堵塞物2的疏通。
本发明还提供另一种采用上述的多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置进行沥青混合料孔隙疏通性能测试的方法，包括以下步骤：
步骤一，在模具内制作孔隙被堵塞的沥青混合料试件，并将装有试件的模具旋入圆形开口内；首先，以粒径为0.15～0.6mm的黏土与清水按质量比1:1，配制粘稠浊液，将成型多孔沥青混合料试件和浊液放入模具内，试件的不脱模质量为m0，浊液的液面高于试件上表面至少50mm；其次，将模具放入真空干燥箱内，于压强为97.5kPa、温度为35℃的条件真空干燥30min；第三，将真空干燥后试件烘干至恒重，并清理试件表面的尘土，然后称取试件不脱模质量md。
步骤二，向外筒内注水至水面高于马歇尔试件的上表面至少50mm，然后接电动机高度，使偏心三角块与橡皮垫底部相接触，并通过变频器设置电动机转速，以转速为10～30r/min为宜；
步骤三，开启变频器，使偏心三角块做偏心转动，偏心三角块转动过程中，与橡皮垫接触时，使得橡皮垫被向上压缩，内筒与橡皮垫构成的空间内部呈正压状态；当偏西三角块与橡皮垫不接触时，抗压弹簧将橡皮垫向下撑开，使内筒与橡皮垫构成的空间内部呈负压状态；如此，在内筒与橡皮垫构成的空间内形成正负压的交替；偏心三角块转动一定10min后，关闭变频器，取出试件后烘干至恒重；
步骤四，孔隙被堵塞后混合料试件的孔隙疏通率其中，md-ms为孔隙堵塞物中被疏通出来的质量，ms-m0为孔隙内原有堵塞物质量，m0为孔隙被堵塞前试件不脱模质量，md为孔隙被堵塞后试件不脱模质量，ms为步骤三处理后试件不脱模质量。
实施例
为了更好的阐述本发明的技术方案，下面以对OGFC-13多孔沥青混合料进行试验说明，OGFC-13多孔沥青混合料级配、沥青用量BC、空隙率VV见表1。
表1实施例采用的OGFC-13
(1)多孔沥青混合料孔隙堵塞试验
按表1所示的矿料级配，采用玄武岩集料、石灰岩磨细的矿粉和高粘改性沥青(技术参数见表2)，以击实仪在外侧面带螺纹的马歇尔试模内双面击实50次，成型OGFC-13的马歇尔试件，室温下放置12h后，在不脱模时称取质量为2078.4g。
表2高粘改性沥青
按质量比4：10配制黏土颗粒与清水的混合浊液1000g，黏土粒径为0.15～0.6mm，并把浊液与不脱模的试件一起放入内径为120mm的圆筒内，将圆筒放入真空干燥箱内，在真空度97.5kPa，温度35℃时真空干燥30min，再在烘箱内烘干至恒重。
取出干燥后的试件，待用毛刷清理模具上和试件表面上的黏土之后，称取质量2196.3g，则计算得到堵塞黏土质量为2196.3-2078.4＝117.9g。
(2)多孔沥青混合料孔隙疏通试验与孔隙疏通率计算
把孔隙堵塞后的试件浸没在清水中30min后取出。准备孔隙疏通试验装置，并向装置内注水，直到液面达到装置压抽施载部分的顶面为止。把浸水后的带模马歇尔试件与装置顶部开口端旋紧，再向装置内注水，待液面高出试件顶面5cm时，停止注水。
设置与电动机相连接的变频器，使其旋转速度为10r/min，开动电动机，使压抽施载部分内水受到压缩和真空的反复作用，10min后关闭电动机。旋出带模的马歇尔试件，并在45℃时烘干至恒重，称取质量为2150.8g，则从孔隙内疏通出的堵塞物质量为2196.3-2150.8＝45.5g。计算得到的孔隙疏通率S为45.5/117.9×100％＝38.6％，可见经过10min疏通作业后，混合料孔隙内只有少部分堵塞物被疏通出，孔隙堵塞程度依然严重，说明本实施例中OGFC-13的孔隙被疏通性能较低，应用于实际路面时，当孔隙被堵塞后，养护中难以彻底疏通孔隙，难以完全恢复孔隙的连通特性。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置，其特征在于：包括压抽施载部件和动力部件；
所述压抽施载部件包括底部开口且通过螺栓固定在一起的双壁结构，所述双壁结构包括外筒和内筒，所述内筒置于所述外筒内，所述内筒上端部设有圆形开口、下端部无底，所述圆形开口内设有与模具外螺纹相配的内螺纹，所述模具用于放置待测试件；所述外筒下端部设有与所述内筒直径相等的开口，所述开口上设有碗形橡皮垫，所述橡皮垫的上边处通过螺栓与所述外筒和所述内筒固定在一起，即，螺栓依次穿所述内筒内过内筒、橡皮垫和外筒；所述内筒内设有一水平隔板，所述隔板上设有四排方形孔，中间两排方形孔上设有孔门，所述孔门通过铰链固定在方形孔上，所述水平隔板与所述橡皮垫底部通过抗压弹簧相连；
所述动力部件包括电动机和变频器，所述电动机转动端头上固定一偏心三角块，所述偏心三角块与橡皮垫的底面相接触。
2.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置，其特征在于：所述方形孔为12个，呈四排分布在水平隔板上，分别为第一排、第二排、第三排和第四排，其中，各排间的间距相等，第一排和第四排的方形孔排列方式相同，第二排和第三排的方形孔排列方式相同，所述第一排至所述第四排中间位置处的方形孔相互对齐，所述第一排和第四排端部方形孔分别位于第二排和第三排端部方形孔和中间方形孔之间。
3.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置，其特征在于：所述抗压弹簧为4根。
4.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置，其特征在于：所述橡皮垫底部设有加固铁片，所述抗压弹簧的一端固定在水平隔板上，另一端固定在所述加固铁片上。
5.采用权利要求1所述的多孔沥青混合料孔隙疏通性能测试装置进行沥青混合料孔隙疏通性能测试的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，在模具内制作孔隙被堵塞的沥青混合料马歇尔试件，并将装有试件的模具旋入圆形开口内；
步骤二，向外筒内注水至水面高于马歇尔试件的上表面，然后调节电动机高度，使偏心三角块与橡皮垫底部相接触，并通过变频器设置电动机转速；
步骤三，开启变频器，使偏心三角块做偏心转动，偏心三角块转动过程中，与橡皮垫接触时，使得橡皮垫被向上压缩，内筒与橡皮垫构成的空间内部呈正压状态；当偏西三角块与橡皮垫不接触时，抗压弹簧将橡皮垫向下撑开，使内筒与橡皮垫构成的空间内部呈负压状态；如此，在内筒与橡皮垫构成的空间内形成正负压的交替；偏心三角块转动一定时间后，关闭变频器，取出试件后烘干至恒重；
步骤四，计算孔隙被堵塞后混合料试件的孔隙疏通率。
6.根据权利要求5所述的沥青混合料孔隙疏通性能测试的方法，其特征在于：步骤一具体过程为：首先，以粒径为0.15～0.6mm的黏土与清水按质量比1:1，配制粘稠浊液，将成型多孔沥青混合料试件和浊液放入模具内，试件的不脱模质量为m0，浊液的液面高于试件上表面至少50mm；其次，将模具放入真空干燥箱内，于压强为97.5kPa、温度为35℃的条件真空干燥30min；第三，将真空干燥后试件烘干至恒重，并清理试件表面的尘土，然后称取试件不脱模质量md。
7.根据权利要求5所述的沥青混合料孔隙疏通性能测试的方法，其特征在于：步骤四中，疏通率其中，md-ms为孔隙堵塞物中被疏通出来的质量，ms-m0为孔隙内原有堵塞物质量，m0为孔隙被堵塞前试件不脱模质量，md为孔隙被堵塞后试件不脱模质量，ms为步骤三处理后试件不脱模质量。
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