CN108593898A - 考虑热氧老化和水损害耦合作用对ogfc性能影响的室内模拟装置及其滴水测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置及其滴水测试方法，属于沥青混合料实验方法领域。装置包括OGFC沥青混合料试件的制作，OGFC试件在模拟装置内热氧老化和水损害的耦合环境处理。本发明模拟装置相比于目前模拟沥青混合料所处环境的装置及方法，综合考虑了热氧老化和水损害对OGFC沥青混合料的作用，更符合实际沥青混合料所处的环境，实验数据更有参考价值。

Description

考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟 装置及其滴水测试方法

技术领域

本发明属于沥青混合料实验方法领域，具体涉及一种考虑热氧老化和水损害耦合作用对 OGFC性能影响的室内模拟装置及其滴水测试的方法。

背景技术

作为海绵城市的重要基础设施，OGFC性能在很大程度上决定了海绵城市建设的成败。为了确保OGFC路面在使用阶段能有良好的路用性能，精确模拟OGFC所处的实际环境对其后续性能影响的研究十分关键。

老化、水损害一直是国内外学者研究的热点和关键词，是检验一切沥青路面新技术、新材料是否优先进行和适用性的主要标准。已有研究表明水分的存在能加速沥青老化的发生，而 OGFC由于空隙较大，水分影响尤为突出。在实际道路路面中，沥青混合料路用性能受环境温度，水分等综合因素影响，并随时间增长，发生老化、水损等病害。因此研究模拟实际路面上沥青混合料水损、老化耦合作用至关重要。

已有的研究也仅是对PAV压力老化容器的改装，并且其中温度变化易使OGFC类排水型沥青混合料(孔隙大、渗透强)从内部产生结构性破坏使得后续实验无法进行。

发明内容

为了克服现有研究方法的不足，本发明提供一种常压下基于考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置及其滴水测试方法，综合考虑了热氧老化和水损害对OGFC 沥青混合料的作用，更符合实际沥青混合料所处的环境。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下具体技术方案：

考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，包括：容器本体，所述容器本体内部设有：搁置OGFC沥青混合料试件的试件架、设置在试件架正上方的降雨模拟装置、用于控制容器本体内水位变化的液位开关、用于控制进水的进水阀门、设置于容器本体底部的水温调节装置；

所述降雨模拟装置包括设置于容器本体顶部内壁上沿水平方向布置的聚水板、位于聚水板正下方且与所述聚水板平行布置的滴水板，滴水板上设有用于模拟降雨的滴水孔；

一环境温度控制箱，包围设置在所述容器本体的外部，环境温度控制箱的上部开口，所述容器本体的顶部伸出环境温度控制箱的上部开口与常温空气接触。

所述容器本体为长方体结构，长方体结构的顶部为可开合的顶板，长方体结构的四个侧壁上至少有一个侧壁为用于观测的透明材料制作而成，四个侧壁中至少有三个侧壁上开设通气回流孔，通气回流孔开在每个侧壁的中央处。

所述水温调节装置包括U型加热管、数显控制器、温度探头及防漏电保护插头。

所述试件架包括至少两层置物板和用于连接/支撑所述置物板的多个支撑杆。

所述聚水板上等间距刻线。

所述滴水板上的每个滴水孔均呈顶部开孔的空心圆柱凸起结构；顶部开孔的空心圆柱凸起结构的凸起高度范围是5mm～10mm。

所述液位开关为连杆浮球液位开关。

所述容器本体的底部设有调节高度的伸缩支撑架。

一种基于所述考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置进行滴水测试的方法，包括以下几个步骤：

步骤1：注水至容器本体中使得容器本体中的液面高度在110mm至130mm之间；

步骤2：根据SHRP规范设置老化环境温度为85℃，通过水温调节装置以及环境温度控制箱将容器本体内的温度调节至达到试验温度要求；

步骤3：容器本体内温度达到要求后10min，由于容器本体顶部与外界空气接触，聚水板的内、外温差较大，聚水板开始凝聚滴水；

步骤4：将质量分别为m1、m2、m3、m4的四个杯子同时放置于试件架上的试件位置处，并放置第一滴水板，1h后取出杯子，将每个杯子外壁上的水擦拭干净后分别称取四个杯子的经第一次滴水后的总质量m1’、m2’、m3’、m4’；将杯子继续放置原位置，如此循环继续进行三次滴水试验，每次滴水试验持续1小时，然后称取三次滴水后杯子总质量分别为，

经第2h滴水后四个杯子各自总质量：m1”、m2”、m3”、m4”；

经第3h滴水后四个杯子各自总质量：m1”’、m2”’、m3”’、m4”’；

经第4h滴水后四个杯子各自总质量：m1””、m2””、m3””、m4””；

步骤5：再依次换用三种不同孔密度的滴水板，分别是第二滴水板、第三滴水板和第四滴水板，第二滴水板、第三滴水板和第四滴水板的滴水实验步骤同步骤4，根据实验数据绘制不同孔密度滴水板滴水量与时间关系图。

所述第一滴水板为全开孔滴水板，第二滴水板为1/2开孔密度滴水板，第三滴水板为1/4 开孔密度滴水板，第四滴水板为1/9开孔密度滴水板。

有益效果：

本发明一种考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，相比于目前模拟沥青混合料所处环境的研究方法，针对OGFC混合料孔隙大、渗透强的特点，考虑常压下热氧老化和水损害两种因素包括其单一因素及耦合作用对OGFC沥青混合料的影响，更符合实际沥青混合料所处的环境，实验结果更有参考价值。

附图说明

图1为本发明一种考虑热氧老化与水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置的结构示意图；

其中，1为进水阀门；2为通气回流孔；3为连杆；4为聚水板；5为滴水板；(6、9)为支撑杆；7为OGFC沥青混合料试件；8为置物板；10为水温调节装置；11为环境温度控制箱；12为伸缩支撑架。

图2为本发明试件架结构示意图；

图3为支撑杆结构示意图；

图4为置物板结构示意图；

图5为通气回流孔示意图；

图6为连杆浮球液位开关的结构示意图；

图7为全孔滴水板的结构示意图；

图8为1/2孔滴水板的结构示意图；

图9为1/4孔滴水板的结构示意图；

图10为1/9孔滴水板的结构示意图；

图11为滴水板上每个滴水孔的侧视图；

图12为聚水板的结构示意图；

图13为劈裂强度实验中劈裂强度与不同处理环境的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。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。

实施例

一种常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，所述试验装置针对OGFC，内外处于常压环境。

如图1至图12所示，装置本体包括容器本体，容器壁上水温调节装置10，置于容器本体容腔中用于搁置试样的试件架，设置在试件架正上方的滴水板5，设置在容器顶盖下部的聚水板4，用于控制水位变化的连杆浮球液位开关3，用于控制进水的进水阀门1，环境温度控制箱11，用于维持容器结构稳定的垫架12。

所述容器本体为中空长方体；所述容器本体的尺寸为长420mm，宽420mm，高470mm，容器本体侧壁的材质为三面不锈钢，一面玻璃；

所述容器本体三面不锈钢处均开设通气回流孔2，通气回流孔开在侧面不锈钢中央处。

所述容器底部水温调节装置10为加热U型铜管，功率3000W，并配有数显控制器，温度探头及防漏电保护插头。

所述试件架中置物板和滴水板的尺寸均为370mm×370mm；所述容器顶盖下部的聚水板的尺寸为400mm×400mm；所述聚水板上按等间距10mm刻线；所述聚水板与常温空气接触使其行成内外温差从而凝聚滴水。

容器顶盖开设有圆形注水孔，直径20mm。

所述容器顶盖下部的聚水板为正方形，所述试件架中置物板和滴水板均为正方形。

本实施例中，所述置物板和滴水板为铁板或不锈钢板制作；所述滴水板通过底部支撑杆架设于试件架的顶层置物板的顶面。

本实施例中，所述置物板为两层，置物板设有通孔，所述滴水板设有用于模拟降雨的滴水孔5，本次试验采用尺寸为直径5mm圆孔，孔圆心距5mm下的全开孔滴水板，并用橡胶塞堵塞相应孔制成不同孔密度的1/2孔滴水板，1/4孔滴水板，1/9孔滴水板。

本实施例中，所述支撑杆为中空钢管；所述支撑杆为两层共8根，每层为4根均垂直分布于置物板四角，下层支撑杆长120mm，上层支撑杆长100mm。

如图7～11所示，所述置物板上的通孔和滴水板上的滴水孔均等间距分布，所述滴水板上的滴水孔呈向上凸起的空心圆柱形；所述滴水孔为圆形，尺寸及孔密度可根据滴水量需求修改；向上凸起的空心圆柱形的凸起高度是5mm。该种滴水孔结构是为了保证滴水是由于重力原因，而非由于积聚在滴水板而流入孔中。

如图12所示，所述聚水板上等间距刻线。

所述进水阀门的型号为DN15，电动丝扣球阀，电压220V普通型。

本实施例中，所述液位开关为连杆浮球液位开关，包括接线盒，连杆和浮球；所述接线盒材质为铝合金，形状为圆柱体，直径60mm，高60mm；所述连杆为中空圆柱，材质为不锈钢，直径8mm，长250mm；所述浮球材质为不锈钢，直径28mm；所述液位浮球开关控制水位高于容腔底部110mm～130mm。不锈钢浮球阀型号DN25，1寸。

本实施例中，所述环境温度控制箱为恒温通风烘箱，恒温通风烘箱的上部开402mm×402mm 的口，使得聚水板与常温空气接触；所述伸缩支撑架用于维持容器本体整体结构稳定。

一种考虑常压环境下热氧老化与水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置的滴水测试方法，包括以下步骤：

步骤1：注水至容器本体中使得容器本体中的液面高度在110mm至130mm之间；

步骤2：根据SHRP规范设置老化环境温度为85℃，通过水温调节装置以及环境温度控制箱将容器本体内的温度调节至达到试验温度要求；

步骤3：容器本体内温度达到要求后10min，由于容器本体顶部与外界空气接触，聚水板的内、外温差较大，聚水板开始凝聚滴水；

步骤4：将质量分别为m1、m2、m3、m4的四个杯子同时放置于试件架上的试件位置处，并放置第一滴水板，1h后取出杯子，将每个杯子外壁上的水擦拭干净后分别称取四个杯子的经第一次滴水后的总质量m1’、m2’、m3’、m4’；将杯子继续放置原位置，如此循环继续进行三次滴水试验，每次滴水试验持续1小时，然后称取三次滴水后杯子总质量分别为，

经第二次滴水后四个杯子各自总质量：m1”、m2”、m3”、m4”；

经第三次滴水后四个杯子各自总质量：m1”’、m2”’、m3”’、m4”’；

经第四次滴水后四个杯子各自总质量：m1””、m2””、m3””、m4””；

步骤5：再依次换用三种不同孔密度的滴水板，分别是第二滴水板、第三滴水板和第四滴水板，第二滴水板、第三滴水板和第四滴水板的滴水实验步骤同步骤4，根据实验数据绘制不同孔密度滴水板滴水量与时间关系图。

进一步的，所述第一滴水板为全开孔滴水板，第二滴水板为1/2开孔密度滴水板，第三滴水板为1/4开孔密度滴水板，第四滴水板为1/9开孔密度滴水板。

以上为一种考虑常压环境下热氧老化与水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置的有效性评价方法，其实验结果如下；

表1不同滴水板滴水量与时间分布表，

表1

表2

注：表1中全滴水板滴水测试中的2#杯第4h滴水测得的含水差量值与其他3个杯子的所测的数值相差太大，属于异常数值，可以舍弃，同理的还有开孔密度1/2滴水板测试中的3# 杯第1h滴水测试测得的含水差量值、以及表2中开孔密度1/4滴水板测试中的1#号杯和4#杯第3h滴水测试测得的含水差量值、开孔密度1/9滴水板测试中的2#杯第2h滴水测试测得的含水差量值。

如图13所示，用每小时不同滴水量平均值绘制不同滴水板滴水量与时间的关系曲线，从图中可以看出，全孔滴水板、1/2孔滴水板、1/4孔滴水板、1/9孔滴水板每小时滴水量呈阶梯性下降，同一滴水板每小时滴水量大致相同。

通气回流孔的作用：

第一、使得氧气顺利进入容腔内，热氧老化正常进行；

第二、使得部分水分蒸发时能够通过通气回流孔冷凝回流，致使不损失太多水分，从而降低加水频率。

据此，可以根据需求试验出所需滴水量要求的滴水板孔径和密度，从而得到相应温度条件下的滴水条件以进行OGFC热氧老化和水损害环境处理，并对不同环境处理后的试件进行进一步包括宏观和围观的理论研究。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，包括：容器本体，所述容器本体内部设有：搁置OGFC沥青混合料试件的试件架、设置在试件架正上方的降雨模拟装置、用于控制容器本体内水位变化的液位开关、用于控制进水的进水阀门、设置于容器本体底部的水温调节装置；

其特征在于，所述降雨模拟装置包括设置于容器本体顶部内壁上沿水平方向布置的聚水板、位于聚水板正下方且与所述聚水板平行布置的滴水板，滴水板上设有用于模拟降雨的滴水孔；

一环境温度控制箱，包围设置在所述容器本体的外部，环境温度控制箱的上部开口，所述容器本体的顶部伸出环境温度控制箱的上部开口与常温空气接触。

2.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述容器本体为长方体结构，长方体结构的顶部为可开合的顶板，长方体结构的四个侧壁上至少有一个侧壁为用于观测的透明材料制作而成，四个侧壁中至少有三个侧壁上开设通气回流孔，通气回流孔开在每个侧壁的中央处。

3.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述水温调节装置包括U型加热管、数显控制器、温度探头及防漏电保护插头。

4.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述试件架包括至少两层置物板和用于连接/支撑所述置物板的多个支撑杆。

5.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述聚水板上等间距刻线。

6.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述滴水板上的每个滴水孔均呈顶部开孔的空心圆柱凸起结构；顶部开孔的空心圆柱凸起结构的凸起高度范围是5mm~10mm。

7.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述液位开关为连杆浮球液位开关。

8.根据权利要求1所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置，其特征在于：所述容器本体的底部设有调节高度的伸缩支撑架。

9.一种基于权利要求1所述考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置进行滴水测试方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：注水至容器本体中使得容器本体中的液面高度在110mm至130mm之间；

步骤2：根据SHRP规范设置老化环境温度为85℃，通过水温调节装置以及环境温度控制箱将容器本体内的温度调节至达到试验温度要求；

步骤3：容器本体内温度达到要求后10min，由于容器本体顶部与外界空气接触，聚水板的内、外温差较大，聚水板开始凝聚滴水；

步骤4：将质量分别为m1、m2、m3、m4的四个杯子同时放置于试件架上的试件位置处，并放置第一滴水板，1h后取出杯子，将每个杯子外壁上的水擦拭干净后分别称取四个杯子的经第一次滴水后的总质量m1’、m2’、m3’、m4’；将杯子继续放置原位置，如此循环继续进行三次滴水试验，每次滴水试验持续1小时，然后称取三次滴水后杯子总质量分别为，

经第2h滴水后四个杯子各自总质量：m1’’、m2’’、m3’’、m4’’；

经第3h滴水后四个杯子各自总质量：m1’’’、m2’’’、m3’’’、m4’’’；

经第4h滴水后四个杯子各自总质量：m1’’’’、m2’’’’、m3’’’’、m4’’’’；

步骤5：再依次换用三种不同孔密度的滴水板，分别是第二滴水板、第三滴水板和第四滴水板，第二滴水板、第三滴水板和第四滴水板的滴水实验步骤同步骤4，根据实验数据绘制不同孔密度滴水板滴水量与时间关系图。

10.根据权利要求9所述的考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置进行滴水测试方法，其特征在于，所述第一滴水板为全开孔滴水板，第二滴水板为1/2开孔密度滴水板，第三滴水板为1/4开孔密度滴水板，第四滴水板为1/9开孔密度滴水板。