CN108802349A - 一种常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对ogfc性能影响的室内试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内试验方法，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，实验方法更有效。

Description

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 影响的室内试验方法

技术领域

本发明属于沥青混合料实验方法领域，具体涉及一种考虑常压环境下热氧老 化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内模拟装置试验方法。

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试验方法，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 验数据更具参考价值。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内试 验方法，依赖一套模拟装置，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所述上部开口与常温空气接触；

包括以下几个步骤：

步骤1，在实验室OGFC混合料松散状态下进行了SHRP短期老化处理后成型 OGFC沥青混合料试件；

步骤2，将干燥不锈钢杯放置于试件架上，设置所需环境温度，用开孔密度 不同的多个滴水板进行每小时的滴水质量检验，分别得到开孔密度不同的每个滴 水板每小时的滴水质量；

步骤3，将步骤1中的OGFC沥青混合料试件放置在试件架上，通过进水阀 门往已放置好OGFC沥青混合料试件的容器本体中沿器本体内壁注入85℃±2℃ 的热水，通过液位开关控制容器本体内部的水位，使得容器本体内部的水位淹没 试件架上的最上一层试件，并且液面高出试件20mm；

步骤4，根据步骤2所得不同开孔密度的滴水板的滴水质量，选择试验所需 低水量的滴水板，并将该滴水板放置试件架上方；

步骤5，将整个容器本体放入环境温度控制箱中，并设定环境温度控制箱的 温度为85℃；同时，开启容器本体内部的水温控制器，确保水温在85℃±2℃的 范围内；

步骤6，由于容器本体内、外温差较大，聚水板凝聚滴水；

步骤7，进行热氧老化与水损害环境处理；

步骤8，实验进行所需时长后，取出OGFC沥青混合料试件，进行后续测试 实验。

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一个侧壁为透明材料制作而成，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。

所述滴水板上的滴水孔呈顶部开孔的空心凸起结构；所述顶部开孔的空心凸 起的高度范围是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高度可调的支架。

有益效果：

本发明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， 实验方法更有效。

附图说明

图1为本发明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为支架。

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性能影响的室内试 验方法，依赖一套模拟装置，所述模拟装置针对OGFC，内外处于常压环境。

如图1至图12所示，模拟装置包括容器本体，容器壁上水温调节装置10， 置于容器本体容腔中用于搁置OGFC沥青混合料试件的试件架，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 结构稳定的支架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2为正方形， 尺寸为40mm×40m，通气回流孔开在侧面不锈钢中央处，距离顶端180mm。

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。

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 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，置物板上设有通孔，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。

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。

所述置物板上的通孔和滴水板上的滴水孔均等间距分布，所述滴水孔在滴水 板呈圆柱形空心向上凸起结构；滴水孔尺寸及孔密度可根据滴水量需求修改；所 述圆柱形空心向上凸起结构的凸起为高度是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。

所述进水阀门型号为DN15，电动丝扣球阀，电压220V普通型。

本实施例中，液位开关为连杆浮球液位开关。

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；所述容器本体的底部设有用于维持容 器本体整体结构稳定的支架12。

试验方法包括以下步骤：

步骤1，在实验室OGFC混合料松散状态下进行了SHRP短期老化处理，135℃， 4h后成型9个OGFC沥青混合料圆柱体试件，每个OGFC沥青混合料圆柱体高100mm；

步骤2，将步骤1中的OGFC沥青混合料试件切块，每个切块高度为50mm， 切块后放置在模拟装置的置物板上，圆柱体试件每层置物板可放置5个，自上而 下第一层为耦合老化，第二层为纯水老化；

步骤3，往已放置好OGFC沥青混合料试件的容器中沿内壁注入85℃±2℃的 热水，使得第一层试件被淹没并且液面高出试件20mm；

步骤4，盖上容器顶盖，使得预先设置在顶盖上的连杆浮球液位开关底部到 达预设液面位置；

步骤5，将已经组装完整的整个容器放入经过简易改装过的环境温度控制箱 中，并设定环境温度控制箱的温度为85℃，其中环境温度控制箱的改装包括其 上部开口402mm×402mm使得容器顶部与常温空气接触；

步骤6，开启容器内部水温控制器，确保水温在85℃±2℃的范围内；

步骤7，用高温导线连接好连杆浮球液位开关与进水阀门，并连接好注水管， 其中注水管一端接入容器液面以下，另一端接入85摄氏度恒温水箱；

步骤8，将9个OGFC沥青混合料圆柱体试件中的4个进行“老化+水损害” 耦合作用环境处理；2个进行纯水分处理；2个进行纯老化处理，处理时间均为 72h，温度为85℃，另外1个则未进行进一步处理；

步骤9，实验完成后，从装置中取出OGFC沥青混合料试件，进行沥青混合 料柱体试件劈裂强度试验；

OGFC-13混合料不同老化环境处理的评价方法，包括如下步骤：

选取级配如表1所示的集料、SBS沥青。初步拟定油石比5.1％，空隙率18.2％。 制定出尺寸为直径100mm，高50mm的圆柱体沥青混合料试件。

OGFC-13级配

表1

将环境处理后的圆柱体试件分别进行劈裂强度实验，并绘制劈裂强度与不同 处理环境的关系图。关系图如图13所示，经过“老化+水损害”耦合作用处理过 的试件在劈裂抗拉强度上的确与仅接受纯水分处理、纯老化处理以及短期老化处 理的试件有较大差异，这说明了试件在经受“老化+水损害”耦合作用处理后的 性能变化存在较为复杂的机理，亟待深入研究。

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 (8)

1.一种常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内试验方法，其特征在于，依赖一套模拟装置，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所述上部开口与常温空气接触；

包括以下几个步骤：

步骤1，在实验室OGFC混合料松散状态下进行了SHRP短期老化处理后成型OGFC沥青混合料试件；

步骤2，将干燥不锈钢杯放置于试件架上，设置所需环境温度，用开孔密度不同的多个滴水板进行每小时的滴水质量检验，分别得到开孔密度不同的每个滴水板每小时的滴水质量；

步骤3，将步骤1中的OGFC沥青混合料试件放置在试件架上，通过进水阀门往已放置好OGFC沥青混合料试件的容器本体中沿器本体内壁注入85℃±2℃的热水，通过液位开关控制容器本体内部的水位，使得容器本体内部的水位淹没试件架上的最上一层试件，并且液面高出试件20mm；

步骤4，根据步骤2所得不同开孔密度的滴水板的滴水质量，选择试验所需低水量的滴水板，并将该滴水板放置试件架上方；

步骤5，将整个容器本体放入环境温度控制箱中，并设定环境温度控制箱的温度为85℃；同时，开启容器本体内部的水温控制器，确保水温在85℃±2℃的范围内；

步骤6，由于容器本体顶部的内、外温差较大，聚水板凝聚滴水；

步骤7，进行热氧老化与水损害环境处理；

步骤8，实验进行所需时长后，取出OGFC沥青混合料试件，进行后续测试实验。

2.根据权利要求1所述的常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内试验方法，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一个侧壁为透明材料制作而成，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性能影响的室内试验方法，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性能影响的室内试验方法，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性能影响的室内试验方法，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性能影响的室内试验方法，其特征在于：所述滴水板上的滴水孔呈顶部开孔的空心凸起结构；所述顶部开孔的空心凸起的高度范围是5mm~10mm。

7.根据权利要求1所述的常压环境下考虑热氧老化和水损害耦合作用对OGFC性能影响的室内试验方法，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性能影响的室内试验方法，其特征在于：所述容器本体的底部设有高度可调的支架。