CN109470623A - 一种雾封胶结料渗透性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种雾封胶结料渗透性能评价方法，本发明采用漏斗倒砂法保证空心玻璃管内标准砂的松装密度均匀，保证后续雾封胶结料的渗透界面更均匀，同时利用筛网有利于消除渗透试验过程中的“气阻”现象，提高渗透试验结果准确性；本发明提供了完整的试验方法，根据本发明提供的渗透速度公式，能够定量分析雾封胶结料的渗透性能。进一步地，本发明提供了渗透装置中空心玻璃管、玻璃漏斗和筛网的规格，以及试验条件，能够最大可能消除试验误差，提高渗透试验结果准确性。
Description
技术领域
本发明涉及渗透性能评价技术领域，具体涉及一种雾封胶结料渗透性能评价方法。
背景技术
雾封层作为一种预防性养护手段，是将雾封胶结料，即稀释的液体沥青(包括乳化沥青、改性乳化沥青等)以雾状洒布在路面，以起到封堵路面微小裂缝、粘结发生松散的沥青与集料、改善路面外观、恢复路面颜色等作用。雾封胶结料作为一种透层材料，对其渗透性能进行评价对于指导道路养护施工具有重要意义。
目前，国内外透层材料的渗透性能评价方法主要分为两类：
(1)模拟基层试件法
模拟基层试件法采用马歇尔试模或车辙板试模成型基层材料试件，并在试件表面喷洒或涂刷透层材料，截开试件观测透层材料在基层材料内的渗透深度，以评价透层材料的渗透性能。该方法可有效模拟透层材料实际渗透情况，然而乳化沥青基透层材料，如雾封胶结料或面层胶结料，采用模拟基层试件法无法实际观察并评价其渗透效果；且成型基层材料试件与实际路面不吻合，试件的配合比、试验时试件离析等试件空隙分布影响较大，从而影响渗透试验结果的准确性。
(2)定量渗透评价法
定量渗透评价法的核心在于对比试验，需选择不同种类的渗透性能不同的透层材料、通过对定量渗透速度的对比，评价其渗透性能优劣。如日本研究人员在《高渗透乳化沥青透层材料技术标准》中提出，采用马歇尔击实法成型一定含水量的标准砂试件，并取定量乳化沥青喷洒到试件表面，通过对比不同种类乳化沥青完全渗透的时间，得出不同乳化沥青的渗透性。该方法具有操作简便可推广，试验结果明确的优点。但是，该方法在实验过程中容易导致“气阻”现象(指乳化沥青未渗透完毕时就无法再继续下渗的情况，即在一定渗透时间后，乳化沥青的最高水平线未与细砂最高水平线重合的现象，如图1(A)所示)和透层材料渗透界面不均匀(流体力学规定，乳液在均匀介质中竖直渗流时，乳液渗流速度一致，且竖直方向下乳液的渗透深度应在同一水平面上；在定量渗透试验中，将渗透完毕后乳化沥青最低点形成面称为渗透界面，在理想状况下，渗透界面为一水平面，但由于试验装置与人工操作等因素影响，导致渗透界面不在同一水平面上，该现象称为渗透界面不均匀，如图1(B)所示)的问题，从而影响渗透试验结果的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雾封胶结料渗透性能评价方法，本发明提供的方法准确性好，能够定量分析雾封胶结料的渗透性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种雾封胶结料渗透性能评价方法，包括以下步骤：
组装渗透装置，所述渗透装置包括铁架台、空心玻璃管、玻璃漏斗和筛网，其中，所述玻璃漏斗和空心玻璃管顺次沿竖直方向固定于所述铁架台上，且所述玻璃漏斗的管状出口在空心玻璃管内，在所述空心玻璃管的底部沿水平方向接触设置有所述筛网；
采用所述渗透装置对雾封胶结料进行渗透性能评价，包括以下步骤：
(1)通过玻璃漏斗将质量为m的标准砂倒入空心玻璃管中，记录倒砂时间，根据以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线和倒砂时间，计算得到空心玻璃管中标准砂的松装密度ρ；其中，所述标准砂的粒径小于所述筛网的孔径；
(2)通过玻璃漏斗将雾封胶结料倒入所述步骤(1)装有标准砂的空心玻璃管中，自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，至所述雾封胶结料停止下渗时停止计时，得到所述雾封胶结料的渗透时间t；
(3)完成所述步骤(2)中渗透后，提起空心玻璃管，所述空心玻璃管中未渗透有雾封胶结料的余砂留在所述筛网上，收集并称量所述余砂的质量为m1，根据式I所示公式计算所述雾封胶结料的渗透速率：
式I中，V—雾封胶结料的渗透速率，cm/min；
m—标准砂的质量，g；
m1—余砂的质量，g；
ρ—标准砂的松装密度，g/cm3；
A—空心玻璃管的有效面积，cm2；
t—雾封胶结料的渗透时间，min。
优选地，所述玻璃漏斗的管状出口伸入空心玻璃管内的高度≤5cm。
优选地，所述玻璃漏斗的口外径为90mm，总高度为135mm，管长度为70mm，管外径为10mm。
优选地，所述空心玻璃管的内径为20～30mm。
优选地，所述标准砂的粒径为0.15～0.3mm。
优选地，所述筛网的孔径为0.075mm。
优选地，所述雾封胶结料包括改性乳化沥青或乳化沥青。
优选地，所述标准砂的质量与所述雾封胶结料的质量比为10：1。
本发明提供了一种雾封胶结料渗透性能评价方法，本发明采用漏斗倒砂法保证空心玻璃管内标准砂的松装密度均匀，保证后续雾封胶结料的渗透界面更均匀，同时利用筛网有利于消除渗透试验过程中的“气阻”现象，提高渗透试验结果准确性；本发明提供了完整的试验方法，根据本发明提供的渗透速度公式，能够定量分析雾封胶结料的渗透性能。
进一步地，本发明提供了渗透装置中空心玻璃管、玻璃漏斗和筛网的规格，以及试验条件，能够最大可能消除试验误差，提高渗透试验结果准确性。
附图说明
图1为渗透试验中“气阻”现象和渗透界面不均匀现象示意图；
图2为本发明中渗透装置结构示意图；
图3为实施例2中玻璃漏斗倒砂法和直接倒砂法对标准砂的松装密度均匀性影响的对比图；
图4～7为实施例2中不同空心玻璃管内径与玻璃漏斗管外径差对渗透效果影响的对比图；其中，图4中空心玻璃管内径为40mm，标准砂高度为15cm；图5中空心玻璃管内径为30mm，标准砂高度为20cm；图6中空心玻璃管内径为20mm，标准砂高度为10cm；图7中空心玻璃管内径为10mm，标准砂高度为15cm。
具体实施方式
本发明提供了一种雾封胶结料渗透性能评价方法，包括以下步骤：
组装渗透装置，所述渗透装置包括铁架台、空心玻璃管、玻璃漏斗和筛网，其中，所述玻璃漏斗和空心玻璃管顺次沿竖直方向固定于所述铁架台上，且所述玻璃漏斗的管状出口在空心玻璃管内，在所述空心玻璃管的底部沿水平方向接触设置有所述筛网；
采用所述渗透装置对雾封胶结料进行渗透性能评价，包括以下步骤：
(1)通过玻璃漏斗将质量为m的标准砂倒入空心玻璃管中，记录倒砂时间，根据以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线和倒砂时间，计算得到空心玻璃管中标准砂的松装密度ρ；其中，所述标准砂的粒径小于所述筛网的孔径；
(2)通过玻璃漏斗将雾封胶结料倒入所述步骤(1)装有标准砂的空心玻璃管中，自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，至所述雾封胶结料停止下渗时停止计时，得到所述雾封胶结料的渗透时间t，
(3)完成所述步骤(2)中渗透后，提起空心玻璃管，所述空心玻璃管中未渗透有雾封胶结料的余砂留在所述筛网上，收集并称量所述余砂的质量为m1，根据式I所示公式计算所述雾封胶结料的渗透速率：
式I中，V—雾封胶结料的渗透速率，cm/min；
m—标准砂的质量，g；
m1—余砂的质量，g；
ρ—标准砂的松装密度，g/cm3；
A—空心玻璃管的有效面积，cm2；
t—雾封胶结料的渗透时间，min。
本发明组装渗透装置，如图2所示，所述渗透装置包括铁架台、空心玻璃管、玻璃漏斗和筛网，其中，所述玻璃漏斗和空心玻璃管顺次沿竖直方向固定于所述铁架台上，在所述空心玻璃管的底部沿水平方向接触设置有所述筛网。在本发明的中，为了保证雾封胶结料倒入空心玻璃管时具有适当的初速度，所述玻璃漏斗的管状出口伸入空心玻璃管内的高度优选≤5cm。
在本发明中，所述玻璃漏斗的规格优选为：口外径为90mm，总高度为135mm，管长度为70mm，管外径为10mm。本发明通过玻璃漏斗将标准砂倒入空心玻璃管内，是为了使标准砂的松装密度更均匀，保证后续雾封胶结料的渗透界面更均匀，提高渗透试验结果的准确性。
在本发明中，所述空心玻璃管的内径优选为20～30mm，更优选为20mm。在本发明中，为了保证玻璃漏斗盛砂的可行性，所述玻璃漏斗的管外径不能大于所述空心玻璃管的内径，方可使精确称量的标准砂质量不至于损失；当所述空心玻璃管的内径与玻璃漏斗的管外径差距不大时，所述空心玻璃管中的标准砂更容易获得各向均匀的松装密度。
在本发明中，所述筛网的孔径优选为0.075mm。在本发明中，所述筛网有利于消除渗透试验过程中的“气阻”现象，提高渗透试验结果的准确性。
渗透装置组装完成后，本发明采用所述渗透装置对雾封胶结料进行渗透性能评价，包括以下步骤：
(1)通过玻璃漏斗将质量为m的标准砂倒入空心玻璃管中，记录倒砂时间，根据以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线和倒砂时间，计算得到空心玻璃管中标准砂的松装密度ρ；其中，所述标准砂的粒径小于所述筛网的孔径；
(2)通过玻璃漏斗将雾封胶结料倒入所述步骤(1)装有标准砂的空心玻璃管中，自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，至所述雾封胶结料停止下渗时停止计时，得到所述雾封胶结料的渗透时间t；
(3)完成所述步骤(2)中渗透后，提起空心玻璃管，所述空心玻璃管中未渗透有雾封胶结料的余砂留在所述筛网上，收集并称量所述余砂的质量为m1，根据式I所示公式计算所述雾封胶结料的渗透速率。
本发明通过玻璃漏斗将质量为m的标准砂倒入空心玻璃管中，记录倒砂时间，根据以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线和倒砂时间，计算得到空心玻璃管中标准砂的松装密度ρ；其中，所述标准砂的粒径小于所述筛网的孔径。在本发明中，所述标准砂的粒径优选为0.15～0.3mm。在本发明中，当所述标准砂的粒径过小，渗透时间相对较长，“气阻”作用明显，而空心玻璃管的管壁与雾封胶结料的表面张力作用也会增强，影响试验结果准确性；当所述标准砂的粒径过大，渗透试验中标准砂容易挤压、错位甚至凹陷，同样影响试验结果准确性。
本发明对于以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线的建立方法没有特殊的限定，采用本发明中所述渗透装置进行即可。在本发明中，对于相同质量的标准砂，采用不同的倒砂时间(即倒砂速度不同)，空心玻璃管中标准砂的松装密度也不同，所述标准砂的松装密度随倒砂时间的增加而增加(所述标准砂的松装密度随倒砂速度的增加而减小)，因此，准确记录倒砂时间，进而准确计算标准砂的松装密度，有利于提高试验结果准确性。
将标准砂倒入空心玻璃管后，本发明通过玻璃漏斗将雾封胶结料倒入装有标准砂的空心玻璃管中，自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，至所述雾封胶结料停止下渗时停止计时，得到所述雾封胶结料的渗透时间t。本发明对于所述雾封胶结料的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的雾封胶结料即可，如改性乳化沥青或乳化沥青。在本发明的实施例中，具体是采用西安公路研究院提供的环氧化沥青及SBS改性乳化沥青材料。
在本发明中，所述标准砂的质量与所述雾封胶结料的质量比优选为10：1；具体的，如标准砂的质量为60g，雾封胶结料的质量为6g。
在本发明中，所述渗透时间是自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，至所述雾封胶结料停止下渗时停止计时；具体的，自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，观察雾封胶结料在标准砂中的渗透深度，当标准砂表面无雾封胶结料时、观察此时雾封胶结料下部的渗透情况，若所述雾封胶结料的下部在1min内无继续渗透迹象，则以标准砂表面无雾封胶结料时为渗透时间终点；反之继续每隔1min观察雾封胶结料下部的渗透情况，至以某个时间点开始观察，所述雾封胶结料的下部在1min内无继续渗透迹象，则以所述时间点为渗透时间终点。在本发明中，为了保证试验结果准确性，自雾封胶结料在标准砂中无明显渗透迹象时至渗透试验结束的时间优选不超过10min。
完成所述渗透后，本发明提起空心玻璃管，所述空心玻璃管中未渗透有雾封胶结料的余砂留在所述筛网上，收集并称量所述余砂的质量为m1，根据式I所示公式计算所述雾封胶结料的渗透速率。在本发明中，式I中A为空心玻璃管的有效面积(cm2)，本发明优选根据所述空心玻璃管的内径计算得到所述空心玻璃管的有效面积，具体如式II所示：
A＝π(D/2)2 式II
式II中，A—空心玻璃管的有效面积，cm2；
D—空心玻璃管的内径，cm。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按照图1组装渗透装置，其中，所述渗透装置中空心玻璃管、筛网和玻璃漏斗的规格如表1所示：
表1空心玻璃管、筛网和玻璃漏斗的规格
采用所述渗透装置对待测材料进行渗透性能评价实验，包括以下步骤：
(1)通过玻璃漏斗将60.0g、粒径为0.15～0.3mm的标准砂倒入空心玻璃管中，记录倒砂时间，根据以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线和倒砂时间，计算得到空心玻璃管中标准砂的松装密度ρ；
(2)通过玻璃漏斗将6.0g待测材料倒入所述步骤(1)装有标准砂的空心玻璃管中，自待测材料滴落到标准砂上时开始计时，至所述待测材料停止下渗时停止计时，得到所述待测材料的渗透时间t；
(3)完成所述步骤(2)中渗透后，提起空心玻璃管，所述空心玻璃管中未渗透有待测材料的余砂留在所述筛网上，收集并称量所述余砂的质量为m1(精确到0.1g)，根据式I所示公式计算所述待测材料的渗透速率：
式I中，V—待测材料的渗透速率，cm/min；
m—标准砂的质量，g；
m1—余砂的质量，g；
ρ—标准砂的松装密度，g/cm3；
A—空心玻璃管的有效面积，cm2；
t—待测材料的渗透时间，min；
其中，根据式II计算得到所述空心玻璃管的有效面积A：
A＝π(D/2)2 式II
式II中，A—空心玻璃管的有效面积，cm2；
D—空心玻璃管的内径，cm。
根据试验条件和记录结果，m＝60.0g，ρ＝2.07，A＝3.14cm2；待测材料的种类、余砂质量(m1)和渗透时间(t)以及最终所得渗透速度(V)具体列于表2中。其中，环氧乳化沥青的主要成分为固化剂、环氧树脂乳液及乳化沥青，因此对该三种组分进行了渗透性能评价实验；同时，由于水的渗透速度大，因此对水也进行了渗透性能评价实验以作对比。结果显示，本发明提供的方法能够定量分析雾封胶结料的渗透性能。
表2不同待测材料的渗透速度
实施例2
为了进一步研究实验条件对试验结果的影响以及产生误差的可能性，本发明进行了如下试验：
1)倒砂方式对标准砂的松装密度均匀性的影响：
采用玻璃漏斗将标准砂倒入空心玻璃管内，与直接倒砂法相比，标准砂的松装密度更均匀(如图3所示，其中，(A)为玻璃漏斗倒砂法，(B)为直接倒砂法)，保证后续雾封胶结料的渗透界面更均匀，提高渗透试验结果的准确性。
2)倒砂速度和标准砂粒径对标准砂的松装密度均匀性的影响：
在不同倒砂速度和标准砂粒径条件下，采用玻璃漏斗将标准砂倒入空心玻璃管内，标准砂的松装密度数据如表3所示。
表3倒砂速度和标准砂粒径对标准砂的松装密度均匀性的影响
由表3可知，倒砂速度和标准砂粒径对标准砂的松装密度均有影响，当倒砂时间一定时，松装密度随标准砂粒径的减小而减小；当标准砂粒径一定时，松装密度随倒砂速度的增大而减小。
3)标准砂粒径对SBS改性乳化沥青渗透效果的影响：
采用不同粒径的标准砂(包括0.075～0.15mm、0.15～0.13mm和0.3～0.6mm三档标准砂)进行渗透试验，结果表明，标准砂粒径越大，渗透试验中标准砂越容易挤压、错位甚至凹陷；标准砂粒径越小、渗透时间越长，“气阻”作用越明显，而空心玻璃管与SBS改性乳化沥青的表面张力作用也会增强，影响试验结果准确性。
4)空心玻璃管内径与玻璃漏斗管外径差对渗透效果的影响：
采用玻璃漏斗的规格为：口外径为90mm，总高度为135mm，管长度为70mm，管外径为10mm。
分别采用内径为10mm、20mm、30mm及40mm的空心玻璃管进行渗透试验，如图4～7所示，图4中空心玻璃管内径为40mm，标准砂高度为15cm；图5中空心玻璃管内径为30mm，标准砂高度为20cm；图6中空心玻璃管内径为20mm，标准砂高度为10cm；图7中空心玻璃管内径为10mm，标准砂高度为15cm。结果显示，内径10mm的空心玻璃管出现了明显“萝卜形”渗透界面(主要成因是SBS改性乳化沥青与空心玻璃管的管壁间存在表面张力，空心玻璃管内径越小、表面张力作用越明显)，具体表现为空心玻璃管的管壁处渗透深度小、中间渗透深度大，此时渗透深度超过标准砂高度的一半，且完全渗透时间在15min以上，影响测试结果准确性；内径40mm的空心玻璃管也出现了“萝卜形”坑槽，这是由于玻璃漏斗管外径与空心玻璃管内径差别太大，SBS改性乳化沥青先渗透空心玻璃管中部标准砂、随后逐渐扩散并浸润管壁部分的标准砂，导致空心玻璃管中的SBS改性乳化沥青存在横向渗透及纵向渗透两种渗透路径，而40mm内径的空心玻璃管大大增强了这种“双向”扩散效果，因此会出现“萝卜状”渗透界面；内径20mm的空心玻璃管渗透界面均匀；内径30mm的空心玻璃管无“萝卜形”界面。因此，空心玻璃管内径应在20～30mm范围内选择，且玻璃漏斗管外径与空心玻璃管内径差距不宜过大。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种雾封胶结料渗透性能评价方法，包括以下步骤：
组装渗透装置，所述渗透装置包括铁架台、空心玻璃管、玻璃漏斗和筛网，其中，所述玻璃漏斗和空心玻璃管顺次沿竖直方向固定于所述铁架台上，且所述玻璃漏斗的管状出口在空心玻璃管内，在所述空心玻璃管的底部沿水平方向接触设置有所述筛网；
采用所述渗透装置对雾封胶结料进行渗透性能评价，包括以下步骤：
(1)通过玻璃漏斗将质量为m的标准砂倒入空心玻璃管中，记录倒砂时间，根据以倒砂时间为自变量、空心玻璃管中标准砂的松装密度为因变量的线性曲线和倒砂时间，计算得到空心玻璃管中标准砂的松装密度ρ；其中，所述标准砂的粒径小于所述筛网的孔径；
(2)通过玻璃漏斗将雾封胶结料倒入所述步骤(1)装有标准砂的空心玻璃管中，自雾封胶结料滴落到标准砂上时开始计时，至所述雾封胶结料停止下渗时停止计时，得到所述雾封胶结料的渗透时间t；
(3)完成所述步骤(2)中渗透后，提起空心玻璃管，所述空心玻璃管中未渗透有雾封胶结料的余砂留在所述筛网上，收集并称量所述余砂的质量为m1，根据式I所示公式计算所述雾封胶结料的渗透速率：
式I中，V—雾封胶结料的渗透速率，cm/min；
m—标准砂的质量，g；
m1—余砂的质量，g；
ρ—标准砂的松装密度，g/cm3；
A—空心玻璃管的有效面积，cm2；
t—雾封胶结料的渗透时间，min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃漏斗的管状出口伸入空心玻璃管内的高度≤5cm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃漏斗的口外径为90mm，总高度为135mm，管长度为70mm，管外径为10mm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述空心玻璃管的内径为20～30mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准砂的粒径为0.15～0.3mm。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述筛网的孔径为0.075mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雾封胶结料包括改性乳化沥青或乳化沥青。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述标准砂的质量与所述雾封胶结料的质量比为10：1。
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