CN109709019A - 一种道路断面渗水性能测定方法及试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种道路断面渗水性能测定方法及试验装置，属于道路工程领域，本发明要解决的技术问题为如何有效测定路面断面或面层层间的实际渗水性能，有效避免破坏路面断面粘结，采用的技术方案为：①一种道路断面渗水性能测定试验装置，包括相互平行设置的支撑座和底座，底座与支撑座之间设置有至少两个长立柱，支撑座上方设置有量筒，支撑座下方设置有芯样放置架，芯样放置架用于放置路面芯样，芯样放置架的上端与量筒的下端相连通。②一种道路断面渗水性能测定方法，该方法采用道路断面渗水性能测定试验装置对路面芯样进行端面渗水性能测定，通过规定渗水量所需要的时间或规定时间内路面芯样的渗水量，并结合渗水面积来计算路面断面渗水性能。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体地说是一种道路断面渗水性能测定方法及试验装置。
背景技术
沥青混合料的水稳定性是沥青混合料主要路用性能之一，路面进水后若不及时排出，在行车荷载的作用下形成动水压力，动水反复冲刷集料与胶结料，致使胶结料脱落，最终形成路面坑槽、唧浆等损害，影响路面性能、威胁行车安全，同时造成社会经济的损失。
在实际中常常出现，表面层几乎不渗水，但由于断面粘结材料洒布不均或者下部路面空隙率大，造成断面粘结层部位或断面部位空隙率大，这时水分不会从表面层渗入路面，将会从中央分隔带得位置通过断面或断面位置进入沥青路面，破坏路面断面粘结，致使路面失去整体性，最终致使路面发生破坏，故在路面结构中，断面是最容易发生渗水的位置，目前评价路面渗水主要是对表面层进行评价，如何对已经覆盖的路面断面或者层间进行渗水性能的测定是目前急需解决的技术问题。
专利号为CN103698260A的专利文献公开了一种新旧路面联结层透水性能检测方法及检测装置，所述方法包括，获取旧路面芯样并在室内干燥；芯样表面清洁处理；在芯样上表面铺设联结层形成检测试件；检测试件置于检测装置中；对检测试件上的水施以一定的气压，检测渗水情况。所述装置包括上压板、下压板、连接件、连接管、气阀和内置水的施压容器，施压容器与上压板密封连接，检测试件置于上压板和下压板之间，所述连接件连接上、下压板，上压板与检测试件的对应接触面密封连接，所述连接管连接在施压容器上并处于施压容器内的水位上方，所述气阀设置在接管上。该技术方案用于测定新旧路面联结层透水性能，不能有效测定路面断面或面层层间的实际渗水性能。
专利号为CN104849196A的专利文献公开了一种沥青路面渗水系数测定装置及测定方法，在带有中空腔的底座的顶部中央呈直立设置量筒，在量筒的底部设置快开阀，量筒通过开启的快开阀与底座的中空腔形成连通；在量筒的外围，呈立直均匀分布有四根等直径带刻度的排气管，各排气管的底端贯穿底座的顶面并与底座的中空腔形成连通，排气管的顶部管口高出量筒的顶部液面高度；在底座的顶部设置能够与地面形成密封并能调整底座呈水平的密封调平圈。该技术方案是针对路面表面、自上而下的某一单独面层渗水性能，不能有效测定路面断面或面层层间的实际渗水性能。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种道路断面渗水性能测定方法及试验装置，来解决如何有效测定路面断面或面层层间的实际渗水性能，有效避免水分从中央分隔带位置通过断面或断面层间空隙进入沥青路面，破坏路面断面粘结，致使路面失去整体性，最终致使路面发生破坏的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种道路断面渗水性能测定试验装置，包括相互平行设置的支撑座和底座，底座与支撑座之间设置有至少两个长立柱，支撑座上方设置有量筒，量筒与支撑座的轴心相重合，支撑座下方设置有芯样放置架，芯样放置架用于放置路面芯样，芯样放置架的上端与量筒的下端相连通，确保渗水试验时，量筒中的水能够顺利流到路面芯样上。
作为优选，所述芯样放置架是由芯样上支架和芯样下支架相对设置组成的方形中空结构。
更优地，所述芯样上支架和芯样下支架均包括方形座，方形座上开设有圆弧形凹槽，相对设置的芯样上支架的圆弧形凹槽和芯样下支架的圆弧形凹槽组成芯样放置孔，芯样放置孔用于放置路面芯样；
芯样下支架的方形座安装在底座上，芯样上支架的方形座通过短立柱安装在支撑座上，短立柱设置有至少两个。
更优地，所述量筒的下端设置有圆筒一，圆筒一的内径与量筒的内径相同；
圆筒一的下端设置有圆筒二，圆筒二的外径小于圆筒一的外径且圆筒二的内部呈螺旋状。
更优地，所述芯样上支架的方形座上端面开设有渗水孔，渗水孔贯通芯样上支架的方形座；
芯样上支架的方形座上端面设置有连接筒，连接筒下端与渗水孔连通，连接筒上端贯穿支撑座且与圆筒二相连通，圆筒二与连接筒螺纹连接。
更优地，所述芯样上支架的方形座与连接筒连接处设置有排气阀，连接筒上设置有控制阀门，控制阀门位于支撑座和芯样上支架之间。
更优地，所述长立柱下端与底座焊接连接，长立柱上端通过蝶形螺栓与支撑座螺纹连接，确保长立柱与支撑座安装拆卸方便；
短立柱的下端与芯样上支架的方形座焊接连接，短立柱的上端通过蝶形螺栓与支撑座螺纹连接，确保短立柱与支撑座安装拆卸方便；
长立柱位于方形座长度方向的两侧，短立柱与长立柱同侧设置，长立柱与支撑座的连接处以及短立柱与支撑座连接处位于同一条直线上，将芯样放置孔的位置空出，方便取放路面芯样。
更优地，所述量筒上设置有刻度线且量筒采用透明有机玻璃筒；
支撑座呈圆盘形且支撑座采用玻璃支撑座；
底座呈圆盘形。
一种道路断面渗水性能测定方法，该方法采用上述的道路断面渗水性能测定试验装置对路面芯样进行端面渗水性能测定，通过规定渗水量所需要的时间或规定时间内路面芯样的渗水量，并结合渗水面积来计算路面断面渗水性能；具体包括如下步骤：
(一)、现场钻取路面芯样，路面芯样包括路面粘结层，每段路面钻取路面芯样的数量不少于三个且路面芯样的直径为100mm或150mm；
(二)、将路面芯样进行饱水处理，饱水处理后将路面芯样表面擦干，并在路面芯样的表面涂抹密封材料形成密封带，密封材料涂抹于路面芯样的路面粘结层两侧，密封材料采用玻璃胶或高粘度改性乳化沥青；
(三)、将路面芯样放置在芯样放置架的芯样放置孔内，芯样放置孔的轴线对准密封带中心线；向量筒内注入水，安装密封好后，打开控制阀门开始试验；
(四)、测定量筒内下降一定水位的时间或者测定规定时间内量筒水位下降量；具体为：
①、若渗水速度为3min内水位下降量大于200ml，测定量筒内水位由50-150ml下降到250-350ml所需要的时间；优选测定量筒内水位由100ml下降到300ml所需要的时间；
②、若渗水速度为3min内水位下降量小于200ml，则测定1-5min的渗水量即可停止；优选测定3min的渗水量；
(五)、计算沥青路面断面渗水系数：以水位下降量与密封带面积的比值作为断面渗水系数；
(六)、计算出该段路面所有路面芯样断面渗水系数的平均值作为该段路面的断面渗水系数。
更优地，所述步骤(五)中沥青路面断面渗水系数计算过程如下：
其中，ICw表示路面断面渗水系数；V1表示第一次计时的水量(ml)，通常为100ml；V2表示第一次计时的水量(ml)，通常为300ml；R表示钻芯试样的直径(cm)；d表示密封带之间的宽度(cm)，通常为3cm；T1：第一次计时的时间(s)；T2：第二次计时的时间(s)，T1和T2通常都为3min，实际试验室可以调整。
本发明的道路断面渗水性能测定方法及试验装置具有以下优点：
(一)、本发明对路面钻取芯样进行断面渗水性能进行测定，通过一定时间内渗水量及渗水面积计算断面渗水指数，该方法可以有效判断沥青路面断面渗水性能，本发明方法适用于路面现场试验，具有快捷、高效、可信度高、适用性强等特点；本发明测定路面断面或断面渗水性能，弥补了现有常规路面渗水试验的局限性；
(二)、本发明的道路断面渗水性能测定试验装置通过对路面钻芯芯样断面或断面渗水性能的测定，实现对路面断面渗水性能的评价，能够更全面评价路面渗水性能，可应用于公路、城市道路、隧道桥面等断面或断面渗水性能的确定，操作简单，使用轻便，现场实用性强；
(三)、常规渗水试验测定是垂直于路面结构层的，本发明测定的渗水是平行于结构层的，可以有效避免路面断面或层间渗水导致的路面水损害。
故本发明具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为道路断面渗水性能测定试验装置立体结构示意图；
附图2为道路断面渗水性能测定试验装置的结构示意图；
附图3为路面芯样的结构示意图。
图中：1、支撑座，2、底座，3、长立柱，4、量筒，5、芯样放置架，6、芯样上支架，7、芯样下支架，8、方形座，9、圆弧形凹槽，10、芯样放置孔，11、短立柱，12、圆筒一，13、圆筒二，14、渗水孔，15、连接筒，16、排气阀，17、控制阀门，18、蝶形螺栓，19、刻度线，20、石膏层，21、测试层，22、连接层。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种道路断面渗水性能测定方法及试验装置作以下详细地说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如附图1和2所示，本发明的道路断面渗水性能测定试验装置,其结构包括相互平行设置的支撑座1和底座2，底座2与支撑座1之间安装有两个长立柱3，支撑座1上方安装有量筒4，量筒4与支撑座1的轴心相重合，支撑座1下方安装有芯样放置架5，芯样放置架5用于放置路面芯样，芯样放置架5的上端与量筒4的下端相连通，确保渗水试验时，量筒4中的水能够顺利流到路面芯样上。芯样放置架5是由芯样上支架6和芯样下支架7相对设置组成的方形中空结构；芯样上支架6和芯样下支架7均包括方形座8，方形座8上开设有圆弧形凹槽9，相对设置的芯样上支架6的圆弧形凹槽9和芯样下支架7的圆弧形凹槽9组成芯样放置孔10，芯样放置孔10用于放置路面芯样；芯样下支架7的方形座8安装在底座2上，芯样上支架6的方形座8通过短立柱11安装在支撑座1上，短立柱11安装有两个。量筒4的下端安装有圆筒一12，圆筒一12的内径与量筒4的内径相同；圆筒一12的下端安装有圆筒二13，圆筒二13的外径小于圆筒一12的外径且圆筒二13的内部呈螺旋状。芯样上支架6的方形座8上端面开设有渗水孔14，渗水孔14贯通芯样上支架6的方形座8；芯样上支架6的方形座8上端面安装有连接筒15，连接筒15下端与渗水孔14连通，连接筒15上端贯穿支撑座1且与圆筒二13相连通，圆筒二13与连接筒15螺纹连接。芯样上支架6的方形座8与连接筒15连接处安装有排气阀16，连接筒15上安装有控制阀门17，控制阀门17位于支撑座1和芯样上支架6之间。长立柱3下端与底座2焊接连接，长立柱3上端通过蝶形螺栓18与支撑座1螺纹连接，确保长立柱3与支撑座1安装拆卸方便；短立柱11的下端与芯样上支架6的方形座8焊接连接，短立柱11的上端通过蝶形螺栓18与支撑座1螺纹连接，确保短立柱11与支撑座1安装拆卸方便；长立柱3位于方形座8长度方向的两侧，短立柱11与长立柱3同侧设置，长立柱3与支撑座1的连接处以及短立柱11与支撑座1连接处位于同一条直线上，将芯样放置孔10的位置空出，方便取放路面芯样。量筒4上设有刻度线19且量筒4采用透明有机玻璃筒；支撑座1呈圆盘形且支撑座1采用玻璃支撑座；底座2呈圆盘形。
实施例2：
本发明的采用实施例1道路断面渗水性能测定试验装置的道路断面渗水性能测定方法，该方法采用上述的道路断面渗水性能测定试验装置对路面芯样进行端面渗水性能测定，通过规定渗水量所需要的时间或规定时间内路面芯样的渗水量，并结合渗水面积来计算路面断面渗水性能；具体包括如下步骤：
(一)、现场钻取路面芯样，路面芯样包括路面粘结层，每段路面钻取路面芯样的数量位三个且路面芯样的直径为100mm或150mm；
(二)、将路面芯样进行饱水处理，饱水处理后将路面芯样表面擦干，并在路面芯样的表面涂抹密封材料形成密封带，密封材料涂抹于路面芯样的路面粘结层两侧，密封材料采用玻璃胶或高粘度改性乳化沥青；
(三)、将路面芯样放置在芯样放置架5的芯样放置孔10内，芯样放置孔10的轴线对准密封带中心线；向量筒4内注入水，安装密封好后，打开控制阀门17开始试验；
(四)、测定量筒4内下降一定水位的时间或者测定规定时间内量筒水位下降量；具体为：
①、若渗水速度为3min内水位下降量大于200ml，测定量筒内水位由50-150ml下降到250-350ml所需要的时间；优选测定量筒内水位由100ml下降到300ml所需要的时间；
②、若渗水速度为3min内水位下降量小于200ml，则测定1-5min的渗水量即可停止；优选测定3min的渗水量；
(五)、计算沥青路面断面渗水系数：以水位下降量与密封带面积的比值作为断面渗水系数；沥青路面断面渗水系数计算过程如下：
其中，ICw表示路面断面渗水系数；V1表示第一次计时的水量(ml)，通常为100ml；V2表示第一次计时的水量(ml)，通常为300ml；R表示钻芯试样的直径(cm)；d表示密封带之间的宽度(cm)，即试件实际渗水宽度，通常为3cm；T1：第一次计时的时间(s)；T2：第二次计时的时间(s)，T1和T2通常都为3min，实际试验室可以调整。
(六)、计算出该段路面所有路面芯样断面渗水系数的平均值作为该段路面的断面渗水系数。
实施例3：
【仪器及材料】
道路工程用钻芯试验机、道路断面渗水性能测定试验装置、试验机钻头分为Φ100、Φ150两种规格，优选Φ150mm路面芯样，试验密封材料采用玻璃胶或高粘度改性乳化沥青。
【钻取芯样】
采用路面钻芯试验机，按照规范要求方法进行在路面指定位置进行钻芯，所钻取芯样需要包含所要测定的沥青粘结层。
【试件的处置】
路面芯样取出后，将芯样表面用清水清洗干净后浸泡在水中，浸泡时间为5min，对试件进行饱水处理。处理完成后擦拭芯样表面，将芯样表面吹干；将高粘乳化沥青涂抹在断面粘结两侧位置，测定面积可根据需要进行调整，待高粘乳化沥青破乳后将路面芯样放置到芯样放置架上，底座中心需对准断面粘结层，然后进行固定及密封，完成上述步骤后进行试验测定。
另外，当需要测定的层间或断面上层是薄层(厚度＜2cm)的时候，为保证测定试验的进行，可以在薄层上方用石膏做模，石膏层的厚度宜大于4cm，其厚度应保证芯样有良好的固定效果，待石膏完全成型后再进行渗水性能测试。如附图3所示，测试层即为粘结层，连接层为路面粘结层的下一层，石膏层代替粘结层的上一层。
【试验步骤】
将量筒中注入规定高度的水，待水完全注满后，开动秒表进行渗水试验。将水加到0ml高度，开动控制阀门，进行计时。测定5min左右的试验数据。渗水性能指标采用渗水系数ICw进行表征，本次试验优选，断面宽度面积为3cm。
【断面渗水指数的计算】
①、沥青路面断面渗水系数计算过程如下：
其中，ICw表示路面断面渗水系数；V1表示第一次计时的水量(ml)，通常为100ml；V2表示第一次计时的水量(ml)，通常为300ml；R表示钻芯试样的直径(cm)；d表示密封带之间的宽度(cm)，通常为3cm；T1：第一次计时的时间(s)；T2：第二次计时的时间(s)，T1和T2通常都为3min，实际试验室可以调整。
②、求平均值：计算出该段路面所有路面芯样断面渗水系数的平均值作为该段路面的断面渗水系数。
【对比实施例】：渗水系数如下表所示：
常规渗水仪测定渗水系数
注1：常规渗水试验渗水接触路面为圆形，直径为15mm。
【应用实例】：采用本发明的芯样渗水系数如下表所示：
表2断面渗水仪测定渗水系数应用实例
注1：本次试验采用的芯样直径为15cm，密封带间宽度为3cm。
对某一高速公路老路加铺罩面后测定其渗水系数与断面渗水系数，其中【对比实施例】为采用公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)所规定的仪器参数进行路面表面的渗水系数测定，【应用实例】为相应位置取芯后测定的断面渗水系数。对比上述两表发现，常规试验测定路面表面渗水系数，路面表面几乎不渗水，但是通过断面渗水仪测定，位置1、位置2断面渗水较快。后期跟踪观测发现，位置1、位置2所对应路段出现路面坑槽等水损坏现象，进分析认为位置1、位置2处层间断面橡胶沥青粘结层洒布不均与，造成层间空隙率大，强降雨后，水分从层间进入沥青路面，在动水压力作用下，最终造成层间粘结失效，出现路面坑槽。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，包括相互平行设置的支撑座和底座，底座与支撑座之间设置有至少两个长立柱，支撑座上方设置有量筒，支撑座下方设置有芯样放置架，芯样放置架用于放置路面芯样，芯样放置架的上端与量筒的下端相连通。
2.根据权利要求1所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述芯样放置架是由芯样上支架和芯样下支架相对设置组成的方形中空结构。
3.根据权利要求2所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述芯样上支架和芯样下支架均包括方形座，方形座上开设有圆弧形凹槽，相对设置的芯样上支架的圆弧形凹槽和芯样下支架的圆弧形凹槽组成芯样放置孔，芯样放置孔用于放置路面芯样；
芯样下支架的方形座安装在底座上，芯样上支架的方形座通过短立柱安装在支撑座上，短立柱设置有至少两个。
4.根据权利要求2或3所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述量筒的下端设置有圆筒一，圆筒一的内径与量筒的内径相同；
圆筒一的下端设置有圆筒二，圆筒二的外径小于圆筒一的外径且圆筒二的内部呈螺旋状。
5.根据权利要求4所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述芯样上支架的方形座上端面开设有渗水孔，渗水孔贯通芯样上支架的方形座；
芯样上支架的方形座上端面设置有连接筒，连接筒下端与渗水孔连通，连接筒上端贯穿支撑座且与圆筒二相连通，圆筒二与连接筒螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述芯样上支架的方形座与连接筒连接处设置有排气阀，连接筒上设置有控制阀门，控制阀门位于支撑座和芯样上支架之间。
7.根据权利要求6所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述长立柱下端与底座焊接连接，长立柱上端通过蝶形螺栓与支撑座螺纹连接；
短立柱的下端与芯样上支架的方形座焊接连接，短立柱的上端通过蝶形螺栓与支撑座螺纹连接；
长立柱位于方形座长度方向的两侧，短立柱与长立柱同侧设置，长立柱与支撑座的连接处以及短立柱与支撑座连接处位于同一条直线上。
8.根据权利要求7所述的道路断面渗水性能测定试验装置，其特征在于，所述量筒上设置有刻度线且量筒采用透明有机玻璃筒；
支撑座呈圆盘形且支撑座采用玻璃支撑座；
底座呈圆盘形。
9.一种道路断面渗水性能测定方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-8中任一项的道路断面渗水性能测定试验装置对路面芯样进行端面渗水性能测定，通过规定渗水量所需要的时间或规定时间内路面芯样的渗水量，并结合渗水面积来计算路面断面渗水性能；具体包括如下步骤：
(一)、现场钻取路面芯样，路面芯样包括路面粘结层，每段路面钻取路面芯样的数量不少于三个；
(二)、将路面芯样进行饱水处理，饱水处理后将路面芯样表面擦干，并在路面芯样的表面涂抹密封材料形成密封带，密封材料涂抹于路面芯样的路面粘结层两侧；
(三)、将路面芯样放置在芯样放置架的芯样放置孔内，芯样放置孔的轴线对准密封带中心线；向量筒内注入水，安装密封好后，打开控制阀门开始试验；
(四)、测定量筒内下降一定水位的时间或者测定规定时间内量筒水位下降量；具体为：
①、若渗水速度为3min内水位下降量大于200ml，测定量筒内水位由50-150ml下降到250-350ml所需要的时间；
②、若渗水速度为3min内水位下降量小于200ml，则测定1-5min的渗水量即可停止；
(五)、计算沥青路面断面渗水系数：以水位下降量与密封带面积的比值作为断面渗水系数；
(六)、计算出该段路面所有路面芯样断面渗水系数的平均值作为该段路面的断面渗水系数。
10.根据权利要求9所述的道路断面渗水性能测定方法，其特征在于，所述步骤(五)中沥青路面断面渗水系数计算过程如下：
其中，ICw表示路面断面渗水系数；V1表示第一次计时的水量(ml)；V2表示第一次计时的水量(ml)；R表示钻芯试样的直径(cm)；d表示密封带之间的宽度(cm)；T1：第一次计时的时间(s)；T2：第二次计时的时间(s)。
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