CN109932303A - 一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，本发明属于沥青混合料物理性能的测试领域，它要解决现有沥青混合料空隙率测试装置无法获取多个方向的连通空隙率、测试结果稳定性不好的问题。本发明测试装置是在套筒件的上筒口和下筒口分别设置有法兰，底座通过螺栓与套筒件下筒口的法兰连接，反力构件的第二板体通过螺栓与套筒件上筒口的法兰连接，沥青混合料试件位于套筒件的圆筒内，沥青混合料试件的底部设置有试件底板，沥青混合料试件的上表面抵在橡胶垫圈的下表面，施压件穿过底座的第一板体顶紧试件底板。本发明实现沥青混合料多向连通空隙率的测试，排除封闭空隙和半连通空隙对测试结果的影响，提高测试结果的准确性。

Description

一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置

技术领域

本发明属于沥青混合料物理性能的测试领域，具体涉及一种测试沥青混合料连通空隙率的装置。

背景技术

透水沥青路面可快速、原位消除道路表面积水，降低路表径流量，减轻排水设施负担，是城市雨洪管理的重要手段和国家城市化进程的战略要求，也是从路域角度实现海绵城市构建的重要突破口。透水沥青混合料中的连通空隙，是流体流动的有效通道，准确掌握透水沥青混合料的连通空隙率，可为研究流体在沥青混合料中的流动规律和渗透特性奠定基础。因此，连通空隙率的测量方法尤为重要。

目前，学者在沥青混合料渗透特性的相关研究中，一般基于阿基米德原理，进行沥青混合料连通空隙率的测量。然而，此种方法无法排除半连通空隙对测试结果的影响。因此，学者通常将沥青混合料中的封闭空隙或半连通空隙均近似呈连通空隙，如图1所示。然而，在流体在沥青混合料流动过程中，仅连通空隙可为流体流动提供有效通道。此外，上述基于阿基米德原理的测试方法无法区分试件不同方向对应的空隙率。基于此，有学者基于CT测试技术，提出连通空隙率计算算法，从细观角度实现了连通空隙率的计算。然而，CT测试技术成本高、连通空隙率算法复杂，因此，该方法不易推广使用。针对上述连通空隙率测试和计算中存在的问题，本发明研发一种可测试沥青混合料多向连通空隙率的装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有沥青混合料空隙率测试装置无法获取多个方向的连通空隙率、测试结果稳定性不好的问题，而提供一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置。

本发明沥青混合料多向连通空隙率的测试装置包括底座、套筒件、反力构件、螺栓、施压件和试件底板，套筒件的上筒口和下筒口分别设置有法兰，底座是在圆环形第一板体的底部设置有支腿，底座的第一板体通过螺栓与套筒件下筒口的法兰连接；

所述的反力构件是在圆环形第二板体的上板面设置有容水腔，容水腔与第二板体的圆环孔连通，反力构件的第二板体通过螺栓与套筒件上筒口的法兰连接，反力构件的第二板体与套筒件上部的法兰之间垫有第二橡胶垫圈；

沥青混合料试件位于套筒件的圆筒内，沥青混合料试件的底部设置有试件底板，沥青混合料试件的上表面抵在第二橡胶垫圈的下表面，施压件穿过底座的第一板体顶紧试件底板；其中试件底板为圆环形或者圆板形。

本发明沥青混合料多向连通空隙率的测试装置通过对流体在沥青混合料中的实际流动过程模拟，配合试件底板和橡胶套对沥青混合料样品的不同方向进行有效封堵，从而准确确定沥青混合料各个方向的连通空隙率，本发明能够用于沥青混合料中流体流动特性的研究。

本发明所述的沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，实现沥青混合料多向连通空隙率的测试，排除封闭空隙和半连通空隙对测试结果的影响，提高测试结果的准确性，提高测试效率并降低测试成本。

附图说明

图1为沥青混合料空隙分类示意图，图中a代表封闭空隙，b代表半连通空隙，c代表连通空隙；

图2为本发明沥青混合料多向连通空隙率的测试装置的结构示意图；

图3为应用实施例三中渗措施使用前后流速测试图，其中C代表处理前，D代表处理后；

图4为不同水头高度下渗透速度的测试图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式沥青混合料多向连通空隙率的测试装置包括底座1、套筒件2、反力构件3、螺栓4、施压件5和试件底板9，套筒件2的上筒口和下筒口分别设置有法兰2-1，底座1是在圆环形第一板体1-1的底部设置有支腿1-2，底座1的第一板体1-1通过螺栓4与套筒件2下筒口的法兰2-1连接；

所述的反力构件3是在圆环形第二板体3-1的上板面设置有容水腔3-2，容水腔3-2与第二板体3-1的圆环孔连通，反力构件3的第二板体3-1通过螺栓4与套筒件2上筒口的法兰2-1连接，反力构件3的第二板体3-1与套筒件2上部的法兰2-1之间垫有第二橡胶垫圈10；

沥青混合料试件6位于套筒件2的圆筒内，沥青混合料试件6的底部设置有试件底板9，沥青混合料试件6的上表面抵在第二橡胶垫圈10的下表面，施压件5穿过底座1的第一板体1-1顶紧试件底板9；其中试件底板9为圆环形或者圆板形。

本实施方式套筒件的圆筒高度大于沥青混合料试件的高度。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在沥青混合料试件6的下方设置有水槽11。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是底座1的第一板体1-1与套筒件2下筒口的连接板2-1之间垫有橡胶垫圈8。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是试件底板9的材质为有机玻璃。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是橡胶套7套设在沥青混合料试件6的外部。

本实施方式在沥青混合料试件的侧面套设橡胶套主要应用于沥青混合料竖向连通空隙率的测试。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是在橡胶套7的上部和下部各套箍有一个乳胶圈。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是底座1的第一板体1-1的圆周方向开有四个通孔，施压件5穿过该通孔顶紧试件底板9。

实施例一：本实施例沥青混合料多向连通空隙率的测试装置包括底座1、套筒件2、反力构件3、螺栓4、施压件5和试件底板9，套筒件2的上筒口和下筒口分别设置有法兰2-1，底座1是在圆环形第一板体1-1的底部设置有支腿1-2，底座1的第一板体1-1通过螺栓4与套筒件2下筒口的法兰2-1连接；

所述的反力构件3是在圆环形第二板体3-1的上板面设置有容水腔3-2，容水腔3-2与第二板体3-1的圆环孔连通，反力构件3的第二板体3-1通过螺栓4与套筒件2上筒口的法兰2-1连接，反力构件3的第二板体3-1与套筒件2上部的法兰2-1之间垫有第二橡胶垫圈10；

沥青混合料试件6位于套筒件2的圆筒内，沥青混合料试件6的底部设置有试件底板9，试件底板9的下板面圆周方向开有4个定位孔，沥青混合料试件6的上表面抵在第二橡胶垫圈10的下表面，施压件5呈杆状，施压件5穿过底座1的第一板体1-1顶紧试件底板9，施压件5的底部与第一板体1-1通过螺纹连接，施压件5的顶部插入试件底板9的定位孔中，其中试件底板9为圆环形或者圆板形；在沥青混合料试件6的下方设置有水槽。

本实施例为避免试件侧面与容器壁间形成开放通道，通过调节施压件底座第一板体中的螺纹数，实现试件端部压力的调节，进而将试件侧面与壁面的密封问题，转化为采用压力调节的端部密封问题，避免试件与容器壁直接接触，并且端部垫圈与试件接触面之间采用橡胶垫和热熔胶进行密封，避免试件端部与容器壁接触处形成空隙。对样品综合使用了橡胶套-胶乳胶圈的防渗措施，即采用橡胶套包裹试件，并在橡胶套周围套箍胶乳胶圈，有效解决了侧壁渗漏问题，保证流体直接进入试件。

本实施例沥青混合料多向连通空隙率的测试装置实现沥青混合料不同方向连通空隙率的测试。与传统空隙率测试方法相比，该装置可排除封闭空隙和半连通空隙对测试结果的影响，提高测试结果的准确性；与细观方法相比，该装置使用方法简单、快速、成本低，易于推广和普及。

应用实施例一：本实施例应用沥青混合料多向连通空隙率的测试装置进行整体方向连通空隙率的测试方法按照以下步骤实现：

一、采用游标卡尺获取沥青混合料试件的直径和高度，计算沥青混合料试件的体积V；

二、在沥青混合料试件底部放置有机玻璃圆环状的试件底板，试件底板圆环上预留四个螺栓孔位置，该螺栓孔的位置与施压件相对应，将施压件顶紧有机玻璃圆环试件底板，至沥青混合料试件的顶部与反力构件接触位置呈无缝隙状态，并保证流体同时从沥青混合料试件侧面和下端面流出；

三、向装置上部注入蒸馏水，保持液面稳定在A位置处30s，排除半连通空隙对测试结果的影响，其中，A位置与试件上端面齐平；

四、采用自由水头控制，通过接水槽收集并测试液面A降至液面B过程接水槽中水的体积，进行三次平行试验并记录平均值V₁，其中液面B与试件下端面齐平；

五、结合步骤1和步骤4的测试结果，采用下式计算沥青混合料试件的连通空隙率：

应用实施例二：本实施例应用沥青混合料多向连通空隙率的测试装置进行横向方向连通空隙率的测试方法按照以下步骤实现：

一、采用游标卡尺获取沥青混合料试件的直径和高度，计算沥青混合料试件的体积V；

二、在沥青混合料试件底部放置有机玻璃圆板状的试件底板，在沥青混合料试件底部放置有机玻璃圆板状的试件底板，试件底板圆板上预留四个螺栓孔位置，该螺栓孔的位置与施压件相对应，将施压件顶紧有机玻璃圆板试件底板，至沥青混合料试件的顶部与反力构件接触位置呈无缝隙状态，并保证流体仅从沥青混合料试件侧面流出；

三、向装置上部注入蒸馏水，保持液面稳定在A位置处30s，排除半连通空隙对测试结果的影响，其中，A位置与试件上端面齐平；

四、采用自由水头控制，通过接水槽收集并测试液面A降至液面B过程接水槽中水的体积，进行三次平行试验并记录平均值V₂，其中液面B与试件下端面齐平；

五、结合步骤1和步骤4的测试结果，采用下式计算沥青混合料试件的横向连通空隙率：

应用实施例三：本实施例应用沥青混合料多向连通空隙率的测试装置进行竖向连通空隙率的测试方法按照以下步骤实现：

一、采用游标卡尺获取沥青混合料试件的直径和高度，计算沥青混合料试件的体积V；

二、采用橡胶套-胶乳胶圈包裹沥青混合料试件，在沥青混合料试件底部放置有机玻璃圆环状的试件底板，试件底板圆环上预留四个螺栓孔位置，该螺栓孔的位置与施压件相对应，将施压件顶紧有机玻璃圆环试件底板，至沥青混合料试件的顶部与反力构件接触位置呈无缝隙状态，并保证流体仅从沥青混合料试件下底面流出；

三、向装置上部注入蒸馏水，保持液面稳定在A位置处30s，排除半连通空隙对测试结果的影响，其中，A位置与试件上端面齐平；

四、采用自由水头控制，通过接水槽收集并测试液面A降至液面B过程接水槽中水的体积，进行三次平行试验并记录平均值V₃，其中液面B与试件下端面齐平；

五、结合步骤1和步骤4的测试结果，采用下式计算沥青混合料试件的横向连通空隙率：

本实施例对样品使用了橡胶套-胶乳胶圈的防渗措施，即采用橡胶套包裹试件，并在橡胶套周围套箍胶乳胶圈，有效解决了侧壁渗漏问题，保证流体直接进入试件。

一、渗漏处理效果分析：

无损检测设备在流量测试过程会受测试条件的限制，当条件不严格满足要求时，会产生测试无法。为消除对测试条件的依赖性，本实施例直接采用称重法测试流体渗流速度。

流体渗流速度具体计算方法如下：

(1)采用游标卡尺测量试件的直径D；

(2)采用秒表，记录采集流体的时间t；

(3)采用量筒，测量时间t内采集的流体总量Q；

(4)结合步骤(1)、(2)、(3)的测试结果，采用下式(1)计算沥青混合料中流体渗流速度V：

同时，为有效测试此装置防渗效果，选择不同水头高度进行渗透速度的测试，防渗措施使用前后(使用前是指不使用橡胶套-胶乳胶圈包裹沥青混合料试件)流速测试结果如图3所示。

对比结果表明，防渗措施处理前后，水流渗透速度随水头高度变化规律相同，渗透速度均随水头高度的增加呈逐渐增加趋势，且增加幅度逐渐减小；但相同水头高度下，处理后的水流渗透速度均低于处理前渗透速度，水头高度最低时，差值所占比例最大，为61.29％，且水头高度越高，两种工况下渗透速度值相差越大，表明水压较大时，侧壁渗漏现象更明显，渗漏对渗透的影响更大，因此，合理的防渗漏处理措施是准确获取渗透速度的必要条件。从处理效果可以看出，本实施例中的防渗措施能显著降低渗透速度测试值，防止侧壁渗漏效果明显。

二、测试结果稳定性分析

稳定性可表征测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。由数理统计知识可知，变异系数为15％时，数据稳定性差、不合理。因此，为保证测试结果的可靠性，本实施例将以变异系数为评价指标，展开对防渗测试结果的稳定性分析。变异系数计算公式(2)如下：

式中，CV为变异系数，SD为测量数据的标准偏差，Mean为测量数据的平均值。

为了保证分析结果的有效性，本实施例共选取9个水头高度，在每个水头下，均对试件进行防渗处理设备安装和拆卸。每个循环包括一次安装和拆卸，共循环进行10次，并对每次安装后的渗透速度进行测量。记录10次测试结果的平均值作为试验结果，并对不同组间测试结果变异程度进行分析，具体如图4所示。

由图可知，不同水头高度对应的渗透速度变异系数相差不大，主要集中在3％～6％之间，变异系数最大为5.4％，远小于15％，表明测试结果稳定性在合理范围内。

综上所述，本实施例提出的防渗措施复现性强，测试结果稳定，预防侧壁渗漏效果好。

Claims (7)

1.一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于该沥青混合料多向连通空隙率的测试装置包括底座(1)、套筒件(2)、反力构件(3)、螺栓(4)、施压件(5)和试件底板(9)，套筒件(2)的上筒口和下筒口分别设置有法兰(2-1)，底座(1)是在圆环形第一板体(1-1)的底部设置有支腿(1-2)，底座(1)的第一板体(1-1)通过螺栓(4)与套筒件(2)下筒口的法兰(2-1)连接；

所述的反力构件(3)是在圆环形第二板体(3-1)的上板面设置有容水腔(3-2)，容水腔(3-2)与第二板体(3-1)的圆环孔连通，反力构件(3)的第二板体(3-1)通过螺栓(4)与套筒件(2)上筒口的法兰(2-1)连接，反力构件(3)的第二板体(3-1)与套筒件(2)上部的法兰(2-1)之间垫有第二橡胶垫圈(10)；

沥青混合料试件(6)位于套筒件(2)的圆筒内，沥青混合料试件(6)的底部设置有试件底板(9)，沥青混合料试件(6)的上表面抵在第二橡胶垫圈(10)的下表面，施压件(5)穿过底座(1)的第一板体(1-1)顶紧试件底板(9)；

其中试件底板(9)为圆环形或者圆板形。

2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于在沥青混合料试件(6)的下方设置有水槽(11)。

3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于底座(1)的第一板体(1-1)与套筒件(2)下筒口的连接板(2-1)之间垫有橡胶垫圈(8)。

4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于试件底板(9)的材质为有机玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于橡胶套(7)套设在沥青混合料试件(6)的外部。

6.根据权利要求5所述的一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于在橡胶套(7)的上部和下部各套箍有一个乳胶圈。

7.根据权利要求1所述的一种沥青混合料多向连通空隙率的测试装置，其特征在于底座(1)的第一板体(1-1)的圆周方向开有四个通孔，施压件(5)穿过该通孔顶紧试件底板(9)。