CN110108587A - 一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置及试验方法,它涉及一种多向动水冲刷试验装置及试验方法,具体涉及一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置及试验方法。本发明为了解决现有技术中沥青混合料动水冲刷试验仪无法实现沥青混合料单一竖向冲刷、横向冲刷与竖向横向混合冲刷及无法实时测试动水冲刷作用过程中混合料渗透性演化的问题。本发明所述试验装置还包括下腔体、上下腔连接件、上腔体和加载活塞,上腔体、上下腔连接件、下腔体由上至下依次设置,上腔体的下端通过上下腔连接件与下腔体的上端连接,上腔体下端的边缘与固定支架固定连接,下腔体的下端与固定底板的上表面固定连接,加载活塞插装在上腔体的上端内。本发明属于道桥施工领域。

Description

一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及一种多向动水冲刷试验装置及试验方法,具体涉及一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置及试验方法,属于道桥施工领域。
背景技术
水分渗流特性是影响沥青路面材料耐久性及功能特性的重要物理参数之一。实际沥青路面中,自然环境中的水分不可避免的会渗入多孔沥青混合料孔隙内部,当行驶车辆驶近浸水的沥青混合料时,孔隙中水分在荷载作用下出现较高的孔隙水压力进而引起水分挤出孔隙,而当行驶车辆驶离浸水混合料时,孔隙中水分又在轮胎抽吸作用下出现孔隙负水压进而使得水分被吸入孔隙中。而在行驶车辆反复行驶作用下混合料孔隙中水分反复挤出和吸入,不断冲刷孔隙壁上包裹石料的沥青薄膜,进而引起水分侵蚀石料-沥青界面致使沥青薄膜剥离,最终导致沥青混合料的松散坑槽等水损害。而目前沥青混合料的水损害性能评价仅局限于简单的浸水或冻融循环作用前后材料强度的对比,忽略了实际路面中水-荷载反复作用而引起的动态冲刷作用,设计开发一种能够真实模拟实际沥青混合料中动水冲刷作用的试验装置,对于研发和设计良好水稳定性的沥青路面材料具有重要意义。
沥青混合料细观尺度上可视为一种横观各项同性材料,在车辆荷载的反复作用下水分在实际路面中存在竖向冲刷、横向冲刷及竖向与横向的混合冲刷。当车辆荷载作用于浸水混合料时,轮胎底部下的沥青混合料产生竖向变形同时轮胎边缘产生横向变形,孔隙中水流在孔隙水压力作用下产生轮胎底部的竖向冲刷与轮胎边缘的横向冲刷。而由于混合料细观孔隙分布的横观各项同性,横向的抗动水冲刷能力往往与竖向的抗动水冲刷能力不同,这就需要对沥青混合料的横向和竖向动水冲刷性能分别进行测试。目前现有的沥青混合料的动水冲刷试验装置及试验方法大多采用对浸水圆柱形混合料试件顶面和底面试件施加反复水压力或试件上部进行喷头冲水两种方式来模拟混合料的动水冲刷作用,这种两种方式仅仅模拟混合料沿竖向方向或多方向共存的动水冲刷作用,无法进行单一横向的动水冲刷测试且无法实时观测动水冲刷作用下混合料抗渗性能的演化,难以有效模拟混合料实际动水冲刷作用。
发明内容
本发明为解决现有技术中沥青混合料动水冲刷试验仪无法实现沥青混合料单一竖向冲刷、横向冲刷与竖向横向混合冲刷及无法实时测试动水冲刷作用过程中混合料渗透性演化的问题,进而提出一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置及试验方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明所述试验装置包括固定支架和固定底板固定支架固定安装在固定底板上,本发明所述试验装置还包括下腔体、上下腔连接件、上腔体和加载活塞,上腔体、上下腔连接件、下腔体由上至下依次设置,上腔体的下端通过上下腔连接件与下腔体的上端连接,上腔体下端的边缘与固定支架固定连接,下腔体的下端与固定底板的上表面固定连接,加载活塞插装在上腔体的上端内。
进一步的,本发明所述试验装置还包括补水箱和两个截水阀门,下腔体通过两个一个截水阀门与补水箱连接。
进一步的,本发明所述试验装置还包括两个水压表,上腔体的侧壁和下腔体的侧壁上各设有一个水压表。
进一步的,本发明所述刷试验装置还包括排气阀,排气阀安装在上腔体上。
进一步的,下腔体包括下底腔、下侧腔和侧壁阻水夹具,下侧腔、下底腔由上至下依次连接,侧壁阻水夹具安装在下侧腔内,沥青混合料试件插装在侧壁阻水夹具内,下底腔侧壁上的底腔补水口通过一个截水阀门与补水箱连接,下侧腔侧壁上侧腔补水口通过另一个截水阀门与补水箱连接。
进一步的,下腔体还包括多个中空阻水胶圈、中空阻水固定螺栓和顶面中空阻水胶垫,中空阻水固定螺栓竖直插装在沥青混合料试件内,多个中空阻水胶圈由上至下依次套装在中空阻水固定螺栓上,顶面中空阻水胶垫套装在中空阻水固定螺栓的上端。
进一步的,下腔体还包括侧壁阻水胶垫、顶面边缘阻水胶垫、底面边缘阻水胶垫和底面中空阻水胶垫,侧壁阻水胶垫设置在沥青混合料试件的外壁与侧壁阻水夹具的内壁之间,顶面边缘阻水胶垫设置在沥青混合料试件上表面的边缘,底面边缘阻水胶垫设置在沥青混合料试件下表面的边缘,底面中空阻水胶垫设置在沥青混合料试件下表面的中部。
进一步的,下腔体还包括底面阻水胶垫、多个顶面底面阻水胶垫固定螺栓和顶面阻水胶垫,底面阻水胶垫设置在沥青混合试件的下表面,顶面阻水胶垫设置在沥青混合料试件的上表面,底面阻水胶垫通过多个顶面底面阻水胶垫固定螺栓与顶面阻水胶垫连接。
进一步的,上下腔连接件包括上下腔连接阻水胶垫和多个上下腔连接螺栓,上下腔连接阻水胶垫设置在上腔体与下腔体之间,上腔体通过多个上下腔连接螺栓与下腔体连接。
本发明所述试验方法的具体步骤如下:
步骤一、成型中空马歇尔试件,即沥青混合料试件;
步骤二、将沥青混合料试件与相应冲刷方向阻水夹具组装好并放入下腔体中,组装试验装置;
步骤三、将组装好的动水冲刷装置内部饱水,密闭,随后放入试验机中,开启试验机带动加载活塞施加反复荷载;
步骤四、记录冲刷过程中水压表的值以及应力应变曲线,待冲刷完毕后,测量沥青混合料试件变化,完成试验。
本发明的有益效果是:1、本发明通过设置不同的阻水夹具来实现加载活塞反复加载作用下沥青混合料试件内的单一竖向动水冲刷、横向动水冲刷及竖向横向混合动水冲刷作用,单一方向冲刷过程中进水面和出水面始终与水流方向的保持垂直,保证了单一方向动水冲刷的有效性;
2、本发明通过设置于上腔体与下腔体的水压表可实现动水冲刷过程中进水截面与出水截面水压力实时监测,为动水冲刷过程中沥青混合料细观孔隙演化及抗渗性能的表征提供重要的试验数据;
3、本发明通过对待测试件上部水面施加荷载的方式实现混合料中水流的压入与吸出作用,有效剥离了车辆荷载对混合料骨架变形的影响,避免了直接施加轮胎荷载引起的混合料压密导致的动水冲刷试验误差;
4、本发明可实现饱和和非饱和沥青混合料单一竖向冲刷、单一横向冲刷及竖向横向混合冲刷的多种工况测试,为全面模拟实际沥青路面不同工况下的动水冲刷作用的测试提供了很大便利,且试验仅需借助通用材料加载试验机,操作简易方便且高效准确。
附图说明
图1是本发明的主视图;
图2是竖向动水冲刷时本发明的主剖视图;
图3是横向动水冲刷时本发明的主剖视图;
图4是混合动水冲刷时本发明的主视图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,它包括固定支架9和固定底板10固定支架9固定安装在固定底板10上,本发明所述试验装置还包括下腔体1、上下腔连接件2、上腔体3和加载活塞4,上腔体3、上下腔连接件2、下腔体1由上至下依次设置,上腔体3的下端通过上下腔连接件2与下腔体1的上端连接,上腔体3下端的边缘与固定支架9固定连接,下腔体1的下端与固定底板10的上表面固定连接,加载活塞4插装在上腔体3的上端内。
固定支架9顶端圆环通过螺栓固定于上腔体3底部外缘,固定支架9底端通过螺栓固定于固定底板10上,固定底板10借助中心螺杆固定于通用加载设备底座。
加载活塞4设置于上腔体3的顶部套管中用于施加反复荷载作用。
具体实施方式二:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括补水箱8和两个截水阀门6,下腔体1通过两个一个截水阀门6与补水箱8连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括两个水压表5,上腔体3的侧壁和下腔体1的侧壁上各设有一个水压表5。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括排气阀7,排气阀7安装在上腔体3上。
上腔体3通过上下腔体连接件2与下腔体1密封相连,水压表4设置于渗流机构下腔体1和渗流机构上腔体3侧壁。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置的下腔体1包括下底腔1-2、下侧腔1-3和侧壁阻水夹具1-4,下侧腔1-3、下底腔1-2由上至下依次连接,侧壁阻水夹具1-4安装在下侧腔1-3内,沥青混合料试件1-1插装在侧壁阻水夹具1-4内,下底腔1-2侧壁上的底腔补水口1-12通过一个截水阀门6与补水箱8连接,下侧腔1-3侧壁上侧腔补水口1-16通过另一个截水阀门6与补水箱8连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式六:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置的下腔体1还包括多个中空阻水胶圈1-9、中空阻水固定螺栓1-10和顶面中空阻水胶垫1-11,中空阻水固定螺栓1-10竖直插装在沥青混合料试件1-1内,多个中空阻水胶圈1-9由上至下依次套装在中空阻水固定螺栓1-10上,顶面中空阻水胶垫1-11套装在中空阻水固定螺栓1-10的上端。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置的下腔体1还包括侧壁阻水胶垫1-5、顶面边缘阻水胶垫1-6、底面边缘阻水胶垫1-7和底面中空阻水胶垫1-8,侧壁阻水胶垫1-5设置在沥青混合料试件1-1的外壁与侧壁阻水夹具1-4的内壁之间,顶面边缘阻水胶垫1-6设置在沥青混合料试件1-1上表面的边缘,底面边缘阻水胶垫1-7设置在沥青混合料试件1-1下表面的边缘,底面中空阻水胶垫1-8设置在沥青混合料试件1-1下表面的中部。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式八:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置的下腔体1还包括底面阻水胶垫1-13、多个顶面底面阻水胶垫固定螺栓1-14和顶面阻水胶垫1-15,底面阻水胶垫1-13设置在沥青混合试件1-1的下表面,顶面阻水胶垫1-15设置在沥青混合料试件1-1的上表面,底面阻水胶垫1-13通过多个顶面底面阻水胶垫固定螺栓1-14与顶面阻水胶垫1-15连接。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式九:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置的上下腔连接件2包括上下腔连接阻水胶垫2-1和多个上下腔连接螺栓2-2,上下腔连接阻水胶垫2-1设置在上腔体3与下腔体1之间,上腔体3通过多个上下腔连接螺栓2-2与下腔体1连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式十:结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验方法的具体步骤如下:
步骤一、成型中空马歇尔试件,即沥青混合料试件1-1;
步骤二、将沥青混合料试件1-1与相应冲刷方向阻水夹具组装好并放入下腔体1中,组装试验装置;
步骤三、将组装好的动水冲刷装置内部饱水,密闭,随后放入试验机中,开启试验机带动加载活塞4施加反复荷载;
步骤四、记录冲刷过程中水压表5的值以及应力应变曲线,待冲刷完毕后,测量沥青混合料试件1变化,完成试验。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质,在本发明的精神和原则之内,对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,它包括固定支架(9)和固定底板(10)固定支架(9)固定安装在固定底板(10)上,其特征在于:所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括下腔体(1)、上下腔连接件(2)、上腔体(3)和加载活塞(4),上腔体(3)、上下腔连接件(2)、下腔体(1)由上至下依次设置,上腔体(3)的下端通过上下腔连接件(2)与下腔体(1)的上端连接,上腔体(3)下端的边缘与固定支架(9)固定连接,下腔体(1)的下端与固定底板(10)的上表面固定连接,加载活塞(4)插装在上腔体(3)的上端内。
2.根据权利要求1所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括补水箱(8)和两个截水阀门(6),下腔体(1)通过两个一个截水阀门(6)与补水箱(8)连接。
3.根据权利要求1所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括两个水压表(5),上腔体(3)的侧壁和下腔体(1)的侧壁上各设有一个水压表(5)。
4.根据权利要求1所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置还包括排气阀(7),排气阀(7)安装在上腔体(3)上。
5.根据权利要求1或2所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:下腔体(1)包括下底腔(1-2)、下侧腔(1-3)和侧壁阻水夹具(1-4),下侧腔(1-3)、下底腔(1-2)由上至下依次连接,侧壁阻水夹具(1-4)安装在下侧腔(1-3)内,沥青混合料试件(1-1)插装在侧壁阻水夹具(1-4)内,下底腔(1-2)侧壁上的底腔补水口(1-12)通过一个截水阀门(6)与补水箱(8)连接,下侧腔(1-3)侧壁上侧腔补水口(1-16)通过另一个截水阀门(6)与补水箱(8)连接。
6.根据权利要求5所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:下腔体(1)还包括多个中空阻水胶圈(1-9)、中空阻水固定螺栓(1-10)和顶面中空阻水胶垫(1-11),中空阻水固定螺栓(1-10)竖直插装在沥青混合料试件(1-1)内,多个中空阻水胶圈(1-9)由上至下依次套装在中空阻水固定螺栓(1-10)上,顶面中空阻水胶垫(1-11)套装在中空阻水固定螺栓(1-10)的上端。
7.根据权利要求5所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:下腔体(1)还包括侧壁阻水胶垫(1-5)、顶面边缘阻水胶垫(1-6)、底面边缘阻水胶垫(1-7)和底面中空阻水胶垫(1-8),侧壁阻水胶垫(1-5)设置在沥青混合料试件(1-1)的外壁与侧壁阻水夹具(1-4)的内壁之间,顶面边缘阻水胶垫(1-6)设置在沥青混合料试件(1-1)上表面的边缘,底面边缘阻水胶垫(1-7)设置在沥青混合料试件(1-1)下表面的边缘,底面中空阻水胶垫(1-8)设置在沥青混合料试件(1-1)下表面的中部。
8.根据权利要求5所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:下腔体(1)还包括底面阻水胶垫(1-13)、多个顶面底面阻水胶垫固定螺栓(1-14)和顶面阻水胶垫(1-15),底面阻水胶垫(1-13)设置在沥青混合试件(1-1)的下表面,顶面阻水胶垫(1-15)设置在沥青混合料试件(1-1)的上表面,底面阻水胶垫(1-13)通过多个顶面底面阻水胶垫固定螺栓(1-14)与顶面阻水胶垫(1-15)连接。
9.根据权利要求1所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验装置,其特征在于:上下腔连接件(2)包括上下腔连接阻水胶垫(2-1)和多个上下腔连接螺栓(2-2),上下腔连接阻水胶垫(2-1)设置在上腔体(3)与下腔体(1)之间,上腔体(3)通过多个上下腔连接螺栓(2-2)与下腔体(1)连接。
10.一种沥青混合料多向动水冲刷试验方法,其特征在于:所述一种沥青混合料多向动水冲刷试验方法的具体步骤如下:
步骤一、成型中空马歇尔试件,即沥青混合料试件(1-1);
步骤二、将沥青混合料试件(1-1)与相应冲刷方向阻水夹具组装好并放入下腔体(1)中,组装试验装置;
步骤三、将组装好的动水冲刷装置内部饱水,密闭,随后放入试验机中,开启试验机带动加载活塞(4)施加反复荷载;
步骤四、记录冲刷过程中水压表(5)的值以及应力应变曲线,待冲刷完毕后,测量沥青混合料试件(1)变化,完成试验。
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