CN110130194A - 一种沥青路面综合评价方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种沥青路面综合评价方法,涉及沥青路面性能检测技术领域,利用水介质快速、同步检测沥青路面功能层防水功能失效系数、渗水系数、表面构造深度及沥青路面均匀性。本发明还提供一种沥青路面综合评价装置,能够为水介质提供指定的压力,能够反映交通载荷作用下水流在沥青路面结构内部孔隙中的渗流状况,且能够大大减少检测过程对路面的破坏和污染。
Description
技术领域
本发明涉及沥青路面性能检测技术领域,特别是涉及一种沥青路面综合评价方法及装置。
背景技术
沥青路面施工技术发展至今,沥青路面施工质量控制已包括了含原材料性能、沥青混合料孔隙率、渗水系数、压实度、厚度及平整度等在内的至少几十个不同类型的技术指标,这些指标的检测、评价方法为沥青路面的施工质量控制提供了充分的保障。
(一)沥青路面渗水系数测试
沥青路面渗水系数是沥青混合料路用性能指标的一种,除透水性路面外,当沥青路面渗水系数较大时,液态水分布在沥青混合料中的连通孔隙中,使沥青路面会形成一个由孔隙、集料骨架、沥青和水组成的固液气三相体。在交通荷载的作用下,特别是轮迹带处的沥青混合料的连通孔隙中的水将变成压力水,压力水在混合料连通孔隙中流动,不断挤压混合料材料,使连通孔洞逐渐被扩大,当交通荷载引起的流动压力水使混合料孔洞扩到到一定程度时,混合料将发生集料与集料、集料与沥青的脱离,随之而来的即是混合料的松散、剥落和坑槽病害,渗水系数与沥青混合料的早期水损害息息相关。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)和《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)中渗水系数测试方法是我国目前执行渗水系数检测的最新标准。
标准渗水系数检测的方法大致如下:
选定测试点;
将塑料圈置于测试点上,用粉笔分别沿塑料圈的内侧和外侧画上圆环;
在外环和内环之间的部分,采用密封材料进行涂抹密封;
之后,将渗水仪的环形底座与涂有密封材料的环形区域重叠,使渗水仪中心尽量和圆环中心重合,然后略微使劲将渗水仪底部压在环形密封材料表面;
将配重块加上,以防压力水从底座与试件间流出;
将量筒出水阀门关闭,向量筒内注满水;
然后,打开开关,使量筒内水下流排出渗水仪底部的空气,当量筒中水面下降速度下降速度变慢时用双手轻压渗水仪使渗水仪底部的气泡全部排出;
关闭开关,再次向量筒中注满水;
将开关打开,待水面下降至100mL刻度时,立即开动秒表开始计时,每间隔60s,读记量筒刻度一次,至水面下降500mL时为止;
测试过程中,如水从底座与密封材料间渗出,说明底座与路面密封不好,应重新密封,当水面下降速度较慢,则测定3min的渗水量即可停止,当水面下降速度较快,不到3min即达到500mL刻度线,则记录达到500mL刻度线的时间,若水面下降至一定程度后基本保持不动,说明基本不透水或根本不透水。
(二)沥青路面表面构造深度测试
沥青路面表面构造深度是由沥青路面表面集料及沥青组合形成的凹凸纹理,一定程度上能反映路面的抗滑水平。沥青路面表面构造深度大,在雨天时,沥青路面表面不容易形成水膜,轮胎与路面表面的接触更好,沥青路面的为轮胎提供的抗滑力较高。另一方面,沥青路面表面构造深度较大时,这些表面构造纹理往往能形成连通,在轮胎与路面接触的过程中,接触碰撞及车辆自身产生的各种噪音能够通过这些连通构造排放,表面构造深度大时,有利于沥青路面降噪功能的实现。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中关于表面构造深度的测试方法是我国目前执行的标准方法。
标准表面构造深度检测的方法大致如下:
选定测试点;
用量砂筒按标准方法取砂,倒于测试点表面;
用底面粘有橡胶的推平板,有里向外重复作摊铺运动,稍微用力将砂细心地尽可能向外摊开,使砂填入凹凸不平的沥青路面表面构造中;
尽可能摊成圆形,并不得在表面上留有浮动余砂,摊铺时不可用力过大或向外推挤。
(三)沥青路面施工均匀性评价
沥青路面施工均匀性是沥青路面施工技术发展过程中总结凝练出来的一个共识,世界范围内,沥青路面均匀性已成为沥青路面施工质量控制的最高要求。本质上,沥青路面是一个批量生产的工业产品,其均匀性的含义很广,包括不同位置(不同生产批次)的沥青混合料的各个指标的均匀性等。以往沥青路面施工中,对沥青路面均匀性的判定主要集中在对沥青混合料级配均匀性的判定方面,原因在于沥青混合料的级配是影响沥青混合料性能的两大主要因素之一(沥青含量和级配),在施工工艺等条件相同的情况下,级配的均匀性将直接影响沥青混合料其他指标,诸如沥青混合料孔隙率、压实度、渗水系数等的均匀性。沥青路面级配均匀性评价的通常做法是对尚未碾压的沥青混合料进行取样燃烧筛分,通过判定筛分级配与标准生产级配的差异,判定施工过程的均匀性,或对已施工完成的沥青路面进行取芯,通过观察芯样表面(或对芯样进行切片后观察)孔洞、集料分布状况等进行沥青路面施工均匀性的评价。
传统标准检测方法只能对路面结构的单项指标,诸如渗水系数、表面构造深度、路面结构均匀性,进行检测,检测效率较低下,且结果的关联性不高,与沥青混合料的体积指标关系模糊。在具体单项指标的检测方面,还存在如下主要和次要问题。
(一)传统渗水检测方法存在以下几个主要问题:
一是水头压力过小且呈递减趋势。
相关文献表明,在半正弦波特征交通荷载的作用下,路面结构中的水流将承受波形动态压力。对路面结构某一位置而言,当交通荷载驶近该区域时,该区域内混合料结构孔隙中的水流将承受逐渐变大的水压力,最大可达到0.7MPa;当交通荷载驶离该区域时,该区域内混合料结构孔隙中的水流将承受逐渐变小的水压力,在某一时刻,水压力将变为负向增长,负压力最大可达到0.095MPa,这个过程是车轮驶离该区域时,由于车轮的速度对路面结构产生的抽吸效应。车轮荷载的作用一方面是使沥青混合料受正负动态水压力作用,加快水流通道的扩张,使沥青路面渗入更多的水,另一方面是使混合料承受水-荷载耦合作用,加速沥青与集料的剥落,加速沥青路面早期水损害。
传统渗水试验在一定程度上模拟了水流进入路面的时车轮荷载施加的压力,但其提供的初始水头压力一般小于10Pa,而且随着水位的降低(水进入路面或从渗水仪底座侧漏),这个水头压力还会不断降低。对于新建沥青路面而言,混合料孔隙较大,这种影响会相对小一些,但面对施工过程中存在竖向离析问题的沥青路面,特别是结构层上部较为密实,而结构层下部孔洞较大的情况,传统渗水试验很小的水头压力远不足使水流渗入下部结构孔洞,所测渗水系数结果必然失真;对于通车后的路面,由于车轮对混合料的重复压密和灰尘等堵塞,混合料中部分连通孔隙堵塞但在压力水冲刷下又会重新连通,面对这样的条件,传统渗水试验的低水头压力更难实现准确反映路面结构渗水状况的目的。
总而言之,传统渗水试验,考虑路表水流渗入路面结构的条件过于理想,忽略了车辆荷载作用下路表水流渗入路面结构时受到的压力,测试得到的渗水系数结果过于理想。实际经验也证明,交竣工验收时渗水系数试验检测指标100%符合技术标准要求的路面,在通车后一两年内发生大面积水损害问题的工程项目也屡见报道。传统渗水系数检测方法结果无法表征路面结构混合料的真实渗水情况。
二是底座封水困难。
传统的渗水系数检测方法,限制其效率的主要原因在于对其底座的密封需要耗费非常多的时间,沥青路面结构表面构造变异大,路面凹凸沟壑的峰顶高度不一,沟壑连通变化多端,渗水仪底座置于路表后,将在渗水仪底座与路面结构之间形成无数连通水路,密封需要做到用密封材料将这些连通水路都堵住,方能切断水流从底座下方侧漏出来,其中任意一条通路未堵住,都会造成底座的侧漏现象,由于渗水仪本身出水量不多,发生侧漏后,几乎没有多余的水和水头压力使水继续向路面结构内部渗入,渗水系数结果反映的可能仅仅只是表面构造深度的影响,对路面结构的渗水性能反映能力十分微弱。传统渗水试验发生侧漏时,通常的做法是放弃之前的所有试验步骤,重新选择检测位置后重复之前的试验步骤,这势必造成渗水系数试验的反复,试验效率十分低下。
重新选择试验位置和重复试验步骤的原因是,一方面上一次试验时,路面结构表面处于潮湿状态,部分水分封闭了混合料中的连通孔隙,另一方面是上一次试验时使用的密封材料遇水后难以再次封水,且上次试验使用的密封材料难以清理,容易污染渗水试验透水面(堵塞透水面),影响渗水。
三是透水面不固定。
试验过程中,采用密封材料对环形区域进行涂抹密封,不同的操作人员,会因心细程度不同,使得涂抹圆环后剩下的中心环形透水面的面积大小、形状不一,甚至可能会将密封材料掉落涂抹到环形透水面的中心,这会直接导致水流渗入路面结构的速度不同,影响渗水系数检测结果。
(二)传统表面构造深度检测方法存在以下几个主要问题:
一是标准砂要求高。
传统铺砂法检测沥青路面表面构造深度,使用的砂为标准砂,其技术标准较高,需要专门准备。
二是砂颗粒容易堆砌起拱。
标准砂在摊铺过程中,因砂颗粒的形状特征,砂颗粒会形成骨架结构,在沥青路面表面凹凸沟壑中形成堆砌,即砂颗粒虽可以填入沥青路面表面的凹凸沟壑中,但却无法完全填满这些凹凸沟壑的底部。另外,部分标准砂在摊铺过程中会不可避免的堆积,形成浮砂,这部分浮砂使构造深度被高估。
三是标准砂摊铺形状面积计算过于粗略。
标准砂摊铺过程中,由于不同人的用力方式不同,会造成标准砂摊铺形成不同形状的摊铺面,一般情况下,这些摊铺面近似圆形或椭圆形,因此对摊铺面面积的计算方法是量取摊铺面两条相互垂直的径线,作为圆直径或椭圆的长短轴来计算相应摊铺面的面积。圆直径和椭圆长短轴的确定过程过于粗略,摊铺面的面积误差较大。而这个误差对于以mm为单位的表面构造深度指标而言,会形成非常大的误差传递。
(三)传统路面结构均匀性评价方法存在以下几个主要问题:
一是取样均匀性差。
沥青路面混合料摊铺后未碾压前,取样筛分,比较筛分级配与标准级配偏差的方法来对沥青路面均匀性进行评价的方法,存在的最大问题是沥青路面混合料的取样均匀性难以控制。实际经验表明,对同一天施工的沥青路面,不同单位取样进行燃烧筛分的级配数据相差甚远,某些时候甚至会形成两个极端不同的结果,即一个结果相对于标准级配偏粗非常多(接近级配控制范围的粗端极限),一个结果相对于标准级配偏细非常多(接近级配控制范围的细端极限)。
二是破坏性强。
沥青路面施工后,对沥青路面均匀性评价的方法是,通过破损方式对沥青路面取芯,然后通过观察芯样状况来评价沥青路面均匀性。如果要掌握沥青路面结构不同深度位置的均匀性,还需要对芯样进行进一步的横向或竖向剖切,评价方法的破坏性非常大。
三是主观结果与混合料体积指标无关联性。
比较筛分级配与标准级配的差异来判定沥青路面均匀性的方法,具有定量性,但不得不承认,及时筛分级配与标准级配存在较大差异,但只要实际施工过程中,批次生产的沥青混合料级配均与筛分级配较接近,那么也可说明批次生产的沥青混合料级配较为均匀。观察芯样来判定混合料均匀性的方法,具有非常大的主观性,结果定性却不定量,且这种主观结果主要是芯样表面结果的反映,与芯样内部状况不一定相关联,与芯样体积指标(如孔隙率、孔隙率分布、密度等)之间难以建立关联性。
次要问题(如果有多个,依次列出):
(一)传统渗水检测方法还存在如下几个次要问题:
一是操作步骤繁多。
传统渗水试验需要进行包括密封材料涂抹区绘制、密封材料涂抹、安装渗水仪、渗水仪底部空气排出、渗水仪水位调试、渗水数据记录、渗水仪器拆卸、密封材料清理等步骤,操作步骤繁多,试验效率低下。
二是数据计数复杂。
测试过程中,如水从底座与密封材料间渗出,说明底座与路面密封不好,应重新密封,当水面下降速度较慢,则测定3min的渗水量即可停止,当水面下降速度较快,不到3min即达到500mL刻度线,则记录达到500mL刻度线的时间,若水面下降至一定程度后基本保持不动,说明基本不透水或根本不透水。渗水试验存在几种计数方式,对于存在施工离析的路面结构,渗水系数可能同时出现以渗水系数(渗水速度)、渗水时间做记录的试验结果。这种复杂的计数方式对于评判渗水系数指标是否合格有效,但对于不同批次混合料渗水性能的比较存在较大困难。
三是密封材料污染路面。
密封材料一般为肥皂、黄油、矿粉与黄油混合料物等材料,密封材料不溶于水,且对沥青路面粘附较好,较难清理,渗水试验后,沥青路面上会留下一块一块的痕迹,形成对沥青路面结构层的污染。
(二)传统表面构造深度检测方法还存在如下几个次要问题:
一是标准砂回收成本高。
试验过程中使用的标准砂难以完全回收,属于消耗材料,且回收后需要通过专业手段,才能变成可用于试验的标准砂,标准砂的回收处理需要耗费试验成本。
二是标准砂摊铺后污染路面。
标准砂摊铺在沥青路面上后,难以彻底回收,部分较细的砂颗粒会粘附在沥青路面表面形成一块块砂斑,对路面结构形成污染。
(三)传统渗水、构造深度、路面结构均匀性评价方法还存在如下几个次要问题:
传统评价方法,试验结果关联不足,各项试验结果的检测位置不相同,结果无对应。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种利用水介质快速、同步检测沥青路面功能层防水功能失效系数、渗水系数、表面构造深度及沥青路面均匀性的方法。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种沥青路面综合评价方法,包括以下步骤:
第一步,选取沥青路面上的一个区域进行试验,向试验区域的沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量为固定值,压力水流会沿着第一渗流通道、第二渗流通道、第三渗流通道和第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为全渗流时间;
其中,第一渗流通道为沥青路面表面构造通道;第二渗流通道为沥青路面结构横向渗流通道;第三渗流通道为沥青路面结构层间粘结失效脱层时的层间渗流通道;第四渗流通道为沥青路面结构层下方的粘结层或封层破损时封水失效情况下的粘结层或封层渗流通道;
第二步,将第一步中注入沥青路面结构中的水排出;
第三步,封闭第一渗流通道及第二渗流通道的上部分第一高度的渗流通道,剩余部分第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,向沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,压力水流沿着第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为第一时间;
第四步,将第三步中注入沥青路面结构中的水排出;
第五步,封闭第一渗流通道及第二渗流通道的上部分某一特定高度的渗流通道,所述某一特定高度为第三步中所述第一高度的整倍数,剩余部分第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,向沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,压力水流沿着第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间;
第六步,重复多次第四步与第五步,得到多个垂向水流渗流完的时间与多个特定高度;
第七步,封闭第一渗流通道、第二渗流通道、第三渗流通道,向沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,剩余第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为垂向渗流时间;
第八步,上述步骤后,可得到不同渗流通道状况下,沥青路面结构的渗水速度:
V=Q/t,
其中,Q为垂向水流量,t为不同渗流通道状况下垂直水量的渗流时间;将不同时间渗水速度绘制于图表中;
第九步,根据渗流通道与渗流速度数据,确定沥青路面结构渗水系数、沥青路面表面构造深度、沥青路面结构层底部功能层防水功能失效系数及沥青路面结构层的均匀性。
可选的,在第九步中,
1)功能层防水功能失效系数:
当渗流通道仅剩余第四渗流通道时,路面渗水仅为从功能层中失效的位置向下部结构渗流,此时的渗水速度结果:
VH=Q/T,
其中,VH表征沥青路面功能层防水功能失效系数,Q为垂向水流量,T为垂向渗流时间;VH越大,失效系数越大;
2)沥青路面结构层的均匀性:
第二渗流通道的封闭高度从第一高度达到总高度的过程中,整个试验的渗流通道将从开始的第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道到仅剩余第四渗流通道;
第一高度为刚好封闭第一渗流通道的高度,总高度为刚好封闭第一渗流通道、第二渗流通道、第三渗流通道的高度;
第二渗流通道的封闭高度等差递增,即每次封闭的高度是第一次封闭高度的整倍数;
当第一渗流通道刚好被封闭时,第二渗流通道的封闭高度为第一高度时,此时测试得到的渗流时间为第一时间,渗流速度为第一渗流速度;
当第二渗流通道的封闭高度为第二高度时,此时测试得到的渗流时间为第二时间,渗流速度为第二渗流速度;
当第二渗流通道的封闭高度为第三高度时,此时测试得到的渗流时间为第三时间,渗流速度为第三渗流速度;
若第二渗流通道三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况相同时,有渗流速度的理论推导过程如下:
V1(2)表示封闭高度为第一高度时第二渗流通道的渗流速度;
V2(2)表示封闭高度为第二高度时第二渗流通道的渗流速度;
V3(2)表示封闭高度为第三高度时第二渗流通道的渗流速度;
V(3)表示第三渗流通道的渗流速度;
V(4)表示第四渗流通道的渗流速度;
V1表示当第二渗流通道的封闭高度为第一高度时,第一渗流通道被封闭时,整个试验的渗流速度。
V2表示当第二渗流通道的封闭高度为第二高度时,整个试验的渗流速度。
V3表示当第二渗流通道的封闭高度为第三高度时,整个试验的渗流速度;
可得:
V1=V1(2)+V(3)+V(4);
V2=V2(2)+V(3)+V(4);
V3=V3(2)+V(3)+V(4);
另:
V1=V1(2)+V(3)+V(4);
V2=V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H)+V(3)+V(4);
V3=V1(2)×(π×d×(H-2×h1))/(π×d×H)+V(3)+V(4);
其中,H为沥青路面功能层总厚度,d为试验区域的直径,h1为第一高度;
则有
V1-V2=V1(2)-V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H);
V2-V3=V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H)-V1(2)×(π×d×(H-2×h1))/(π×d×H);
则有
(V2-V3)/(V1-V2)=π×d×h1/(1-π×d×(H-h1));
且,第二渗流通道三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况代表沥青路面均匀性,即,第二渗流通道封闭高度不同时,第二渗流通道的渗流速度之差的比值代表沥青路面均匀性,则
(Vi+1-Vi+2)/(Vi-Vi+1)=C,Vi表示不同封闭高度时第二渗流通道的渗流速度;C为常数时,代表沥青路面均匀性较好;C不是常数时,代表沥青路面均匀性较差;
因此,可利用第二渗流通道封闭高度不同时,试验测得的渗水速度差表征第二渗流通道封闭高度范围内的沥青混合料的均匀性。不同高度范围内均匀性结果可用于分析沥青路面结构层全深度范围内的竖向离析状况;
定义第二渗流通道某一封闭高度范围内沥青混合料的均匀性指标为Ui=Vi+1-Vi=Q×[1/(ti+1)-1/(ti)];
ti为第二渗流通道不同封闭高度的渗流时间;
3)沥青路面表面构造深度:
当第二渗流通道被封闭的高度为第一高度时,第一渗流通道刚好被切断,而第一渗流通道形成的原因主要是沥青路面表面构造深度形成的连通通路,因此,可以通过第一渗流通道被切断前后,整个试验的渗水速度来对沥青路面表面构造深度进行评价;
直接向沥青路面表面注入压力水时,水流在沥青路面结构中的渗流速度为:
V0=Q/t0;
t0为全渗流时间;
而切断第一渗流通道渗流通路后,试验渗水速度变为:
V1=Q/t1;
t1为第一时间;
因此,可以得到表征沥青路面表面构造深度的结果:
TD=V0-V1;
其中,TD为沥青路面表面构造深度系数;
4)沥青路面结构渗水系数:
沥青路面渗水系数:
V=(V0+∑Vi+VH)/(n+2)
其中,V为沥青路面渗水系数,Vi为不同渗流路径状况下试验测试的渗水速度,n为第二渗流通道封闭的次数,n=H/h1。
可选的,第二压力包括恒定数值压力和半正弦波形特征压力。
可选的,所述封闭渗流通道的措施包括钻一定深度孔洞后采用密封材料填充钻孔圆环缝隙的方法。
本发明还提供一种基于上述沥青路面综合评价方法的装置,包括平台和导向桶;所述导向桶设置于所述平台上,所述导向桶上设置有进气口和出气口,所述进气口和所述出气口分别连通一气泵;所述导向桶底部设置有出水口,所述导向桶顶部设置有进水口。
可选的,所述进水口上设置有一储水容器。
可选的,所述进水口与所述储水容器之间设置有一进水阀。
可选的,所述出水口处设置有一出水阀。
可选的,所述出水口设置有一挡水板,所述出水阀设置于所述挡水板上。
可选的,还包括控制系统,所述控制系统用于控制进气口的进气、出气口的出气、导向桶内的压力、进水口的进水和出水口的出水。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
(一)针对传统渗水试验,本发明中的技术方案产生如下技术效果:
(1)解决了传统试验水头压力较小且不断变小的问题,实现了渗水试验水头压力的智能控制,真实反映水流在沥青路面中渗透的情况,特别是能够反映交通荷载作用下水流在沥青路面结构内部孔隙中渗流的状况。
(2)解决了传统渗水试验底座封水困难的问题,在本发明方法中取消对底座的封水,并将底座与路面表面之间连通孔隙中渗流出的水流作为是沥青路面表面构造深度的表征指标,完美的避开了传统试验渗水仪底座封水问题和封水材料污染路面的问题。
(3)解决了传统渗水试验透水面不固定的问题。本发明渗水试验方法,取消了传统渗水试验中的底座封水步骤,无需在底座安装之前对底座圆环区域涂抹密封材料,因此也避免了因涂抹密封材料造成的圆环中心面积(透水面面积)大小不一和密封材料污染透水面的情况发生。
(4)解决了传统试验操作步骤繁多,试验效率低下的问题。
(5)解决了传统渗水试验数据计数复杂的问题。
(6)解决了密封材料使用量大,对路面污染严重的问题。
(二)针对传统表面构造深度试验,本发明中的技术方案产生如下技术效果:
(1)解决了传统试验方法中试验用标准砂要求高的问题。采用渗水水流速度表征路面表面构造深度的方法,以水代替标准砂作为检测介质,解决了试验用材料标准高的问题。
(2)解决了传统试验中砂颗粒容易堆砌起拱的问题。以水作为介质,并进行设置了不同渗流通道的渗流试验,可以计算得到仅从渗水仪底座与沥青路面表面之间的连通孔隙中渗流的水流速度。水自流性非常高,因此可以避免不能反映路面构造的全部深度的问题。
(3)标准砂摊铺形状面积计算过于粗略。本专利技术方案中,以水作为介质,并进行设置了不同渗流通道的渗流试验,可以计算得到仅从渗水仪底座与沥青路面表面之间的连通孔隙中渗流的水流速度。试验结果的定量性较强,且计算过程明确,避免了传统试验中采用手工测量不规则圆形计算面积不准确的客观技术弊端。
(4)避免了标准砂回收成本高的问题。
(5)避免了标准砂摊铺后对路面的污染。
(三)针对传统路面结构均匀性评价试验,本发明中的技术方案产生如下技术效果:
(1)解决了取样均匀性差的问题。试验方法仅对施工后沥青路面进行检测,本发明中的技术方案无需对碾压前混合料进行取样燃烧筛分,避免了取样均匀性对结果的影响。
(2)解决了传统试验破坏性强的问题。本发明中的试验方法,采用钻机进行钻孔,钻进深度逐次增加,以实现不同渗流通道的封闭,相比传统均匀性评价方法中需钻完芯样后,还需对芯样进行横向剖切以获得不同深度位置圆形截面的方式,本发明中的技术方案破坏性较小。
(3)解决了传统试验主观结果与混合料体积指标无关联性的问题。传统评价方法采用肉眼观察或后期复杂的图像分析方法进行均匀性评价,结果报告时间较长,且肉眼观察或图像学方法评价的结果,始终是反映的芯样的表面状况,而不是芯样的内在状况,或者说不是反映的芯样真实的体积指标,本发明中的技术方案得到的结果是基于水流在沥青混合料中渗流的结果,直接反映了沥青混合料中的孔隙分布状况、压实度等体积指标,结果较为客观、科学。
本发明中的技术方案基于水流在沥青路面结构内的渗流速度同时表征沥青路面的均匀性、渗水性、表面构造深度等指标,实现了对上述指标的同步检测,同步同位置的检测,沥青路面的均匀性、渗水性、表面构造深度等指标的对应性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明沥青路面综合评价方法中沥青路面的渗水结构示意图;
图2为本发明沥青路面综合评价方法中封闭第一渗流通道及第二渗流通道的上部分第一高度的渗流通道的结构示意图;
图3为本发明沥青路面综合评价方法中封闭第一渗流通道及第二渗流通道的上部分第二高度的渗流通道的结构示意图;
图4为本发明沥青路面综合评价方法中封闭第一渗流通道及第二渗流通道的部分高度的渗流通道的结构示意图;
图5为本发明沥青路面综合评价方法中封闭第一渗流通道、第二渗流通道和第三渗流通道的结构示意图;
图6为本发明沥青路面综合评价方法中第二渗流通道被封闭高度和渗水速度的结构示意图;
图7为本发明沥青路面综合评价装置的结构示意图;
图8为本发明沥青路面综合评价装置清理检测位置污染物的结构示意图;
图9为本发明沥青路面综合评价装置对沥青路面进行注水的结构示意图;
图10为本发明沥青路面综合评价装置对沥青路面进行吸水的结构示意图;
图11为本发明沥青路面综合评价装置在封闭第一渗流通道和第二渗流通道上部分后对沥青路面进行注水的结构示意图。
附图标记说明:1、控制系统;2、进水管道;3、进水阀;4、储水容器;5、进气口;6、出气口;7、导向桶;8、导向桶空腔;9、配重块;10、导向桶底座;11、沥青路面表面;12、沥青路面结构层底部功能层;13、下部结构层;14、透水面;15、平台;16、轮胎;17、挡水板;18、挡水板水流管道;19、出水阀;20、横向透水区域;21、竖向透水区域;22、密封防水圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例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。
实施例一:
如图1所示,本实施例提供一种沥青路面综合评价方法及装置,包括以下步骤:
第一步,选取沥青路面上的一个区域进行试验,向试验区域的沥青路面表面11注入带有第二压力P2的垂向水流,垂向水流量为固定值Q,压力水流会沿着第一渗流通道L1、第二渗流通道L2、第三渗流通道L3和第四渗流通道L4渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为全渗流时间t0;
其中,第一渗流通道L1为沥青路面表面11构造通道;第二渗流通道L2为沥青路面结构横向渗流通道;第三渗流通道L3为沥青路面结构层间粘结失效脱层时的层间渗流通道;第四渗流通道L4为沥青路面结构层下方的粘结层或封层破损时封水失效情况下的粘结层或封层渗流通道;
第二步,将第一步中注入沥青路面结构中的水排出;
第三步,封闭第一渗流通道L1及第二渗流通道L2的上部分第一高度h1的渗流通道,剩余部分第二渗流通道L2、第三渗流通道L3、第四渗流通道L4渗流,向沥青路面表面11注入带有第二压力P2的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,压力水流沿着第二渗流通道L2、第三渗流通道L3、第四渗流通道L4渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为第一时间t1;
第四步,将第三步中注入沥青路面结构中的水排出;
第五步,封闭第一渗流通道L1及第二渗流通道L2的上部分某一特定高度hi的渗流通道,所述某一特定高度hi为第三步中所述第一高度h1的整倍数,剩余部分第二渗流通道L2以及第三渗流通道L3和第四渗流通道L4渗流,向沥青路面表面11注入带有第二压力P2的垂向水流,垂向水流量Q与第一步中相同,压力水流沿着第二渗流通道L2、第三渗流通道L3、第四渗流通道L4渗流,记录垂向水流渗流完的时间ti;
第六步,重复多次第四步与第五步,得到多个垂向水流Q渗流完的时间与多个特定高度;
第七步,封闭第一渗流通道L1、第二渗流通道L2、第三渗流通道L3,向沥青路面表面11注入带有第二压力P2的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,剩余第四渗流通道L4渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为垂向渗流时间T;
第八步,上述步骤后,可得到不同渗流通道状况下,沥青路面结构的渗水速度:
V=Q/t,
其中,Q为垂向水流量,t为不同渗流通道状况下垂直水量的渗流时间;将不同时间渗水速度绘制于图表中,图表如图6所示;
第九步,根据渗流通道与渗流速度数据,确定沥青路面结构渗水系数、沥青路面表面11构造深度、沥青路面结构层底部功能层12防水功能失效系数及沥青路面结构层的均匀性。
在第九步中,
1)功能层防水功能失效系数:
当渗流通道仅剩余第四渗流通道L4时,路面渗水仅为从功能层中失效的位置向下部结构渗流,此时的渗水速度结果:
VH=Q/T,
其中,VH表征沥青路面功能层防水功能失效系数,Q为垂向水流量,T为垂向渗流时间;VH越大,失效系数越大;
2)沥青路面结构层的均匀性:
第二渗流通道L2的封闭高度从第一高度h1达到总高度的过程中,整个试验的渗流通道将从开始的第二渗流通道L2、第三渗流通道L3、第四渗流通道L4到仅剩余第四渗流通道L4;
第一高度h1为刚好封闭第一渗流通道L1的高度,总高度H为刚好封闭第一渗流通道L1、第二渗流通道L2、第三渗流通道L3的高度;
本实施例中,第二渗流通道L2的封闭高度等差递增,即每次封闭的高度是第一次封闭高度的整倍数;第二渗流通道L2的每次封闭高度也可以根据实际情况自由选择;
当第一渗流通道L1刚好被封闭时,第二渗流通道L2的封闭高度为第一高度h1时,此时测试得到的渗流时间为第一时间t1,渗流速度为第一渗流速度V1;
当第二渗流通道L2的封闭高度为第二高度h2时,此时测试得到的渗流时间为第二时间,渗流速度为第二渗流速度V2;
第二渗流速度V2比第一渗流速度V1小,因为第二渗流速度V2对应的渗流通道更小,同样的垂向水量在路面结构中的渗流时间更长,(V1-V2)表征第二渗流通道L2封闭高度从h1增加至h2后的渗水速度变化;
当第二渗流通道L2的封闭高度为第三高度h3时,此时测试得到的渗流时间为第三时间t3,渗流速度为第三渗流速度V3;
V3比V2小,因为V3对应的渗流通道更小,同样的垂向水量在路面结构中的渗流时间更长,(V2-V3)表征第二渗流通道L2封闭高度从第二高度增加至第三高度后的渗水速度变化;
若第二渗流通道L2三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况相同时,有渗流速度的理论推导过程如下:
V1(2)表示封闭高度为第一高度h1时第二渗流通道L2的渗流速度;
V2(2)表示封闭高度为第二高度时第二渗流通道L2的渗流速度;
V3(2)表示封闭高度为第三高度时第二渗流通道L2的渗流速度;
V(3)表示第三渗流通道L3的渗流速度;
V(4)表示第四渗流通道L4的渗流速度;
V1表示当第二渗流通道L2的封闭高度为第一高度h1时,第一渗流通道L1被封闭时,整个试验的渗流速度。
V2表示当第二渗流通道L2的封闭高度为第二高度时,整个试验的渗流速度。
V3表示当第二渗流通道L2的封闭高度为第三高度时,整个试验的渗流速度;
可得:
V1=V1(2)+V(3)+V(4);
V2=V2(2)+V(3)+V(4);
V3=V3(2)+V(3)+V(4);
水流在压力作用下向路面结构内部渗流的过程中,第二渗流通道L2封闭高度对第三渗流通道L3、第四渗流通道L4的影响非常小,几乎可忽略,水流压力相同时,V(3)、V(4)为固定值;第二渗流通道L2渗流速度受第二渗流通道L2渗水面积的影响;
V1=V1(2)+V(3)+V(4);
V2=V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H)+V(3)+V(4);
V3=V1(2)×(π×d×(H-2×h1))/(π×d×H)+V(3)+V(4);
其中,H为沥青路面功能层总厚度,d为试验区域的直径,h1为第一高度;
则有
V1-V2=V1(2)-V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H);
V2-V3=V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H)-V1(2)×(π×d×(H-2×h1))/(π×d×H);
则有
(V2-V3)/(V1-V2)=π×d×h1/(1-π×d×(H-h1));
若第二渗流通道L2三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况相近,沥青路面均匀性较好时,第二渗流通道L2封闭高度hi不同时,速度变化的比值为定值。
即(Vi+1-Vi+2)/(Vi-Vi+1)=C,C为常数,Vi表示不同封闭高度时第二渗流通道L2的渗流速度;
随着第二渗流通道L2封闭高度增加,试验渗水速度的增加;
若第二渗流通道L2三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况存在差异时,第二渗流通道L2封闭高度不同时,速度变化的比值则是不固定;
因此,可利用第二渗流通道L2封闭高度不同时,试验测得的渗水速度差表征第二渗流通道L2封闭高度范围内的沥青混合料的均匀性。不同高度范围内均匀性结果可用于分析沥青路面结构层全深度范围内的竖向离析状况;
定义第二渗流通道L2某一封闭高度范围内沥青混合料的均匀性指标为Ui=Vi+1-Vi=Q×[1/(ti+1)-1/(ti)];
ti为第二渗流通道L2不同封闭高度的渗流时间;
3)沥青路面表面11构造深度:
当第二渗流通道L2被封闭的高度为第一高度h1时,第一渗流通道L1刚好被切断,而第一渗流通道L1形成的原因主要是沥青路面表面11构造深度形成的连通通路,因此,可以通过第一渗流通道L1被切断前后,整个试验的渗水速度来对沥青路面表面11构造深度进行评价;
直接向沥青路面表面11注入压力水时,水流在沥青路面结构中的渗流速度为:
V0=Q/t0;
t0为全渗流时间;
而切断第一渗流通道L1渗流通路后,试验渗水速度变为:
V1=Q/t1;
t1为第一时间t1;
因此,可以得到表征沥青路面表面11构造深度的结果:
TD=V0-V1;
其中,TD为沥青路面表面11构造深度系数;
4)沥青路面结构渗水系数:
鉴于以往渗水系数试验中,水头压力不够导致出现水流无法渗入沥青路面结构全深度范围,水流从底座与沥青路面表面11之间连通通路渗出等情况的发生,导致渗水试验结果不能真实反映沥青路面混合料的渗水性能,甚至结果无效。本专利采用大压力水流进行试验,充分考虑水流在沥青路面中的各种渗流路径,将水流在沥青路面表面11流淌、在沥青路面结构中渗流、在车辆轮胎16压力下的渗流、在路面结构底部横向渗流和向结构层底部功能下渗流等多方面的渗流效应进行综合考虑,依此计算沥青路面的渗水系数。
沥青路面渗水系数:
V=(V0+∑Vi+VH)/(n+2)
其中,V为沥青路面渗水系数,Vi为不同渗流路径状况下试验测试的渗水速度,n为第二渗流通道L2封闭的次数,n=H/h1;
第二压力P2包括恒定数值压力和半正弦波形特征压力。
所述封闭渗流通道的措施包括采用钻芯机钻一定深度孔洞后采用密封材料填充钻孔圆环缝隙的方法。
实施例二:
本实施例提供一种实施例一中所述的沥青路面综合评价方法的装置,包括平台15和导向桶7;所述导向桶7设置于所述平台15上,所述导向桶7上设置有进气口5和出气口6,所述进气口5和所述出气口6分别连通一气泵,本实施例中的气泵选用电动泵;所述导向桶7底部设置有出水口,所述导向桶7顶部设置有进水口。
于本具体实施例中,如图2-4所示,所述进水口上设置有一储水容器4。
所述进水口与所述储水容器4之间设置有一进水阀3。
所述出水口处设置有一出水阀19。
所述出水口设置有一挡水板17,所述出水阀19设置于所述挡水板17上。
还包括控制系统1,所述控制系统1用于控制进气口5的进气、出气口6的出气、导向桶7内的压力、进水口的进水和出水口的出水。
所述平台15底部设置有轮胎16。
还包括配重块9,所述配重块9放置于所述平台15上。
挡水板17底部与垂向水流导向桶底座10底面的高度差不大于0.5mm。
使用过程如下:
第一步,对路面表面需要检测的位置的污染物等进行初步清扫。
第二步,将本实施例中的装置安装于路面表面需要检测的位置,固定轮胎16,调试装置垂向水流导向桶底座10,确保垂向水流导向桶7平稳,在轮胎16处用易清洗材料做好位置标记。
第三步,将挡水板水流管道18中的管道阀门拧至打开状态,控制与出气口6连通的电动泵对路面表面施加向上的压力P1,清除路面结构内部残存水分和路表构造中细小灰尘。
第四步,将出水阀19拧至关闭状态,打开储水容器4的进水阀3,向垂向水流导向桶7中装水,注水水量为Q,注水后关闭储水容器4的进水阀3。
第五步,对智能编程控制系统1进行设置,控制与进气口5相连通的电动泵启动,向外输出压力,控制垂向水流导向桶7中水面上的压力为所需压力,可为恒定压力、波形压力等,设置某一种形式的压力后,智能编程控制系统1会控制垂向水流导向桶7中水面上的压力一直保持为该种形式。
第六步,将出水阀19拧至打开状态,让垂向水流导向桶7中的水在压力作用下快速流进挡水板17与路面之间的微小空间,在沥青路面上形成一个均压的透水面14,记录垂向水流导向桶7中水渗流完的时间t0。
第七步,将装置移动位置,根据第二步中确定的轮胎16位置标记,确定透水面14位置,并在透水面14位置采用钻芯机钻0.5cm深度的环槽,垂向水流导向桶底座10内径与钻芯机芯样桶内径尺寸一致。
第八步,将装置移位至安装位置固定后,控制与出气口6相连通的电动泵,对透水面14施加向上的压力P1,将路面结构中残存的水分排除。
第九步,将装置移动位置,在第七步环槽中填入密封材料,密封材料可以选用硅胶、玻璃胶、凡士林、橡皮泥,也可以选用肥皂、黄油、矿粉与黄油混合料物等材料。
由于密封材料仅填充于检测位置的环槽内,因此,每次检测只需要使用少量的密封材料,因而对路面污染很少。
第十步,将装置移位至安装位置固定后,将出水阀19拧至关闭状态,打开储水容器4的进水阀3门,向垂向水流导向桶7中装水,注水水量为Q,注水后关闭储水容器4的进水阀3门。
第十一步,对智能编程控制系统1进行设置,控制与进气口5相连通的电动泵启动,向外输出压力,控制垂向水流导向桶7中水面上的压力为所需,可为恒定压力、波形压力等,设置某一种形式的压力后,智能编程控制系统1会控制垂向水流导向桶7中水面上的压力一直保持为该种形式。
第十二步,将出水阀19拧至打开状态,让垂向水流导向桶7中的水在压力作用下快速流进挡水板17与路面之间的微小空间,在沥青路面上形成一个均压的透水面14,记录垂向水流导向桶7中水渗流完的时间t1。
第十三步,将装置移动位置,根据第二步中确定的轮胎16位置标记,确定透水面14位置,并在透水面14位置采用钻芯机钻1cm深度的环槽(在0.5cm环槽深度基础上,再钻0.5cm深度)。
第十四步,将装置移位至安装位置固定后,控制与出气口6相连通的电动泵,对透水面14施加向上的压力P1,将路面结构中残存的水分排除。
第十五步,将装置移动位置,在第十三步环槽中填入密封材料。
第十六步,将装置移位至安装位置固定后,将出水阀19拧至关闭状态,打开储水容器4的进水阀3,向垂向水流导向桶7中装水,注水水量为Q,注水后关闭储水容器4的进水阀3。
第十七步,对智能编程控制系统1进行设置,控制与进气口5相连通的电动泵启动,向外输出压力,控制垂向水流导向桶7中水面上的压力为所需,可为恒定压力、波形压力等,设置某一种形式的压力后,智能编程控制系统1会控制垂向水流导向桶7中水面上的压力一直保持为该种形式。
第十八步,将出水阀19拧至打开状态,让垂向水流导向桶7中的水在压力作用下快速流进挡水板17与路面之间的微小空间,在沥青路面上形成一个均压的透水面14,记录垂向水流导向桶7中水渗流完的时间t2。
第十九步,将装置移动位置,根据第二步中确定的轮胎16位置标记,确定透水面14位置,并在透水面14位置采用钻芯机钻1.5cm深度的环槽(在上一次环槽深度基础上,每次按0.5cm深度增加环槽深度)。
第二十步,将装置移位至安装位置固定后,控制与出气口6相连通的电动泵,对透水面14施加向上的压力P1,将路面结构中残存的水分排除。
第二十一步,将装置移动位置,在第十九步环槽中填入密封材料。
第二十二步,将装置移位至安装位置固定后,将出水阀19拧至关闭状态,打开储水容器4的进水阀3,向垂向水流导向桶7中装水,注水水量为Q,注水后关闭储水容器4的进水阀3。
第二十三步,对智能编程控制系统1进行设置,控制与进气口5相连通的电动泵启动,向外输出压力,控制垂向水流导向桶7中水面上的压力为所需,可为恒定压力、波形压力等,设置某一种形式的压力后,智能编程控制系统1会控制垂向水流导向桶7中水面上的压力一直保持为该种形式。
第二十四步,将出水阀19拧至打开状态,让垂向水流导向桶7中的水在压力作用下快速流进挡水板17与路面之间的微小空间,在沥青路面上形成一个均压的透水面14,记录垂向水流导向桶7中水渗流完的时间ti。
当环槽深度刚好超过结构层厚度时,记录的垂向水流导向桶7中水渗流完的时间为T。
然后根据实施例一中的方法进行计算得到沥青路面的各种数据。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种沥青路面综合评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,选取沥青路面上的一个区域进行试验,向试验区域的沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量为固定值,压力水流会沿着第一渗流通道、第二渗流通道、第三渗流通道和第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为全渗流时间;
其中,第一渗流通道为沥青路面表面构造通道;第二渗流通道为沥青路面结构横向渗流通道;第三渗流通道为沥青路面结构层间粘结失效脱层时的层间渗流通道;第四渗流通道为沥青路面结构层下方的粘结层或封层破损时封水失效情况下的粘结层或封层渗流通道;
第二步,将第一步中注入沥青路面结构中的水排出;
第三步,封闭第一渗流通道及第二渗流通道的上部分第一高度的渗流通道,剩余部分第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,向沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,压力水流沿着第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为第一时间;
第四步,将第三步中注入沥青路面结构中的水排出;
第五步,封闭第一渗流通道及第二渗流通道的上部分某一特定高度的渗流通道,所述某一特定高度为第三步中所述第一高度的整倍数,剩余部分第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,向沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,压力水流沿着第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间;
第六步,重复多次第四步与第五步,得到多个垂向水流渗流完的时间与多个特定高度;
第七步,封闭第一渗流通道、第二渗流通道、第三渗流通道,向沥青路面表面注入带有第二压力的垂向水流,垂向水流量与第一步中相同,剩余第四渗流通道渗流,记录垂向水流渗流完的时间,此为垂向渗流时间;
第八步,上述步骤后,可得到不同渗流通道状况下,沥青路面结构的渗水速度:
V=Q/t,
其中,Q为垂向水流量,t为不同渗流通道状况下垂直水量的渗流时间;将不同时间渗水速度绘制于图表中;
第九步,根据渗流通道与渗流速度数据,确定沥青路面结构渗水系数、沥青路面表面构造深度、沥青路面结构层底部功能层防水功能失效系数及沥青路面结构层的均匀性。
2.根据权利要求1所述的沥青路面综合评价方法,其特征在于,在第九步中,
1)功能层防水功能失效系数:
当渗流通道仅剩余第四渗流通道时,路面渗水仅为从功能层中失效的位置向下部结构渗流,此时的渗水速度结果:
VH=Q/T,
其中,VH表征沥青路面功能层防水功能失效系数,Q为垂向水流量,T为垂向渗流时间;VH越大,失效系数越大;
2)沥青路面结构层的均匀性:
第二渗流通道的封闭高度从第一高度达到总高度的过程中,整个试验的渗流通道将从开始的第二渗流通道、第三渗流通道、第四渗流通道到仅剩余第四渗流通道;
第一高度为刚好封闭第一渗流通道的高度,总高度为刚好封闭第一渗流通道、第二渗流通道、第三渗流通道的高度;
当第一渗流通道刚好被封闭时,第二渗流通道的封闭高度为第一高度时,此时测试得到的渗流时间为第一时间,渗流速度为第一渗流速度;
当第二渗流通道的封闭高度为第二高度时,此时测试得到的渗流时间为第二时间,渗流速度为第二渗流速度;
当第二渗流通道的封闭高度为第三高度时,此时测试得到的渗流时间为第三时间,渗流速度为第三渗流速度;
若第二渗流通道三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况相同时,有渗流速度的理论推导过程如下:
V1(2)表示封闭高度为第一高度时第二渗流通道的渗流速度;
V2(2)表示封闭高度为第二高度时第二渗流通道的渗流速度;
V3(2)表示封闭高度为第三高度时第二渗流通道的渗流速度;
V(3)表示第三渗流通道的渗流速度;
V(4)表示第四渗流通道的渗流速度;
V1表示当第二渗流通道的封闭高度为第一高度时,第一渗流通道被封闭时,整个试验的渗流速度。
V2表示当第二渗流通道的封闭高度为第二高度时,整个试验的渗流速度。
V3表示当第二渗流通道的封闭高度为第三高度时,整个试验的渗流速度;
可得:
V1=V1(2)+V(3)+V(4);
V2=V2(2)+V(3)+V(4);
V3=V3(2)+V(3)+V(4);
另:
V1=V1(2)+V(3)+V(4);
V2=V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H)+V(3)+V(4);
V3=V1(2)×(π×d×(H-2×h1))/(π×d×H)+V(3)+V(4);
其中,H为沥青路面功能层总厚度,d为试验区域的直径,h1为第一高度;
则有
V1-V2=V1(2)-V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H);
V2-V3=V1(2)×(π×d×(H-h1))/(π×d×H)-V1(2)×(π×d×(H-2×h1))/(π×d×H);
则有
(V2-V3)/(V1-V2)=π×d×h1/(1-π×d×(H-h1));
且,第二渗流通道三段封闭高度范围内的沥青混合料渗水状况代表沥青路面均匀性,即,第二渗流通道封闭高度不同时,第二渗流通道的渗流速度之差的比值代表沥青路面均匀性,则
(Vi+1-Vi+2)/(Vi-Vi+1)=C,Vi表示不同封闭高度时第二渗流通道的渗流速度;C为常数时,代表沥青路面均匀性较好;C不是常数时,代表沥青路面均匀性较差;
因此,可利用第二渗流通道封闭高度不同时,试验测得的渗水速度差表征第二渗流通道封闭高度范围内的沥青混合料的均匀性。不同高度范围内均匀性结果可用于分析沥青路面结构层全深度范围内的竖向离析状况;
定义第二渗流通道某一封闭高度范围内沥青混合料的均匀性指标
Ui=Vi+1-Vi=Q×[1/(ti+1)-1/(ti)];
ti为第二渗流通道不同封闭高度的渗流时间;
3)沥青路面表面构造深度:
当第二渗流通道被封闭的高度为第一高度时,第一渗流通道刚好被切断,而第一渗流通道形成的原因主要是沥青路面表面构造深度形成的连通通路,因此,可以通过第一渗流通道被切断前后,整个试验的渗水速度来对沥青路面表面构造深度进行评价;
直接向沥青路面表面注入压力水时,水流在沥青路面结构中的渗流速度为:
V0=Q/t0;
t0为全渗流时间;
而切断第一渗流通道渗流通路后,试验渗水速度变为:
V1=Q/t1;
t1为第一时间;
因此,可以得到表征沥青路面表面构造深度的结果:
TD=V0-V1;
其中,TD为沥青路面表面构造深度系数;
4)沥青路面结构渗水系数:
沥青路面渗水系数:
V=(V0+∑Vi+VH)/(n+2)
其中,V为沥青路面渗水系数,Vi为不同渗流路径状况下试验测试的渗水速度,n为第二渗流通道封闭的次数,n=H/h1。
3.根据权利要求1或2所述的沥青路面综合评价方法,其特征在于,第二压力包括恒定数值压力和半正弦波形特征压力。
4.根据权利要求1所述的沥青路面综合评价方法,其特征在于,所述封闭渗流通道的措施包括钻一定深度孔洞后采用密封材料填充钻孔圆环缝隙的方法。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的沥青路面综合评价方法的装置,其特征在于,包括平台和导向桶;所述导向桶设置于所述平台上,所述导向桶上设置有进气口和出气口,所述进气口和所述出气口分别连通一气泵;所述导向桶底部设置有出水口,所述导向桶顶部设置有进水口。
6.根据权利要求5所述的沥青路面综合评价方法的装置,其特征在于,所述进水口上设置有一储水容器。
7.根据权利要求6所述的沥青路面综合评价方法的装置,其特征在于,所述进水口与所述储水容器之间设置有一进水阀。
8.根据权利要求5所述的沥青路面综合评价方法的装置,其特征在于,所述出水口处设置有一出水阀。
9.根据权利要求8所述的沥青路面综合评价方法的装置,其特征在于,所述出水口设置有一挡水板,所述出水阀设置于所述挡水板上。
10.根据权利要求5所述的沥青路面综合评价方法的装置,其特征在于,还包括控制系统,所述控制系统用于控制进气口的进气、出气口的出气、导向桶内的压力、进水口的进水和出水口的出水。
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