CN110763607A - 一种沥青混合料渗水性能测定仪及渗水系数计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沥青混合料渗水性能测定仪及渗水系数计算方法，其特征在于包括雨淋系统、渗水系统和排水计量系统，所述雨淋系统和排水计量系统安装在底板上。与现有技术相比，本发明兼顾了路面合成坡度、密级配沥青混合料、开级配排水性沥青混合料、开级配排水性沥青路面的不同铺装型式等因素对路面渗水性能的影响，并且整个测试贯穿了试件从可持水空隙不饱和到饱和状态的完整过程，能够更全面、更真实地反映出排水性沥青路面的各项渗水性能，并可得出持水饱和空隙体积，以便对是否出现路表径流进行比较直观的判定，解决了现有试验手段无法准确测定密级配和开级配渗水性能的技术难题。
Description
技术领域
本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种沥青混合料渗水性能测定仪及渗水系数计算方法。
背景技术
排水型沥青路面是一种骨架嵌挤多孔结构的沥青路面，能将降水通过结构内部的连通空隙排出路面，从而使路面无积水，提高轮胎与路面附着力，防止水漂、减少溅水和喷雾，因此排水功能是否优良是评价排水性沥青混合料功能性好坏的重要标准之一。已有研究表明，达西定律可用于沥青混合料的渗水性能研究，当某种材料符合达西定律时，有常水头和变水头两种试验方法来测定渗水系数。前者一般适用于强透水性材料，后者则反之。由此可见，采用常水头的试验方法更符合高空隙率排水性沥青混合料的实际情况。
现阶段针对沥青混合料的渗水性能的测定方法，主要依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0730-2011中规定的使用路面渗水仪，通过计算水面从100ml下降至500mL与所需时间的比值来定义渗水系数。该方法的实质是一种变水头的渗水性能测试方法，对于一般的密级配沥青混合料是适用的，但对于空隙率高达20％的开级配排水性沥青混合料而言，该方法并不适用。
针对以上问题，中国发明专利CN 104677800 A提供了“一种模拟降水型式的大孔隙路面排水能力试验设备及方法”，该试验设备能对排水性沥青路面的渗水性能进行测试，但仅局限于对竖向和侧向渗水性能进行分开测定，并未涉及竖向和侧向四周同时排水时的试验方法，也没有兼顾横坡和纵坡二者合成坡度对路面渗水系数的影响的试验检测手段。
此外，水对路面沥青混合料渗水系数的影响主要体现在水的含气量和水温，含气量过大易形成气泡堵塞孔隙导致渗水系数降低，因而测试过程中，需要对渗水仪底部的气泡全部排出，但现有渗水仪排气环节仅靠肉眼观察，带有强烈的主观性，对测试结果影响较大。另外，渗水过程中，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，水在沥青混合料中会有储留，现有设备和方法也未考虑水分储留对路面渗水系数和是否出现路表径流的影响。
因此，发展一种针对不同路面纵横合成坡度、路面竖向和侧向同时排水、不同水头高度、不同降雨量/水温/压强/流速/流量下，均能对密级配和开级配沥青混合料渗水性能进行测定的设备和相应的计算方法，以便能更加真实、准确地对沥青混合料的设计配合比进行检验显得至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术所述现有技术存在的不足，提供一种适用于密级配和开级配排水性沥青混合料渗水性能、能兼顾竖向和四周侧向同时排水、横坡和纵坡二者合成坡度路面渗水性能测试的测定仪及渗水参数计算方法。
为解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于包括：雨淋系统、渗水系统和排水计量系统，所述雨淋系统和排水计量系统安装在测定仪底板上；
所述雨淋系统包括分隔水箱，分隔水箱的正面板上设有出水流量数显控制器、流速数显控制器、时间数显控制器、水压数显控制器、水温数显控制器、溢流水量数显控制器、板式水量计量装置数显控制器和渗水性能参数曲线数显控制器；分隔水箱的顶板上设有总开关、复位按钮、分析按钮、溢流水接水装置和出水管，出水管的另一端安装有出水板；通过上述数显控制器和按钮，可使测试过程中相应的参数和渗水性能参数曲线显示和调控更方便快捷，能实现精准控制，保证测试分析过程更为智能；
所述渗水系统四个侧面均带有刻度，包括常水位腔室、溢流管、水压力腔室和隔板组件，常水位腔室和水压力腔室的横截面为30cm×30cm的正方形，与车辙试件的截面完全一致；所述常水位腔室左侧壁上设有水位调节溢流结构，溢流管的右上端硅胶材质连接部分和左下端不锈钢材质溢水部分分别安装在水位调节溢流结构上和设置在溢流水接水装置上方；水压力腔室位于常水位腔室的下方，两者通过隔板组件密封隔开；在水压力腔室的侧壁上，设有联通水压力腔室内外的通气管，所述通气管上设有通气管阀门；所述隔板组件采用中间低两侧高的对称截面构造，其中央位置设有进水孔；渗水系统四个侧面上的刻度和常水位腔室左侧壁上的水位调节溢流结构的设置，方便读取和控制渗水系统内的液面和水量；渗水系统侧常水位腔室和水压力腔室之间的隔板组件构造，便于实验过程中空气的排除和空气排空状态的检查和监控；
所述排水计量系统包括集水排水箱，所述集水排水箱通过其下方的可调平集水排水箱支撑柱安装在底板上；在集水排水箱的上方和侧壁上，分别装有导轨支架和圆形水平器；所述导轨支架上装有试件支架，试件支架和导轨支架之间设有坡度调整螺旋；集水排水箱底部装有带出水板的可伸缩排水管，可伸缩排水管下方为集水箱，在集水箱的底部设有板式流量计量装置；排水计量系统试件支架下方设置的带刻度的坡度调节螺旋，可对坡度进行调节并计算相应的合成坡度，例如路面横坡为2％，纵坡为4％时，根据车辙试件30cm的边长可知，首先将右侧两个螺丝旋入6mm，再将前面两个螺丝旋入12mm，即可得到相应的合成坡度为
根据集水箱液面高度，可对可伸缩排水管进行上下伸缩至尽量接近集水箱液面，可伸缩排水管下面的出水板可消除水流下降的冲力对水流计量的影响；
所述渗水系统安装于雨淋系统和排水计量系统之间，渗水系统的常水位腔室顶部位于出水板下方，水压力腔室通过底部四周的止水硅胶安放于车辙试件的上表面，所述车辙试件放置于试件支架上；止水硅胶能较好地能保证渗水系统与车辙试件接触的部位不漏水；
所述出水流量数显控制器、流速数显控制器和水压数显控制器分别用于监控流经出水管水的流量、流速和水压；时间数显控制器和水温数显控制器分别用于监控试验过程中的时间和水的温度；溢流水量数显控制器和板式水量计量装置数显控制器分别用于监控流经溢流水接水装置和板式流量计量装置的水流量；所述分析按钮与渗水性能参数曲线数显控制器连通，用于控制渗水性能参数曲线数显控制器的数据分析处理和实时显示。
作为优选方案，所述分隔水箱顶板与溢流水接水装置和出水管之间分别设有第一升降旋钮和第二升降旋钮；所述溢流水接水装置和出水管上均带有刻度，溢流水接水装置的形状为漏斗形；在出水管与第二升降旋钮之间还设有出水管阀门。在这种优选的方案中，由于漏斗形的溢流接水装置和出水管均自带刻度，通过第一升降旋钮和第二升降旋钮可以很方便地进行高度调节和固定，以确保在做平行试验时，每次的溢流接水装置和出水管高度保持一致，消除高度不一致而造成的试验误差；在保证常水位腔室内液面固定的情况下，出水板距离液面的高度可根据实验情况，通过与出水管连接的第二升降旋钮，将其下降至常水位腔室内而又不与腔室接触。
作为优选方案，所述出水流量数显控制器、溢流水量数显控制器和板式水量计量装置数显控制器的显示状态均为0～∞L；所述流速数显控制器、水压数显控制器、水温数显控制器的显示范围分别为0～150mm/h、0～300kpa、1～25℃。在这种优选方案中，通过对流量、流速、时间、水压、水温、溢流水量、板式流量等相应的数显控制器进行显示范围的精准控制，从而使试验过程控制更为精准，试验数据更为准确可靠，实验过程中的读数和操作更为方便快捷，有利于提高试验测试工作效率。
作为优选方案，所述测定仪还包括有机玻璃板；所述有机玻璃板的左、右、上三个边缘为实心硅胶材质；所述水位调节溢流结构上部的溢流孔洞左、右、下三边为硅胶材质的中空通道；所述溢流管右上端的连接部位由硅胶制成；所述有机玻璃板通过中空通道安装在水位调节溢流结构的下部，并可通过中空通道上升或下降；所述连接部位的左、右、上和下四边缘分别与溢流孔洞的左、右、上三边缘和有机玻璃板的上边缘黏连。在这种优选方案中，通过有机玻璃板的上下升降控制不同的常水位，溢流管的左下端不锈钢材质溢水部分在溢流状态时尽可能地接近又不接触下方溢流水接水装置的液面，因而可以很好的消除溢流冲力对溢流水量计量的影响。
作为优选方案，所述隔板组件由隔板底板、相同的隔板左侧板和隔板右侧板一体成型；所述隔板底板的宽度小于所述水压力腔室的宽度；所述隔板左侧板和隔板右侧板通过各自的下边缘，对称地设置在所述隔板底板两侧的边缘上。在这种优选方案中，隔板的结构较为简单，有利于水压力腔室内水压力的均匀分布和完全排除空气，相对于规范中，仅靠肉眼观察量筒中水面下降速度变慢，从而判断渗水仪底部的气泡是否全部排出的做法，能够明显提高试验准确度。
作为优选方案，从所述两块隔板侧板、最上缘处、水平向外延伸出左延伸块和右延伸块，所述左延伸块和右延伸块分别位于水压力腔室的左右两侧，用于放置U字形配重块。在这种优选方案中，两侧伸出左延伸块和右延伸块用于放置U字形配重块，由于上部常水位腔室和水压力腔室中水的重量，结合水压力腔室的底部四周硅胶条的车辙试件上表面的密封作用，可保证渗水系统与车辙试件接触的底部密封不漏水。
作为优选方案，所述渗水系统还包括移动导轨和渗水系统升降板；所述渗水系统升降板固定安装于常水位腔室后壁上；在渗水系统升降板上，设有尺寸与移动导轨横截面匹配的升降孔；所述移动导轨的上端插入所述升降孔内，下端固定安装在所述导轨支架上。在这种优选方案中，渗水系统可沿移动导轨上下移动，保证了即使试件在模拟有坡度状态时，渗水系统也能够保持水平，从而确保最大限度的模拟真实雨淋状态；当测定仪用于常规密级配沥青混合料的渗水系数测定时，可将渗水系统从移动导轨上部取出，从而进行变水头的渗水试验。
作为优选方案，所述集水排水箱的底部由四块具有一定凹角度的梯形有机玻璃板构成，中间为正方形镂空排水孔。在这种优选方案中，中间为正方形镂空排水孔可在排水时避免水分滞留，加快排水。
作为优选方案，所述测定仪底板的下方还安装有四个带刹车装置的万向移动脚轮。这种优选方案，方便整个测定仪的移动和转运。
以上所述沥青混合料渗水性能测定仪的渗水系数计算方法，其特征在于按以下方法进行：
Ⅰ：当测试的试件为开级配时，水压力腔室体积已知，记为V0，则当水位调节溢流结构高度固定时，根据其侧面刻度可计算得，常水位腔室和水压力腔室的合计体积V腔＝0.3×0.3×h+V0；出水流量数显控制器对总的出水量V总进行实时记录，溢流水量数显控制器对溢流水量V溢进行实时记录，板式流量计量装置对试件渗水量V渗进行实时计量记录；同时，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，渗水系统的水流经试件后并非全部排出，而是有部分储留在试件内，该部分储留水量记为V试，则V总-V溢＝V试+V腔+V渗，从而得到试件中含水量V试＝V总-V溢-V腔-V渗；随着降水的持续，水在重力作用下不断进入试件空隙，V试从0逐渐增大，并最终趋于恒定；当该值达到恒值，也即渗水性能参数曲线数显控制器上面的曲线趋于平直线时，说明试件含水量达到其最大持水能力，即在设定水压力作用下的开级配试件的可持水空隙已被全部填充，试件达到持水饱和，试件中的持水饱和空隙体积V持＝V试，此时及此后试件的透入水量等于流出水量；与此同时，在该过程中，板式流量计量装置对试件的渗水量V渗进行计量；V渗包括了试件从持水不饱和到持水饱和状态的累计渗水量，则：某一瞬时t的渗水系数＝[(V渗2-V渗1)-V试]/(t2-t1)其中(t2-t1)为15s，即每隔15s板式流量计量装置的自动记录一次渗水量；相对于规范中每间隔60s读记仪器管刻度一次的规定，15s间隔可降低(或消除)水温等因素变化导致的渗水系数和持水饱和体积计算误差的问题；当渗水系数值趋于恒值时，即渗水性能参数曲线数显控制器上面的曲线趋于平直线时，说明试件达到持水饱和；
Ⅱ：当测试的试件为密级配时，此时应采用变水头的渗水系数测定方法；通过移动导轨移除渗水系统，出水流量数显控制器对总的出水量V总进行实时记录，板式流量计量装置对试件渗水量V渗进行实时计量记录；同时，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，渗水系统的水流经试件后并非全部排出，而是有部分储留在试件内，记为V试，则V总＝V试+V渗，从而得到试件中含水量V试＝V总-V渗；随着降水的持续，水在重力作用下不断进入试件空隙，V试从0逐渐增大，并最终趋于恒定；当该值达到恒值，也即渗水性能参数曲线数显控制器上面的曲线趋于平直线时，说明试件含水量达到其最大持水能力，即在设定水压力作用下的密级配试件的可持水空隙已被全部填充，试件达到持水饱和，试件中的持水饱和空隙体积V持＝V试，此时及此后试件的透入水量等于流出水量；与此同时，在该过程中，板式流量计量装置对试件的渗水量V渗进行计量；V渗包括了试件从持水不饱和到持水饱和状态的累计渗水量，则某一瞬时t的渗水系数＝[(V渗2-V渗1)-V试]/(t2-t1)；其中(t2-t1)为15s，即每隔15s板式流量计量装置的自动记录一次渗水量；相对于规范中每间隔60s读记仪器管刻度一次的规定，15s间隔可降低(或消除)水温等因素变化导致的渗水系数和持水饱和体积计算误差的问题；当渗水系数值趋于恒值时，即渗水性能参数曲线数显控制器上面的曲线趋于平直线时，说明试件达到持水饱和；
式中：
V0：水压力腔室体积；
V腔：常水位腔室和水压力腔室的合计体积；
V总：出水管总的出水量；
V溢：溢流孔洞溢流水量；
V渗：试件渗水量；
V试：试件中含水量；
V持：试件中的持水饱和空隙体积；
(t2-t1)：15s，即每隔15s板式流量计量装置的自动记录一次渗水量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
从工程实际出发，兼顾了路面合成坡度、密级配沥青混合料、开级配排水性沥青混合料、开级配排水性沥青路面的不同铺装型式等因素对路面渗水性能的影响，并且整个测试贯穿了试件从可持水空隙不饱和到饱和状态的完整过程，能够更全面、更真实地反映出排水性沥青路面的各项渗水性能，并可得出持水饱和空隙体积，以便对是否出现路表径流进行比较直观的判定，解决了现有试验手段无法准确测定密级配和开级配渗水性能的问题。同时也可以为沥青路面结构和透水功能的设计提供设计依据和参考，并可指导沥青路面的养护，保障行车安全度和舒适性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的雨淋系统结构示意图；
图3为本发明的渗水系统结构示意图；
图4为本发明的排水计量系统结构示意图；
图5为图1和图2中的A部放大结构示意图；
图6为本发明雨淋系统的出水板结构示意图；
图7为本发明的渗水系统带刻度线的结构示意图；
图8为本发明渗水系统的隔板组件放大结构示意图；
图9为本发明渗水系统的水位调节溢流结构和溢流管组合状态结构示意图；
图10为本发明渗水系统U字形配重块的结构示意图；
图11为本发明排水计量系统的坡度调节螺旋结构示意图；
图12为本发明集水排水箱底部的结构示意图；
图13为本发明可伸缩排水管的结构示意图。
图中：1—分隔水箱；2—总开关；3—复位按钮；4—分析按钮；5—出水流量数显控制器；6—流速数显控制器；7—时间数显控制器；8—水压数显控制器；9—水温数显控制器；10—溢流水量数显控制器；11—板式水量计量装置数显控制器；12—渗水性能参数曲线数显控制器；13—溢流接水装置；14—第一升降旋钮；15—出水管；16—第二升降旋钮；17—出水管阀门；18—出水板；19—常水位腔室；20—U字形配重块；21—水位调节溢流结构；211—有机玻璃板；212—溢流孔洞；22—溢流管；221—硅胶材质连接部分；222—不锈钢材质溢水部分；23—水压力腔室；24—通气管；25—通气管阀门；26—移动导轨；27—止水硅胶；28—试件支架；29—坡度调整螺旋；30—导轨支架；31—集水排水箱；311—正方形镂空排水孔；312—梯形有机玻璃板；32—可调平集水排水箱支撑柱；33—圆形水平器；34—可伸缩排水管；35—集水箱；36—板式流量计量装置；37—万向移动脚轮；38—测定仪底板；39—隔板组件；390—进水孔；391—隔板底板；392—隔板左侧板；393—隔板右侧板；394—左延伸块；395—右延伸块；40—渗水系统升降板；401—升降孔。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
如图1～13所示，一种沥青混合料渗水性能测定仪，雨淋系统、渗水系统和排水计量系统，所述雨淋系统和排水计量系统安装在测定仪底板38上；
所述雨淋系统包括分隔水箱1，分隔水箱1的正面板上设有出水流量数显控制器5、流速数显控制器6、时间数显控制器7、水压数显控制器8、水温数显控制器9、溢流水量数显控制器10、板式水量计量装置数显控制器11和渗水性能参数曲线数显控制器12；分隔水箱1的顶板上设有总开关2、复位按钮3、分析按钮4、溢流水接水装置13和出水管15，出水管15的另一端安装有出水板18；通过上述数显控制器和按钮，可使测试过程中相应的参数和渗水性能参数曲线显示和调控更方便快捷，能实现精准控制，保证测试分析过程更为智能；
所述渗水系统四个侧面均带有刻度，包括常水位腔室19、溢流管22、水压力腔室23和隔板组件39，常水位腔室19和水压力腔室23的横截面为30cm×30cm的正方形，与车辙试件的截面完全一致；所述常水位腔室19左侧壁上设有水位调节溢流结构21，溢流管22的右上端硅胶材质连接部分221和左下端不锈钢材质溢水部分222分别安装在水位调节溢流结构21上和设置在溢流水接水装置13上方；水压力腔室23位于常水位腔室19的下方，两者通过隔板组件39密封隔开；在水压力腔室23的侧壁上，设有联通水压力腔室23内外的通气管24，所述通气管24上设有通气管阀门25；所述隔板组件39采用中间低两侧高的对称截面构造，其中央位置设有进水孔390；渗水系统四个侧面上的刻度和常水位腔室19左侧壁上的水位调节溢流结构21的设置，方便读取和控制渗水系统内的液面和水量；渗水系统侧常水位腔室19和水压力腔室23之间的隔板组件39构造，便于实验过程中空气的排除和空气排空状态的检查和监控；
所述排水计量系统包括集水排水箱31，所述集水排水箱31通过其下方的可调平集水排水箱支撑柱32安装在底板38上；在集水排水箱31的上方和侧壁上，分别装有导轨支架30和圆形水平器33；所述导轨支架30上装有试件支架28，试件支架28和导轨支架30之间设有坡度调整螺旋29；集水排水箱31底部装有带出水板的可伸缩排水管34，可伸缩排水管34下方为集水箱35，在集水箱35的底部设有板式流量计量装置36；排水计量系统试件支架28下方设置的带刻度的坡度调节螺旋29，可对坡度进行调节并计算相应的合成坡度，例如路面横坡为2％，纵坡为4％时，根据车辙试件30cm的边长可知，首先将右侧两个螺丝旋入6mm，再将前面两个螺丝旋入12mm，即可得到相应的合成坡度为
所述渗水系统安装于雨淋系统和排水计量系统之间，渗水系统的常水位腔室19顶部位于出水板18下方，水压力腔室23通过底部四周的止水硅胶27安放于车辙试件的上表面，所述车辙试件放置于试件支架28上；止水硅胶较好地能保证渗水系统与车辙试件接触的部位不漏水；为保证试验设备的稳定和测试结果的精准，出水板17、常水位腔室19和水压力腔室23、导轨支架30的镂空位置、集水排水箱31排水孔的中心线应保持共线；
所述出水流量数显控制器5、流速数显控制器6和水压数显控制器8分别用于监控流经出水管15水的流量、流速和水压；时间数显控制器7和水温数显控制器9分别用于监控试验过程中的时间和水的温度；溢流水量数显控制器10和板式水量计量装置数显控制器11分别用于监控流经溢流水接水装置13和板式流量计量装置36的水流量；所述分析按钮4与渗水性能参数曲线数显控制器12连通，用于控制渗水性能参数曲线数显控制器12的数据分析处理和实时显示。
所述的出水流量数显控制器5、溢流水量数显控制器10和板式水量计量装置数显控制器11均由内置流量传感器、接入器、监控设备、节流阀组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水量变化，并可设置试验过程中降水量；
所述的流速数显控制器6，由内置旋转驱动控制信号进行控制的线性致动器来调节阀门的升降量，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水速率，并可设置试验过程中的降水速率；
所述的时间数显控制器7，由传感器、执行器、秒表组成，可采用现有装置，可以自动记录试验时间；
所述的水压数显控制器8，由水压腔、电极接通装置组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水压强；
所述的水温数显控制器9，由温度传感器、单主机、执行器组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中降水温度，并可设置试验过程中的水温；
所述渗水性能参数曲线数显控制器12，由显示屏、数据采集、放大电路、滤波器、多路模拟开关、采样/保持器、D/A转换器、I/O接口以及定时与控制逻辑电路组成，可采用现有装置，可以实时显示试验过程中渗水性能参数曲线；
所述分析按钮4，与渗水性能参数曲线数显控制器12连通，用于控制渗水性能参数曲线数显控制器12的数据分析处理和实时显示。启动分析按钮，对采集到的数据进行分析，得出试验过程中渗水系数和可持水空隙体积等特征指标，并将渗水系数变化曲线和可持水空隙体积变化曲线分析结果在渗水性能参数曲线数显控制器12显示。
所述分隔水箱1顶板与溢流水接水装置13和出水管15之间分别设有第一升降旋钮14和第二升降旋钮16；所述溢流水接水装置13和出水管15上均带有刻度，溢流水接水装置13的形状为漏斗形；在出水管15与第二升降旋钮16之间还设有出水管阀门17；由于漏斗形的溢流接水装置13和出水管15均自带刻度，通过第一升降旋钮14和第二升降旋钮16可以很方便地进行高度调节和固定，以确保在做平行试验时，每次的溢流接水装置13和出水管15高度保持一致，消除高度不一致而造成的试验误差；在保证在常水位腔室19内液面固定的情况下，出水板18距离液面的高度可根据实验情况，通过与出水管15连接的第二升降旋钮16，将其下降至常水位腔室19内而又不与腔室接触，进行调整和对比分析。
所述出水流量数显控制器5、溢流水量数显控制器10和板式水量计量装置数显控制器11的显示状态均为0～∞L；所述流速数显控制器6、水压数显控制器8、水温数显控制器9的显示范围分别为0～150mm/h、0～300kpa、1～25℃；通过对流量、流速、时间、水压、水温、溢流水量、板式流量等相应的数显控制器进行显示范围的精准控制，从而使试验过程控制更为精准，试验数据更为准确可靠，实验过程中的读数和操作更为方便快捷，有利于提高试验测试工作效率。
所述测定仪还包括有机玻璃板211；所述有机玻璃板211的左、右、上三个边缘为实心硅胶材质；所述水位调节溢流结构21上部的溢流孔洞212的左、右、下三边为硅胶材质的中空通道；所述溢流管22右上端的连接部位221由硅胶制成；所述有机玻璃板211通过中空通道安装在水位调节溢流结构21的下部，并可通过中空通道上升或下降；所述溢流管22右上端的连接部位221的左、右、上和下四边缘分别与溢流孔洞212的左、右、上三边缘和有机玻璃板211的上边缘黏连；通过有机玻璃板211的上下升降控制不同的常水位，溢流管22的左下端的溢水部分222在溢流状态时尽可能地接近又不接触下方溢流水接水装置13的液面，因而可以很好的消除溢流冲力对溢流水量计量的影响。
所述隔板组件39由隔板底板391、相同的隔板左侧板392和隔板右侧板393一体成型；所述隔板底板391的宽度小于所述水压力腔室23的宽度；所述隔板左侧板392和隔板右侧板393通过各自的下边缘，对称地设置在所述隔板底板391两侧的边缘上；隔板的结构较为简单，有利于水压力腔室23内水压力的均匀分布和完全排除空气，相对于规范中，仅靠肉眼观察量筒中水面下降速度变慢，从而判断渗水仪底部的气泡是否全部排出的做法，能够明显提高试验准确度。
从所述两块隔板侧板392、393最上缘处、水平向外延伸出左延伸块394和右延伸块395，所述左延伸块394和右延伸块395分别位于水压力腔室23的左右两侧，用于放置U字形配重块20；两侧伸出左延伸块394和右延伸块395用于放置U字形配重块，由于上部常水位腔室19和水压力腔室23中水的重量，结合水压力腔室23的底部四周硅胶条的车辙试件上表面的密封作用，可保证渗水系统与车辙试件接触的底部密封不漏水。
所述渗水系统还包括移动导轨26和渗水系统升降板40；所述渗水系统升降板40固定安装于常水位腔室19后壁上；在渗水系统升降板40上，设有尺寸与移动导轨横截面匹配的升降孔401；所述移动导轨26的上端插入所述升降孔401内，下端固定安装在所述导轨支架30上；渗水系统可沿移动导轨26上下移动，保证了即使试件在模拟有坡度状态时，渗水系统也能够保持水平，从而确保最大限度的模拟真实雨淋状态；当测定仪用于常规密级配沥青混合料的渗水系数测定时，可将渗水系统从移动导轨26上部取出，从而进行变水头的渗水试验。
所述集水排水箱31的底部由四块具有一定凹角度的梯形有机玻璃板312构成，中间为正方形镂空排水孔311；中间为正方形镂空排水孔311可在排水时避免水分滞留，加快排水；下部可伸缩排水管34可根据集水箱液面高度进行上下伸缩至尽量接近集水箱液面，可伸缩排水管34下面的出水板可消除水流下降的冲力对水流计量的影响。
所述测定仪底板38的下方还安装有四个带刹车装置的万向移动脚轮37；这样方便整个测定仪的移动和转运。
实施例1
排水性沥青路面上面层单层渗水性能试验：根据附图和上述描述现将测定仪进行组装，然后依据圆形水平器33，调节四根可调平集水排水箱支撑柱32至集水排水箱31处于水平状态，利用车辙试验仪成型开级配车辙试件；根据工程实际，该开级配车辙试件，用于模拟排水性沥青路面上面层单层排水的情况，即中下面层为密级配，近似认为不排水，而上面层单层排水(主要为侧向排水)，为此，将试件底面刷涂防水涂料，放置于试件支架28上；按照要求坡度，调节坡度调整螺旋29至横坡和纵坡符合要求，并计算合成坡度；
打开分隔水箱上的总开关2，然后通过流速数显控制器6、水压数显控制器8、水温数显控制器9，设定试验流速、水压、水温并进行调节恒温保温，将溢流水量数显控制器10、板式水量计量装置数显控制器11读数均复位为0；将常水位腔室19和水压力腔室23沿着移动导轨26上下移动至整体压于试件表面，然后在左延伸块394和右延伸块395放置U字形配重块20；根据要求的常水位高度，移动并固定水位调节溢流结构21，旋动第二升降旋钮16和第一升降旋钮14，使得出水板18与常水位液面、溢流管22与带刻度的漏斗形的溢流接水装置13高度匹配；
打开通气管阀门25和出水管阀门17，出水板18开始降水，时间数显控制器7自动开始计时，出水流量数显控制器5、溢流水量数显控制器10、板式流量计量装置36自动进行水量计量；待通气管24出水时，立即关闭通气管阀门25，此时，出水板18继续保持出水，启动分析按钮4对记录的出水量和溢流水量进行分析，渗水性能参数曲线数显控制器12便会绘出开级配沥青混合料模拟排水性沥青路面上面层单层排水试验条件下的渗水系数变化曲线和可持水空隙体积变化曲线，直至曲线趋于平直线，完成试验。
实施例2
排水性沥青路面上下面层双层渗水性能试验：重复实施例1，但有以下不同，利用车辙试验仪成型开级配车辙试件，根据工程实际，该开级配车辙试件用于模拟排水性沥青路面上下面层双层排水的情况，也即要同时考虑上面层竖向和侧向排水，则试件底面不刷涂防水涂料。
实施例3
密级配沥青混合料的变水头渗水试验：试验前将渗水系统从移动导轨26上部移除，根据圆形水平器33，调节四根可调平集排水箱支撑柱32至集水排水箱31处于水平状态；然后利用车辙试验仪成型密级配车辙试件，试件不刷涂防水涂料，并放置于试件支架28上，按照要求坡度，调节坡度调整螺旋29并计算合成坡度；
打开总开关2，设定试验水压、流速、水温，将板式水量计量装置数显控制器11读数复位为0，旋动第二升降旋钮16至要求高度；打开出水管阀门17，出水板18开始降水，时间数显控制器7自动开始计时，出水流量数显控制器5、板式流量计量装置36自动进行水量计量。同时，启动分析按钮4对记录的出水量和溢水量进行分析，在渗水性能参数曲线数显控制器12绘出密级配沥青混合料的渗水系数变化曲线和可持水空隙体积变化曲线，直至曲线趋于平直线，试验结束。
在本发明中，渗水性能通过渗水系数确定，渗水系数的计算方法如下：
Ⅰ：当测试的试件为开级配时，水压力腔室23体积已知，记为V0，则当水位调节溢流结构21高度固定时，根据其侧面刻度可计算得V腔＝0.3×0.3×h+V0。出水流量数显控制器5对总的出水量V总进行实时记录，溢流水量数显控制器10对溢流水量V溢进行实时记录，板式流量计量装置36对试件渗水量V渗进行实时计量记录。同时，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，渗水系统的水流经试件后并非全部排出，而是有部分储留在试件内，记为V试，则V总-V溢＝V试+V腔+V渗，从而得到试件中含水量V试＝V总-V溢-V腔-V渗。随着降水的持续，水在重力作用下不断进入试件空隙，V试从0逐渐增大，并最终趋于恒定。当该值达到恒值，也即渗水性能参数曲线数显控制器12上面的曲线趋于平直线时，说明试件含水量达到其最大持水能力，即在设定水压力作用下的开级配试件的可持水空隙已被全部填充，试件达到持水饱和，试件中的持水饱和空隙体积V持＝V试，此时及此后试件的透入水量等于流出水量。与此同时，在该过程中，板式流量计量装置36对试件的渗水量V渗进行计量。V渗包括了试件从持水不饱和到持水饱和状态的累计渗水量，则：某一瞬时t的渗水系数＝[(V渗2-V渗1)-V试]/(t2-t1)其中(t2-t1)为15s，即每隔15s板式流量计量装置36的自动记录一次渗水量。相对于规范中每间隔60s读记仪器管刻度一次的规定，15s间隔可降低(或消除)水温等因素变化导致的渗水系数和持水饱和体积计算误差的问题。当渗水系数值趋于恒值时，即渗水性能参数曲线数显控制器12上面的曲线趋于平直线时，说明试件达到持水饱和。
Ⅱ：当测试的试件为密级配时，此时应采用变水头的渗水系数测定方法。通过移动导轨26移除渗水系统，出水流量数显控制器5对总的出水量V总进行实时记录，板式流量计量装置36对试件渗水量V渗进行实时计量记录。同时，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，渗水系统的水流经试件后并非全部排出，而是有部分储留在试件内，记为V试，则V总＝V试+V渗，从而得到试件中含水量V试＝V总-V渗。随着降水的持续，水在重力作用下不断进入试件空隙，V试从0逐渐增大，并最终趋于恒定。当该值达到恒值，也即渗水性能参数曲线数显控制器12上面的曲线趋于平直线时，说明试件含水量达到其最大持水能力，即在设定水压力作用下的密级配试件的可持水空隙已被全部填充，试件达到持水饱和，试件中的持水饱和空隙体积V持＝V试，此时及此后试件的透入水量等于流出水量。与此同时，在该过程中，板式流量计量装置36对试件的渗水量V渗进行计量。V渗包括了试件从持水不饱和到持水饱和状态的累计渗水量，则某一瞬时t的渗水系数＝[(V渗2-V渗1)-V试]/(t2-t1)。其中(t2-t1)为15s，即每隔15s板式流量计量装置36的自动记录一次渗水量。相对于规范中每间隔60s读记仪器管刻度一次的规定，15s间隔可降低(或消除)水温等因素变化导致的渗水系数和持水饱和体积计算误差的问题。当渗水系数值趋于恒值时，即渗水性能参数曲线数显控制器12上面的曲线趋于平直线时，说明试件达到持水饱和。
式中：
V0：水压力腔室体积；
V腔：常水位腔室和水压力腔室的合计体积；
V总：出水管总的出水量；
V溢：溢流孔洞溢流水量；
V渗：试件渗水量；
V试：试件中含水量；
V持：试件中的持水饱和空隙体积；
(t2-t1)：15s，即每隔15s板式流量计量装置的自动记录一次渗水量。
需要说明的是，以上实施方案仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，在本发明原理上所做的形式上和细节上的各种改变，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于包括：雨淋系统、渗水系统和排水计量系统，所述雨淋系统和排水计量系统安装在测定仪底板(38)上；
所述雨淋系统包括分隔水箱(1)，分隔水箱(1)的正面板上设有出水流量数显控制器(5)、流速数显控制器(6)、时间数显控制器(7)、水压数显控制器(8)、水温数显控制器(9)、溢流水量数显控制器(10)、板式水量计量装置数显控制器(11)和渗水性能参数曲线数显控制器(12)；分隔水箱(1)的顶板上设有总开关(2)、复位按钮(3)、分析按钮(4)、溢流水接水装置(13)和出水管(15)，出水管(15)的另一端安装有出水板(18)；
所述渗水系统四个侧面均带有刻度，包括常水位腔室(19)、溢流管(22)、水压力腔室(23)和隔板组件(39)；所述常水位腔室(19)左侧壁上设有水位调节溢流结构(21)，溢流管(22)包括硅胶材质连接部分(221)和不锈钢材质溢水部分(222)，并分别安装在水位调节溢流结构(21)上和设置在溢流水接水装置(13)上方；水压力腔室(23)位于常水位腔室(19)的下方，两者通过隔板组件(39)密封隔开；在水压力腔室(23)的侧壁上，设有联通水压力腔室(23)内外的通气管(24)，所述通气管(24)上设有通气管阀门(25)；所述隔板组件(39)采用中间低两侧高的对称截面构造，其中央位置设有进水孔(390)；
所述排水计量系统包括集水排水箱(31)，所述集水排水箱(31)通过其下方的可调平集水排水箱支撑柱(32)安装在底板(38)上；在集水排水箱(31)的上方和侧壁上，分别装有导轨支架(30)和圆形水平器(33)；所述导轨支架(30)上装有试件支架(28)，试件支架(28)和导轨支架(30)之间设有坡度调整螺旋(29)；集水排水箱(31)底部装有带出水板的可伸缩排水管(34)，可伸缩排水管(34)下方为集水箱(35)，在集水箱(35)的底部设有板式流量计量装置(36)；
所述渗水系统安装于雨淋系统和排水计量系统之间，渗水系统的常水位腔室(19)顶部位于出水板(18)下方，水压力腔室(23)通过底部四周的止水硅胶(27)安放于车辙试件的上表面，所述车辙试件放置于试件支架(28)上；
所述出水流量数显控制器(5)、流速数显控制器(6)和水压数显控制器(8)分别用于监控流经出水管(15)水的流量、流速和水压；时间数显控制器(7)和水温数显控制器(9)分别用于监控试验过程中的时间和水的温度；溢流水量数显控制器(10)和板式水量计量装置数显控制器(11)分别用于监控流经溢流水接水装置(13)和板式流量计量装置(36)的水流量；所述分析按钮(4)与渗水性能参数曲线数显控制器(12)连通，用于控制渗水性能参数曲线数显控制器(12)的数据分析处理和实时显示。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：所述分隔水箱(1)顶板与溢流水接水装置(13)和出水管(15)之间分别设有第一升降旋钮(14)和第二升降旋钮(16)；所述溢流水接水装置(13)和出水管(15)上均带有刻度，溢流水接水装置(13)的形状为漏斗形；在出水管(15)与第二升降旋钮(16)之间还设有出水管阀门(17)。
3.根据权利要求1或2所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：所述出水流量数显控制器(5)、溢流水量数显控制器(10)和板式水量计量装置数显控制器(11)的显示状态均为0～∞L；所述流速数显控制器(6)、水压数显控制器(8)、水温数显控制器(9)的显示范围分别为0～150mm/h、0～300kpa、1～25℃。
4.根据权利要求1所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于还包括：有机玻璃板(211)；
所述有机玻璃板(211)的左、右、上三个边缘为实心硅胶材质；所述水位调节溢流结构(21)上部的溢流孔洞(212)左、右、下三边为硅胶材质的中空通道；所述溢流管(22)右上端的硅胶材质连接部分(221)由硅胶制成，左下端的不锈钢材质溢水部分(222)由不锈钢制成，二者外部紧密黏结，内部连通；
所述有机玻璃板(211)通过中空通道安装在水位调节溢流结构(21)的下部，并可通过中空通道上升或下降；所述溢流管(22)右上端的硅胶材质连接部分(221)的左、右、上和下四边缘分别与溢流孔洞(212)的左、右、上三边缘和有机玻璃板(211)的上边缘黏连。
5.根据权利要求1所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：所述隔板组件(39)由隔板底板(391)、相同的隔板左侧板(392)和隔板右侧板(393)一体成型；所述隔板底板(391)的宽度小于所述水压力腔室(23)的宽度；所述隔板左侧板(392)和隔板右侧板(393)通过各自的下边缘，对称地设置在所述隔板底板(391)两侧的边缘上。
6.根据权利要求5所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：从所述两块隔板侧板(392、393)最上缘处、水平向外延伸出左延伸块(394)和右延伸块(395)，所述左延伸块(394)和右延伸块(395)分别位于水压力腔室(23)的左右两侧，用于放置U字形配重块(20)。
7.根据权利要求1所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：所述渗水系统还包括移动导轨(26)和渗水系统升降板(40)；所述渗水系统升降板(40)固定安装于常水位腔室(19)后壁上；在渗水系统升降板(40)上，设有尺寸与移动导轨横截面匹配的升降孔(401)；所述移动导轨(26)的上端插入所述升降孔(401)内，下端固定安装在所述导轨支架(30)上。
8.根据权利要求1所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：所述集水排水箱(31)的底部由四块具有一定凹角度的梯形有机玻璃板(312)构成，中间为正方形镂空排水孔(311)。
9.根据权利要求1所述的沥青混合料渗水性能测定仪，其特征在于：所述测定仪底板(38)的下方还安装有四个带刹车装置的万向移动脚轮(37)。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的沥青混合料渗水性能测定仪的渗水系数计算方法，其特征在于按以下方法进行：
Ⅰ:当测试的试件为开级配时，水压力腔室(23)体积已知，记为V0，则当水位调节溢流结构(21)高度固定时，根据其侧面刻度可计算得，常水位腔室和水压力腔室的合计体积V腔＝0.3×0.3×h+V0；出水流量数显控制器(5)对总的出水量V总进行实时记录，溢流水量数显控制器(10)对溢流水量V溢进行实时记录，板式流量计量装置(36)对试件渗水量V渗进行实时计量记录；同时，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，渗水系统的水流经试件后并非全部排出，而是有部分储留在试件内，该部分储留水量记为V试，则V总-V溢＝V试+V腔+V渗，从而得到试件中含水量V试＝V总-V溢-V腔-V渗；随着降水的持续，水在重力作用下不断进入试件空隙，V试从0逐渐增大，并最终趋于恒定；当该值达到恒值，也即渗水性能参数曲线数显控制器(12)上面的曲线趋于平直线时，说明试件含水量达到其最大持水能力，即在设定水压力作用下的开级配试件的可持水空隙已被全部填充，试件达到持水饱和，试件中的持水饱和空隙体积V持＝V试，此时及此后试件的透入水量等于流出水量；与此同时，在该过程中，板式流量计量装置(36)对试件的渗水量V渗进行计量；V渗包括了试件从持水不饱和到持水饱和状态的累计渗水量，则：某一瞬时t的渗水系数＝[[(V渗2-V渗1)-V试]]/(t2-t1)其中(t2-t1)为15s，即每隔15s板式流量计量装置(36)的自动记录一次渗水量；相对于规范中每间隔60s读记仪器管刻度一次的规定，15s间隔可降低(或消除)水温等因素变化导致的渗水系数和持水饱和体积计算误差的问题；当渗水系数值趋于恒值时，即渗水性能参数曲线数显控制器(12)上面的曲线趋于平直线时，说明试件达到持水饱和；
Ⅱ：当测试的试件为密级配时，此时应采用变水头的渗水系数测定方法；通过移动导轨(26)移除渗水系统，出水流量数显控制器(5)对总的出水量V总进行实时记录，板式流量计量装置(36)对试件渗水量V渗进行实时计量记录；同时，由于混合料颗粒间的吸附作用和水分子间的相互作用力，渗水系统的水流经试件后并非全部排出，而是有部分储留在试件内，记为V试，则V总＝V试+V渗，从而得到试件中含水量V试＝V总-V渗；随着降水的持续，水在重力作用下不断进入试件空隙，V试从0逐渐增大，并最终趋于恒定；当该值达到恒值，也即渗水性能参数曲线数显控制器(12)上面的曲线趋于平直线时，说明试件含水量达到其最大持水能力，即在设定水压力作用下的密级配试件的可持水空隙已被全部填充，试件达到持水饱和，试件中的持水饱和空隙体积V持＝V试，此时及此后试件的透入水量等于流出水量；与此同时，在该过程中，板式流量计量装置(36)对试件的渗水量V渗进行计量；V渗包括了试件从持水不饱和到持水饱和状态的累计渗水量，则某一瞬时t的渗水系数＝[[(V渗2-V渗1)-V试]]/(t2-t1)；其中(t2-t1)为15s，即每隔15s板式流量计量装置(36)的自动记录一次渗水量；相对于规范中每间隔60s读记仪器管刻度一次的规定，15s间隔可降低(或消除)水温等因素变化导致的渗水系数和持水饱和体积计算误差的问题；当渗水系数值趋于恒值时，即渗水性能参数曲线数显控制器(12)上面的曲线趋于平直线时，说明试件达到持水饱和；
式中：
V0：水压力腔室体积；
V腔：常水位腔室和水压力腔室的合计体积；
V总：出水管总的出水量；
V溢：溢流孔洞溢流水量；
V渗：试件渗水量；
V试：试件中含水量；
V持：试件中的持水饱和空隙体积；
(t2-t1)：15s，即每隔15s板式流量计量装置的自动记录一次渗水量。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111595748A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-28 | 武汉大学 | 一种混凝土透水系数的自动测试装置及测试方法 |
| CN112730199A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-04-30 | 温州市市政工程建设开发公司 | 一种透水沥青混凝土的渗水性检测装置及方法 |
| CN113567320A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-29 | 上海仁聚新材料科技有限公司 | 基于断面流量测量透水路面结构内排水能力的方法及装置 |
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2019
- 2019-11-12 CN CN201911103088.9A patent/CN110763607A/zh active Pending
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