CN111208031A - 一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪及计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪及计算方法，该装置包括雨淋系统、振摇系统、烘干振筛计量系统、测定仪底板，雨淋系统、振摇系统、烘干振筛计量系统安装在测定仪底板上，振摇系统设置在烘干振筛计量系统上方；本发明从工程实际出发，兼顾模拟了不同水头高度、不同降雨量/水温/压强/流速/流量、不同交通量（车辆荷载）、不同路面合成坡度等因素对路面抗堵塞性能的影响，实现了对排水性沥青混合料抗堵塞性能的准确测定，同时也可以为排水性沥青路面结构和透水功能的设计提供设计依据和参考，并可指导排水性沥青路面的养护，保障行车安全度和舒适性能，具有非常重要的工程实际意义和显著的工程应用推广价值。
Description
技术领域
本发明属于交通运输工程中公路工程领域，具体涉及一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪及计算方法。
背景技术
排水性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，因此更适用于多雨地区；而其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，其中高达20％的空隙率在路面使用过程中不发生严重的堵孔现象是保障排水性能的关键。排水性沥青混合料中的空隙主要有三种，即连通空隙、半连通空隙和闭口空隙。虽然在排水性能方面连通空隙是有效排水空隙，但是不可否认半连通空隙在排水性能方面也起到一定的积极作用。半连通空隙为降水提供了短期的积存空间，可为路面提供一定的排水缓冲时间，从而使得路面不至于出现路表径流，引起路面水损坏；而在排水性沥青路面的实际使用过程中，由于灰尘、细屑等颗粒的移徙、沉积作用以及降雨导致的尘屑冲刷和粘附，路面中的连通空隙和半连通空隙均会受到不同程度的堵塞，从而导致路面的排水性能不可避免地随着上述两种空隙的逐渐堵塞而降低，严重者将完全丧失排水功能。也即在路面排水性能降低的过程中，虽然连通空隙的堵塞是主因，但不能完全无视半连通空隙对其的影响。因此，在评价排水性能时，应同时考虑连通空隙和半连通空隙的抗堵塞性能。
现阶段针对排水性沥青混合料的抗堵塞性能的直接测定方法还没有相应的标准、规范或方法。在配合比设计中是以空隙率作为路面渗透能力的主要控制和评价参数，而在路面结构透水设计中，是以路面材料的渗水系数作为分析和评价依据。前者的空隙率同时考虑了连通空隙、半连通空隙和闭口空隙，导致试验结果大于实际空隙，排水性能被高估；后者的渗透系数则仅考虑了连通空隙，导致试验结果小于实际空隙，排水性能被低估。二者均不能真实反映排水性沥青路面的实际排水性能。
现有技术中的“多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法”的发明专利(申请号：201110205356.5)提出了以冲滤后残留渗水系数与冲滤前渗水系数的比值来定义混合料的残留透水能力，并以此表征混合料的抗堵塞性能，该方法的实质还是采用渗水系数来评定混合料的抗堵塞性能，评价过程中仅考虑了连通空隙，排水性能被低估；同时该方法采用不脱模的马歇尔试件，阻碍了侧向排水与冲滤，与排水路面排水路径以横向为主的工程实际不符。申请号201110401778.X的“一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的评价方法”则提出采用平均单个空隙面积这一参数值对多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能进行定量评价，该方法局限于平面二维，而未从三维体积角度进行评价，也未曾区分三种空隙，结果准确度有待商榷。
与此同时，上述试验方法和技术手段均未考虑不同水头高度、不同降雨量/水温/压强/流速/流量对排水性沥青混合料抗堵塞性能的影响。水对排水性沥青混合料抗堵塞性能的影响主要体现在水的含气量和水温，前者易形成气泡堵塞孔隙，后者会影响水的动力粘滞系数，水温越低，动力粘滞系数越大，对尘屑的冲刷作用越小，粘附作用越大，亦会导致抗堵塞性能降低。而且在冲滤以及振摇过程中，水的冲力、气流和振摇力可能导致的试件本身颗粒的掉落从而加剧空隙堵塞的情况亦未提及。同时，亦未考虑不同交通量(车辆荷载)、不同路面合成坡度的影响。
发明内容
为了解决现有手段与沥青混合料抗堵塞性能评定适用性不一致、现有试验检测手段无法同时准确测定排水性沥青混合料的抗堵塞性能的技术问题，本发明提供了一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪及计算方法，以评定混合料的抗堵塞性能；该测定过程中车辙试件被放置于特定的四面和底部均镂空的夹板支架上，与排水性沥青路面排水路径以横向为主的工程实际相符，并同时模拟了不同水头高度、不同降雨量/水温/压强/流速/流量、不同交通量(车辆荷载)、不同路面合成坡度下，对排水性沥青混合料的空隙堵塞体积进行测定，并给出相应的计算方法，且过程中考虑了冲滤对车辙试件本身可能发生的颗粒掉落和试件中留存水分对试验结果的影响。该方法相较于现有方法能够更加真实、准确地对排水性沥青混合料的抗堵塞性能进行定量评价，且具有非常重要的工程实际意义。
本发明排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪包括雨淋系统、振摇系统和集液烘干振筛计量系统三大部分。其中，雨淋系统的主要功能是对流量、流速、时间、水压、水温等雨淋参数进行控制；振摇系统的主要功能是对车辙试件进行模拟不同交通量(车辆荷载)、不同合成坡度情况下的撒布有细料的车辙试件进行振摇。集液烘干振筛计量系统的主要功能是通过收集、称重混悬液质量；烘干、称重混悬液中的细料和试件颗粒掉落质量；筛分细料和试件掉落颗粒并称重，来计量分析计算得出对应水温下车辙试件的各项抗堵塞性能，包括空隙堵塞体积、试件冲滤飞散损失。
本发明从工程实际出发，兼顾模拟了不同水头高度、不同降雨量/水温/压强/流速/流量、不同交通量(车辆荷载)、不同路面合成坡度等因素对路面抗堵塞性能的影响，并且通过夹板支架的设置更接近排水路面排水路径以横向为主的工程实际。同时，整个测试贯穿了试件从空隙畅通到空隙堵塞的完整过程，并考虑了冲滤对车辙试件本身可能发生的颗粒掉落和试件中留存水分对试验结果的影响，能够更全面、更真实地反映出排水性沥青路面的抗堵塞性能，并可得出空隙堵塞体积、试件冲滤飞散损失，实现了对排水性沥青混合料抗堵塞性能的准确测定，同时也可以为排水性沥青路面结构和透水功能的设计提供设计依据和参考，并可指导排水性沥青路面的养护，保障行车安全度和舒适性能。
本发明排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪包括雨淋系统、振摇系统、烘干振筛计量系统、测定仪底板，雨淋系统、振摇系统、烘干振筛计量系统安装在测定仪底板上，振摇系统设置在烘干振筛计量系统上方；
上述雨淋系统包括水箱、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、出水管、出水板，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、水温数显控制器设置在水箱上；出水管一端设置在水箱顶部并与其连通，另一端与出水板连通，出水管上设置有升降式旋钮用于调节出水管高度，出水管上设置有阀门并位于升降式旋钮上方；雨淋系统的主要功能是对流量、流速、时间、水压、水温等雨淋参数进行控制；
其中流量数显控制器用于实时显示试验过程中降水量变化，其由内置流量传感器、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，范围为0-∞L；
所述流速数显控制器用于实时显示试验过程中降水速度，流速数显控制器是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，范围为0-150mm/h；
所述水压数显控制器用于实时显示试验过程中降水压强，其由水压腔、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，并可设置试验过程中的降水压强0-300kpa；
所述水温数显控制器用于实时显示试验过程中降水温度，其由温度传感器、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，温度范围为1-25℃。
所述振摇系统包括振摇箱、夹板支架、可伸缩排水管、混悬液出水板、支架Ⅰ、调节支脚Ⅰ、固定套，振摇箱固定在支架Ⅰ顶端，支架Ⅰ底端上设置调节支脚Ⅰ，固定套固定在测定仪底板上，调节支脚Ⅰ设置在固定套内；振摇箱包括由4块梯形板倾斜设置组成的矩形框架、固定在矩形框内侧的支架Ⅱ，梯形板内封装有振动装置，夹板支架设置在支架Ⅱ上，夹板支架用于放置车辙试件；可伸缩排水管一端固定在矩形框架底部，混悬液出水板固定在可伸缩排水管另一端上；振摇系统的主要功能是对车辙试件进行模拟不同交通量(车辆荷载)、不同合成坡度情况下的撒布有细料的车辙试件进行振摇；所述振摇箱可根据现场实际交通量和远期预测交通量进行振摇频率和振摇时长的调整，以更真实模拟工程实际情况；可伸缩排水管可根据下方液面高度进行长度调整，以减弱或消除混悬液下落冲力对称重计量的影响；混悬液出水板板上单个孔径大于20mm，以利于混悬液下落过程中不至于发生孔洞堵塞，进而影响后续称重计量。
所述烘干振筛计量系统包括箱体、可开合板式称重装置、振筛板、板式称重装置、水平器，可开合板式称重装置、振筛板设置在箱体内并将箱体分隔为烘干称重腔、筛分腔、称重腔，振筛板位于可开合板式称重装置下方，板式称重装置设置在箱体底部，烘干称重腔内设置有加热装置，箱体上设置有水平器，箱体底部设置有调节支脚Ⅱ，用于调平；
箱体上设置有烘干温度数显控制器、可开合板式称重装置数显控制器、振筛板数显控制器、板式称重装置数显控制器、空隙堵塞体积数显显示屏、冲滤飞散损失数显显示屏，可开合板式称重装置数显控制器包含数据采集模块，用于收集可开合板式称重装置称重的结果，并通过传输模块传递给板式称重装置数显控制器；板式称重装置数显控制器包含数据采集模块，用于收集板式称重装置称重的结果，并通过接收模块接收可开合板式称重装置数显控制器的数据，板式称重装置数显控制器还包括计算模块，用于计算空隙堵塞体积数和冲滤飞散损失数，并通过传输模块将计算结果分别传送到空隙堵塞体积数显显示屏、冲滤飞散损失数显显示屏上显示。
烘干振筛计量系统的主要功能是通过收集、称重混悬液质量；烘干、称重混悬液中的细料和试件颗粒掉落质量；筛分细料和试件掉落颗粒并称重，来计量分析计算得出对应水温下车辙试件的各项抗堵塞性能，包括空隙堵塞体积、试件冲滤飞散损失。
进一步，所述夹板支架包括上夹板、下夹板、夹板螺丝，支架Ⅱ与下夹板固连，上夹板、下夹板通过夹板螺丝、螺母连接，上夹板、下夹板均为矩形框架；
所述上夹板上部四周一体焊接有闭合挡条，可以保证在细料撒布时不会撒出，也即能够保证每次平行试验时细料质量都相等；
进一步，所述调节支脚Ⅰ上设置有刻度。
进一步，所述可开合板式称重装置包括2个电机、2个转轴、2块称重板、2个可伸缩支撑杆，2块称重板一端分别通过2个转轴对称设置在箱体内，另一端相互紧密配合；2个电机的输出轴分别与2个转轴连接用于带动转轴转动，可伸缩支撑杆一端固定在称重板下方，另一端固定在箱体壁上，用于可开合板式称重装置闭合时支撑称重板，并保证2块称重板闭合时交接处紧密配合；
进一步，所述振筛板包括筛板和振动装置，筛板上筛孔孔径为0.3mm。
进一步，所述出水板和混悬液出水板均为带孔板，出水板面积大于车辙试件面积，以保证在模拟降水时车辙试件表面能全部被降水冲刷。
进一步，所述测定仪底板底部设置有带刹车的万向脚轮。
上述装置的使用方法如下：
通过水平器调平烘干振筛计量系统的箱体至水平，利用车辙试验仪成型排水性沥青混合料车辙试件，然后放置于夹板支架上并用夹板螺丝固紧；按照要求坡度，调节调节支脚Ⅰ并计算合成坡度；
启动雨淋系统，结合工程实际设定试验水压、流速、水温和降水时间并进行保温，调节升降式旋钮使出水管到试验要求高度并固紧；根据工程沿线水文、气象条件设置相应的流量数显控制器、流流速数显控制器、时间数显控制器、水压数显控制器、水温数显控制器，并将烘干温度数显控制器、开合板式称重装置数显控制器、振筛板数显控制器、板式称重装置数显控制器的读数均复位为0或者初始状态；根据现场交通量调查和远期交通量预测数据设置振摇系统的振摇频率，并设置时间大于等于雨淋系统的时间数显控制器的时长；
称取一定质量的固定级配的细料并均匀撒布于试件表面，打开烘干振筛计量系统的箱体的可开合箱盖，调整可伸缩排水管与可开合板式称重装置上表面的距离，使之尽量降低混悬液冲力对称重数据的影响同时又不影响出水；打开出水管上的阀门，同时打开振摇箱，出水板开始降水，振摇箱开始按设定的频率和时长进行振摇。时间数显控制器开始计时，流速数显控制器自动进行水量计量，可开合板式称重装置进行冲滤后的混悬液质量(包含试件自身颗粒掉落质量)计量，并显示在可开合板式称重装置数显控制器上。此时，细料和试件在自身重力、水力和振摇箱的振摇作用下被不断冲刷和振摇。在该过程中，部分细料和降水进入试件空隙后留存在空隙，剩余细料和降水落到下方，同时还伴有试件本身颗粒的掉落；
待降水和振摇达到设定流量和时长后停止，此时上提可伸缩排水管，关闭箱体的可开合箱盖，进行烘干温度数显控制器的烘干温度(60～70℃)的设置，并开启烘干，此过程中原冲滤后的混悬液(包含试件自身颗粒掉落质量)因为水分的逐步烘干，其质量也在逐步减少。待开合板式称重装置数显控制器上的质量显示数值保持恒定后，说明水分被全部烘干，此时打开可开合板式称重装置，使得该装置向下打开，装置上面的细料和颗粒完全落到振筛板上；设置振筛板数显控制器对振动时长进行设定并启动振动，则细料过筛后落到下方板式称重装置上，而试件自身掉落颗粒由于粒径远大于筛孔而留在振筛板上；据此可计算分析得出留存在试件中的细料、冲滤后的细料以及试件自身掉落颗粒质量，进而可得出空隙堵塞体积和冲滤飞散损失，并在空隙堵塞体积数显显示屏、冲滤飞散损失数显显示屏上显示数值；在此过程中，既考虑了在设定的流速、水压、水温条件下，排水性沥青混合车辙试件的有效排水空隙(连通空隙和半连通空隙)被细料逐步堵塞的情况，也考虑了试件中留存的水分对抗堵塞性能的影响，同时兼顾了试件自身颗粒掉落的情况，能最大程度地模拟工程实际情况。
车辙试件初始质量已知，记为m试；撒布的细料的质量和密度已知，记为m细、ρ细；出水板总的出水质量可根据流量数显控制器和相应温度下水的密度计算可知，为m总水＝Q水总×ρT；可开合板式称重装置24对冲滤后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量和烘干后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量进行称重计量，分别记为m湿合、m干合，则混悬液中的水的质量m混水＝m湿合-m干合，留存在试件中的水的质量m试水＝m总水-m混水；板式称重装置对过筛后的细料干重进行称重计量，记为m干细，则试件自身颗粒掉落质量m掉＝m干合-m干细，留存在试件中的细料质量m细留＝m细-m干细，空隙堵塞体积
试件冲滤飞散损失
式中：
m试：车辙试件初始质量；
m细：撒布的细料的质量；
ρ细：撒布的细料的密度；
m湿合：冲滤后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量；
m干合：烘干后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量；
m混水：混悬液中的水的质量；
m试水：留存在试件中的水的质量；
m干细：过筛后的细料干重；
m掉：试件自身颗粒掉落质量；
m细留：留存在试件中的细料质量；
V堵：空隙堵塞体积；
ΔS：试件冲滤飞散损失。
本发明的优点和技术效果如下：
从工程实际出发，兼顾模拟了不同水头高度、不同降雨量/水温/压强/流速/流量、不同交通量(车辆荷载)、不同路面合成坡度等因素对路面抗堵塞性能的影响，并且通过夹板支架的设置更接近排水路面排水路径以横向为主的工程实际。同时，整个测试过程既考虑了在设定的流速、水压、水温条件下，排水性沥青混合车辙试件的有效排水空隙(连通空隙和半连通空隙)被细料逐步堵塞的情况，也考虑了试件中留存的水分对抗堵塞性能的影响，同时兼顾了冲滤对车辙试件本身可能发生的颗粒掉落对试验结果的影响，能够更全面、更真实地反映出排水性沥青路面的抗堵塞性能，并可得出空隙堵塞体积、试件冲滤飞散损失，实现了对排水性沥青混合料抗堵塞性能的准确测定，同时也可以为排水性沥青路面结构和透水功能的设计提供设计依据和参考，并可指导排水性沥青路面的养护，保障行车安全度和舒适性能，具有非常重要的工程实际意义和显著的工程应用推广价值。
附图说明
图1为排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪的结构示意图；
图2为雨淋系统结构示意图；
图3为振摇系统结构示意图；
图4为集液烘干振筛计量系统结构示意图；
图5为出水板的结构示意图；
图6为振摇箱结构示意图；
图7为夹板支架结构示意图；
图8为上夹板结构示意图；
图9为夹板螺丝结构示意图；
图10为可伸缩排水管结构示意图；
图11为混悬液出水板结构示意图；
图12为调节支脚Ⅰ和固定套的结构示意图；
图13为可开合板式称重计量装置俯视图；
图14为可开合板式称重计量装置开启过程示意图；
图中：1-雨淋系统、2-振摇系统、3-烘干振筛计量系统、4-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-出水管、10-升降式旋钮、11-阀门、12-出水板、13-测定仪底板、14-水箱、15-振摇箱、16-夹板支架、17-可伸缩排水管、18-混悬液出水板、19-支架Ⅰ、20-调节支脚Ⅰ、21-固定套、22-箱体、23-可开合箱盖、24-可开合板式称重装置、25-振筛板、26-板式称重装置、27-水平器、28-烘干温度数显控制器、29-可开合板式称重装置数显控制器、30-振筛板数显控制器、31-板式称重装置数显控制器、32-空隙堵塞体积数显显示屏、33-冲滤飞散损失数显显示屏；34-上夹板、35-下夹板、36-夹板螺丝、37-支架Ⅱ、38-振摇箱的矩形框架、39-带刹车的万向脚轮、40-车辙试件；41-调节支脚Ⅱ。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容
实施例1：如图1-14所示，本排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪包括雨淋系统1、振摇系统2、烘干振筛计量系统3、测定仪底板13，雨淋系统、振摇系统、烘干振筛计量系统安装在测定仪底板13上，振摇系统设置在烘干振筛计量系统上方；
如图2所示，雨淋系统包括水箱14、流量数显控制器4、流速数显控制器5、时间数显控制器6、水压数显控制器7、水温数显控制器8、出水管9、出水板12，流量数显控制器4、流速数显控制器5、时间数显控制器6、水压数显控制器7、水温数显控制器8设置在水箱上；出水管9一端设置在水箱顶部并与其连通，另一端与出水板12连通，出水管9上设置有升降式旋钮10用于调节出水管9高度，出水管9上设置有阀门11并位于升降式旋钮10上方；出水管9自带刻度，通过升降式旋钮10可进行高度调节和固定，以确保在做平行试验时，每次的出水管高度保持一致，消除高度不一致而造成的试验误差；出水板12尺寸大于30cm×30cm，以保证在模拟降水时车辙试件表面能全部被降水冲刷；流量数显控制器4范围为0-∞L，流速数显控制器5范围为0-150mm/h，水压数显控制器7的降水压强0-300kpa，水温数显控制器8的温度范围为1-25℃；
如图3所示，振摇系统包括振摇箱15、夹板支架16、可伸缩排水管17、混悬液出水板18、支架Ⅰ19、调节支脚Ⅰ20、固定套21，振摇箱15固定在支架Ⅰ19顶端，支架Ⅰ19底端上设置调节支脚Ⅰ20，调节支脚Ⅰ20上设置有刻度，中空圆筒状的固定套21固定在测定仪底板13上，调节支脚Ⅰ20设置在固定套内；振摇箱15包括由4块梯形板倾斜设置组成的矩形框架、固定在矩形框内侧的支架Ⅱ37，梯形板内封装有振动装置；夹板支架16包括上夹板34、下夹板35、夹板螺丝36，支架Ⅱ37与下夹板35固连，下夹板35上放置车辙试件后，再在试件上放置上夹板34，并用夹板螺丝36、螺母紧固，以保证试件在有坡度和振摇时不发生移动，上夹板34、下夹板35均为矩形框架；可伸缩排水管17一端固定在矩形框架底部，混悬液出水板18固定在可伸缩排水管17另一端上，可伸缩排水管17可根据下方液面高度进行长度调整，以减弱或消除混悬液下落冲力对称重计量的影响，混悬液出水板18上孔的孔径大于20mm，以利于混悬液下落过程中不至于发生孔洞堵塞，进而影响后续称重计量；振摇箱的矩形框架面积远大于试件上表面积，以保证上部降水不外溅，且利于试件侧面排水；上夹板34上部四周一体焊接有闭合挡条，可以保证在细料撒布时不会撒出，也即能够保证每次平行试验时细料质量都相等；
支架Ⅰ19可根据路面实际坡度通过支架Ⅰ19下方的四个调节支脚Ⅰ20对室内试验坡度进行调节设置，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，首先将右侧两个调节支脚Ⅰ旋入6mm，再将前面两个调节支脚Ⅰ旋入12mm，即可得到相应的合成坡度为
振摇箱与支架Ⅰ之间为刚性连接，以确保在振摇时不改变合成坡度的设置。
如图4所示，烘干振筛计量系统包括箱体22、可开合板式称重装置24、振筛板25、板式称重装置26、水平器27，可开合板式称重装置24、振筛板25设置在箱体22内并将箱体分隔为烘干称重腔、筛分腔、称重腔，振筛板25位于可开合板式称重装置24下方，振筛板25包括筛板和振动装置，筛板上筛孔孔径为0.3mm，既能保证烘干后的细料能够全部过筛，又能保证试件自身掉落的颗粒能够留在振筛板上，从而可计算分析得到相应的冲滤后的细料和试件颗粒掉落质量；板式称重装置26设置在箱体22底部，烘干称重腔内设置有加热装置，箱体22上设置有水平器27，箱体22底部设置有调节支脚Ⅱ41，用于调平，箱体顶部设置有可开合箱盖23，上部冲滤时为开启状态，在烘干时为密闭状态，保证了集液、烘干功能；其中可开合板式称重装置24包括2个电机、2个转轴、2块称重板、2个可伸缩支撑杆，2块称重板一端分别通过2个转轴对称设置在箱体22内，另一端相互紧密配合；2个电机的输出轴分别与2个转轴连接用于带动转轴转动，可伸缩支撑杆一端固定在称重板下方，另一端固定在箱体壁上，用于可开合板式称重装置闭合时支撑称重板，并保证2块称重板闭合时交接处紧密配合；
箱体22上设置有烘干温度数显控制器28、可开合板式称重装置数显控制器29、振筛板数显控制器30、板式称重装置数显控制器31、空隙堵塞体积数显显示屏32、冲滤飞散损失数显显示屏33，可开合板式称重装置数显控制器29包含数据采集模块，用于收集可开合板式称重装置称重的结果，并通过传输模块传递给板式称重装置数显控制器；板式称重装置数显控制器31包含数据采集模块，用于收集板式称重装置称重的结果，并通过接收模块接收可开合板式称重装置数显控制器29的数据，板式称重装置数显控制器31还包括计算模块，用于计算空隙堵塞体积数和冲滤飞散损失数，并通过传输模块将计算结果分别传送到空隙堵塞体积数显显示屏32、冲滤飞散损失数显显示屏33上显示。
整个箱体22放置在测定仪底板13上，且调节支脚Ⅱ可根据圆形的水平器进行调平；同时，出水板12、振摇箱15和箱体22的中心线共线，以确保在不同合成坡度下试件也能够被充分冲滤、集液和烘干计量。
本发明装置的的具体实施方法为：
根据圆形的水平器27，调节四个调节支脚Ⅱ41使得箱体22至水平；利用车辙试验仪成型排水性沥青混合料车辙试件40，放置于夹板支架16上的下夹板35上，再在试件上放置上夹板34，并用夹板螺丝36、螺母紧固；按照要求坡度，调节调节支脚Ⅰ20并计算合成坡度；
启动雨淋系统1，结合工程实际设定试验水压、流速、水温和降水时间并进行保温，调节升降式旋钮10使出水管9到试验要求高度并固紧；根据工程沿线水文、气象条件设置相应的流量数显控制器4、流流速数显控制器5、时间数显控制器6、水压数显控制器7、水温数显控制器8，并将烘干温度数显控制器28、开合板式称重装置数显控制器29、振筛板数显控制器30、板式称重装置数显控制器31的读数均复位为0或者初始状态；根据现场交通量调查和远期交通量预测数据设置振摇系统2的振摇频率，并设置时间大于等于雨淋系统的时间数显控制器6的时长；
称取一定质量的固定级配的细料并均匀撒布于试件表面，打开烘干振筛计量系统3的箱体22的可开合箱盖23，调整可伸缩排水管17与可开合板式称重装置24上表面的距离，使之尽量降低混悬液冲力对称重数据的影响同时又不影响出水；打开出水9管上的阀门11，同时打开振摇箱15，出水板12开始降水，振摇箱15开始按设定的频率和时长进行振摇。时间数显控制器6开始计时，流速数显控制器5自动进行水量计量，可开合板式称重装置24进行冲滤后的混悬液质量(包含试件自身颗粒掉落质量)计量，并显示在可开合板式称重装置数显控制器29上。此时，细料和试件在自身重力、水力和振摇箱的振摇作用下被不断冲刷和振摇。在该过程中，部分细料和降水进入试件空隙后留存在空隙，剩余细料和降水落到下方，同时还伴有试件本身颗粒的掉落；
待降水和振摇达到设定流量和时长后停止，此时上提可伸缩排水管17，关闭箱体22的可开合箱盖23，进行烘干温度数显控制器28的烘干温度(60～70℃)的设置，并开启烘干，此过程中原冲滤后的混悬液(包含试件自身颗粒掉落质量)因为水分的逐步烘干，其质量也在逐步减少。待开合板式称重装置数显控制器上的质量显示数值保持恒定后，说明水分被全部烘干，此时打开可开合板式称重装置24，使得该装置向下打开，装置上面的细料和颗粒完全落到振筛板25上；设置振筛板数显控制器30对振动时长进行设定并启动振动，则细料过筛后落到下方板式称重装置26上，而试件自身掉落颗粒由于粒径远大于筛孔而留在振筛板上；据此可计算分析得出留存在试件中的细料、冲滤后的细料以及试件自身掉落颗粒质量，进而可得出空隙堵塞体积和冲滤飞散损失，并在空隙堵塞体积数显显示屏、冲滤飞散损失数显显示屏上显示数值；在此过程中，既考虑了在设定的流速、水压、水温条件下，排水性沥青混合车辙试件的有效排水空隙(连通空隙和半连通空隙)被细料逐步堵塞的情况，也考虑了试件中留存的水分对抗堵塞性能的影响，同时兼顾了试件自身颗粒掉落的情况，能最大程度地模拟工程实际情况。
车辙试件初始质量已知，记为m试；撒布的细料的质量和密度已知，记为m细、r细；出水板总的出水质量可根据出流量数显控制器和相应温度下水的密度计算可知，为m总水＝Q水总×ρT；可开合板式称重装置24对冲滤后的混悬液质量(包含试件自身颗粒掉落质量)和烘干后的混悬液质量(包含试件自身颗粒掉落质量)进行称重计量，分别记为m湿合、m干合，则混悬液中的水的质量m混水＝m湿合-m干合，留存在试件中的水的质量m试水＝m总水-m混水。板式称重装置对过筛后的细料干重进行称重计量，记为m干细，则试件自身颗粒掉落质量m掉＝m干合-m干细，留存在试件中的细料质量m细留＝m细-m干细，空隙堵塞体积
试件冲滤飞散损失
式中：
m试：车辙试件初始质量；
m细：撒布的细料的质量；
r细：撒布的细料的密度；
m湿合：冲滤后的混悬液质量(包含试件自身颗粒掉落质量)；
m干合：烘干后的混悬液质量(包含试件自身颗粒掉落质量)；
m混水：混悬液中的水的质量；
m试水：留存在试件中的水的质量；
m干细：过筛后的细料干重；
m掉：试件自身颗粒掉落质量；
m细留：留存在试件中的细料质量；
V堵：空隙堵塞体积；
ΔS：试件冲滤飞散损失。
Claims (10)
1.一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：包括雨淋系统(1)、振摇系统(2)、烘干振筛计量系统(3)、测定仪底板(13)，雨淋系统、振摇系统、烘干振筛计量系统安装在测定仪底板(13)上，振摇系统设置在烘干振筛计量系统上方；
所述雨淋系统包括水箱(14)、流量数显控制器(4)、流速数显控制器(5)、时间数显控制器(6)、水压数显控制器(7)、水温数显控制器(8)、出水管(9)、出水板(12)，流量数显控制器(4)、流速数显控制器(5)、时间数显控制器(6)、水压数显控制器(7)、水温数显控制器(8)设置在水箱上；出水管(9)一端设置在水箱顶部并与其连通，另一端与出水板(12)连通，出水管(9)上设置有升降式旋钮(10)用于调节出水管(9)高度，出水管(9)上设置有阀门(11)并位于升降式旋钮(10)上方；
所述振摇系统包括振摇箱(15)、夹板支架(16)、可伸缩排水管(17)、混悬液出水板(18)、支架Ⅰ(19)、调节支脚Ⅰ(20)、固定套(21)，振摇箱(15)固定在支架Ⅰ(19)顶端，支架Ⅰ(19)底端上设置调节支脚Ⅰ(20)，固定套(21)固定在测定仪底板(13)上，调节支脚Ⅰ(20)设置在固定套内；振摇箱(15)包括由4块梯形板倾斜设置组成的矩形框架、固定在矩形框内侧的支架Ⅱ(37)，梯形板内封装有振动装置，夹板支架(16)设置在支架Ⅱ上，夹板支架用于放置车辙试件；可伸缩排水管(17)一端固定在矩形框架底部，混悬液出水板(18)固定在可伸缩排水管(17)另一端上；
所述烘干振筛计量系统包括箱体(22)、可开合板式称重装置(24)、振筛板(25)、板式称重装置(26)、水平器(27)，可开合板式称重装置(24)、振筛板(25)设置在箱体(22)内并将箱体分隔为烘干称重腔、筛分腔、称重腔，振筛板(25)位于可开合板式称重装置(24)下方，板式称重装置(26)设置在箱体(22)底部，烘干称重腔内设置有加热装置，箱体(22)上设置有水平器(27)，箱体(22)底部设置有调节支脚Ⅱ(41)，用于调平，箱体顶部设置有可开合的箱盖；
箱体(22)上设置有烘干温度数显控制器、可开合板式称重装置数显控制器、振筛板数显控制器、板式称重装置数显控制器、空隙堵塞体积数显显示屏、冲滤飞散损失数显显示屏，可开合板式称重装置数显控制器包含数据采集模块，用于收集可开合板式称重装置称重的结果，并通过传输模块传递给板式称重装置数显控制器；板式称重装置数显控制器包含数据采集模块，用于收集板式称重装置称重的结果，并通过接收模块接收可开合板式称重装置数显控制器的数据，板式称重装置数显控制器还包括计算模块，用于计算空隙堵塞体积数和冲滤飞散损失数，并通过传输模块将计算结果分别传送到空隙堵塞体积数显显示屏、冲滤飞散损失数显显示屏上显示。
2.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：夹板支架(16)包括上夹板、下夹板、夹板螺丝，支架Ⅱ与下夹板固连，上夹板、下夹板通过夹板螺丝、螺母连接，上夹板、下夹板均为矩形框架。
3.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：调节支脚Ⅰ上设置有刻度。
4.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：可开合板式称重装置(24)包括2个电机、2个转轴、2块称重板、2个可伸缩支撑杆，2块称重板一端分别通过2个转轴对称设置在箱体(22)内，另一端相互紧密配合；2个电机的输出轴分别与2个转轴连接用于带动转轴转动，可伸缩支撑杆一端固定在称重板下方，另一端固定在箱体壁上，用于可开合板式称重装置闭合时支撑称重板，并保证2块称重板闭合时交接处紧密配合。
5.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：振筛板(25)包括筛板和振动装置，筛板上筛孔孔径为0.3mm。
6.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：流量数显控制器(4)设置流量状态为0-∞L，流速数显控制器(5)的流速范围为0-150mm/h。
7.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：水压数显控制器(7)的压强范围为0-300kPa，水温数显控制器(8)的温度范围是1-25℃。
8.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：出水板(12)和混悬液出水板(18)均为带孔板，出水板面积大于车辙试件面积。
9.根据权利要求1所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪，其特征在于：测定仪底板(13)底部设置有带刹车的万向脚轮。
10.权利要求1-9任一项所述的排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪的计算方法，其特征在于：车辙试件初始质量已知，记为m试；撒布的细料的质量和密度已知，记为m细、r细；出水板总的出水质量可根据流量数显控制器和相应温度下水的密度计算可知，为m总水＝Q水总×rT；可开合板式称重装置24对冲滤后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量和烘干后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量进行称重计量，分别记为m湿合、m干合，则混悬液中的水的质量m混水＝m湿合-m干合，留存在试件中的水的质量m试水＝m总水-m混水；板式称重装置对过筛后的细料干重进行称重计量，记为m干细，则试件自身颗粒掉落质量m掉＝m干合-m干细，留存在试件中的细料质量m细留＝m细-m干细，空隙堵塞体积
试件冲滤飞散损失
式中：
m试：车辙试件初始质量；
m细：撒布的细料的质量；
r细：撒布的细料的密度；
m湿合：冲滤后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量；
m干合：烘干后的混悬液质量，包含试件自身颗粒掉落质量；
m混水：混悬液中的水的质量；
m试水：留存在试件中的水的质量；
m干细：过筛后的细料干重；
m掉：试件自身颗粒掉落质量；
m细留：留存在试件中的细料质量；
V堵：空隙堵塞体积；
ΔS：试件冲滤飞散损失。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010117563.4A CN111208031A (zh) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪及计算方法 |
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| CN111208031A true CN111208031A (zh) | 2020-05-29 |
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| CN (1) | CN111208031A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111893836A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-06 | 河海大学 | 一种自清洁透水混凝土结构及其制备方法 |
| 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 |
| CN113552012A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-10-26 | 长安大学 | 一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置 |
-
2020
- 2020-02-25 CN CN202010117563.4A patent/CN111208031A/zh active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111893836A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-06 | 河海大学 | 一种自清洁透水混凝土结构及其制备方法 |
| CN111893836B (zh) * | 2020-06-29 | 2021-11-12 | 河海大学 | 一种自清洁透水混凝土结构及其制备方法 |
| 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 |
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| CN113552012B (zh) * | 2021-06-28 | 2024-04-19 | 长安大学 | 一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置 |
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