CN115901594A - 一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程试验测试技术研究领域，具体涉及一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置及为待测试道路材料提供耦合环境模拟的方法，装置包括试验箱体、冻融循环系统、紫外照射系统、降雨系统和/或流动水循环系统。与现有的技术的装置相比，本发明装置可以同时提供冻融环境、紫外照射环境、降雨环境和流动水环境中的一种环境模拟，也可以提供两种及以上的耦合环境模拟。特别是在本发明的装置中增加了升降系统，与其他系统配合使用，可以满足模拟部分试件的水害影响、不同紫外强度的影响、冷冻、融化速度的影响，有效增多了模拟场景。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，涉及土木工程试验测试技术研究领域，具体是一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置及为待测试道路材料提供耦合环境模拟的方法。
背景技术
根据《2021年交通运输行业发展统计公报》，全国公路里程达528.07万公里，其中高速公路总里程已超16万公里，并且95％以上比例的高速公路采用沥青路面进行铺设。沥青路面在长期服役过程中，由于服役环境的多样性以及交通量荷载的日益增加，致使越来越多的路面病害现象，大大缩短了服役年限，特别是我国北方等季节性冰冻区，气候变化严峻，伴随着冻融循环作用，沥青路面会出现严重的损伤并且加剧破坏的速率。沥青路面损伤不仅仅严重影响其服役性能，缩短服役寿命，还会增加路面维护的成本，给人们的生活带来重重的不便，造成社会经济的损失。
现有技术中有很多单因素模拟的实验装置，比如单独提供高温环境、紫外环境、降雨环境等，但是，实际上，道路材料在自然界中受到的侵害是多因素叠加的，而且这些因素都是在变化中的，比如紫外强度的变化、大气环境温度的变化、降雨温度、强度的变化以及水流环境的变化，因此，模拟环境是否更能接近自然环境对试件损害的测试更为重要。
发明内容
本发明基于现有技术中存在的问题，提出了一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，包括试验箱体，还包括：用于为试验箱体内试件提供模拟低温或高温环境的冻融循环系统、用于为试验箱体内试件提供模拟紫外照射环境的紫外照射系统和/或用于为试验箱体内试件提供模拟降雨环境的降雨系统。
在上述方案的基础上，本发明的试验装置还包括用于为试验箱体内试件提供模拟流动水环境的流动水循环系统。
在上述方案的基础上，所述冻融循环系统包括用于提供冷气的制冷系统、用于提供热气的制热系统以及用于将冷气或热气在试验箱体内循环的循环系统。
在上述方案的基础上，所述紫外照射系统包括设置于试验箱体顶壁上的紫外光灯。
在上述方案的基础上，所述降雨系统包括设置于试验箱体外部的储水箱、设置于试验箱体顶壁上的喷头。
在上述方案的基础上，所述流动水循环系统包括设置于试验箱体外部的流动水水箱、设置于试验箱体内用于浸泡部分或全部试件的水槽以及设置在流动水水箱和水槽之间提供循环流动水的循环水管路。
在上述方案的基础上，本发明的试验装置还包括设置于试验箱体内放置试件的置物架以及控制置物架在试验箱体内高度的升降系统。
除此之外，本发明还提供了一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的方法，具体的，对道路材料进行冻融环境模拟、紫外照射环境模拟、降雨环境模拟和流动水环境模拟中一种或多种耦合环境的模拟。
与现有的技术的装置相比，本发明装置可以同时提供冻融环境、紫外照射环境、降雨环境和流动水环境中的一种环境模拟，也可以提供两种及以上的耦合环境模拟。特别是在本发明的装置中增加了升降系统，与其他系统配合使用，可以满足模拟部分试件的水害影响、不同紫外强度的影响、冷冻、融化速度的影响，有效增多了模拟场景。本发明的装置及模拟方法，对于工程应用的材料特别是土、水泥、沥青混合料等处于自然环境的服役状态能充分模拟到位，特别是针对实际服役状态材料可能完全饱和也可能是部分饱和和部分不饱和状态，本发明使得模拟状态更加符合现场实际情况。除此之外，本发明试验装置中所包含的各系统、部件易于购买、易于组装，生产成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1中为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中试验装置中升降系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，包括试验箱体1，还包括：
用于为试验箱体1内试件提供模拟低温或高温环境的冻融循环系统2、
用于为试验箱体1内试件提供模拟紫外照射环境的紫外照射系统3、
和/或
用于为试验箱体1内试件提供模拟降雨环境的降雨系统4。
本发明的上述试验装置，可以满足同时为待测试件提供冻融环境模拟、紫外照射环境模拟、降雨环境模拟，也可以单独提供一种、两种环境的模拟。
作为一个具体的实施方案，所述冻融循环系统2包括用于提供冷气的制冷系统、用于提供热气的制热系统以及用于将冷气或热气在试验箱体1内循环的循环系统。当需要在试验箱体1内模拟低温环境时，开启制冷系统，循环系统通过进气管2-1向试验箱体1内不断输入冷气，进入试验箱体1的冷气经过循环后由回气管2-2从试验箱体1内回收；当需要在试验箱体1内模拟高温环境时，开启制热系统，循环系统通过进气管2-1向试验箱体1内不断输入热气，热气循环后由回气管2-2从试验箱体1内回收。当然，模拟试验用的温度和时间可以通过人为的方式进行控制，为了更为精准的实现预定环境模拟，可以增加设置温度控制器(图中不再示出)，通过预先设定所要达到的低温或高温温度、低温或高温时长等，对试验箱体1内的温度进行控制。本实施方案中的制冷系统、制热系统、循环系统以及温度控制器等均可以采用常规的市售设备，不属于本发明的创新，在此不再详述。
作为一个具体的实施方案，所述紫外照射系统3包括设置于试验箱体1顶壁上的紫外光灯3-1。
作为一个具体的实施方案，所述降雨系统4包括设置于试验箱体1外部的储水箱4-1、设置于试验箱体1顶壁上的喷头4-2。在上述方案的基础上，为了增加模拟雨水的实际情况，比如温度、雨量大小等，可以在储水箱4-1内增加用于控制水温的温度控制系统，在进入喷头4-2的管路上增加流量控制系统，通过这种方式，可以实现装置的拓展，进而使装置适用于更多环境状态的模拟。
在上述装置的基础上，为了记录下试件模拟时的变化，可以在试验箱体1内设置用于采集模拟过程中试件实时状态的摄像系统6，具体的，摄像系统6可以使用有线或无线摄像头。
为了测试流动水对试件的影响(水损害)，在上述装置的基础上，增加一个用于为试验箱体1内试件提供模拟流动水环境的流动水循环系统5。具体的，所述流动水循环系统5包括设置于试验箱体1外部的流动水水箱5-1、设置于试验箱体1内用于浸泡部分或全部试件的水槽5-2以及设置在流动水水箱5-1和水槽5-2之间的用于提供循环流动水的循环水管路5-3。在水槽5-2的上部设置有溢流口5-4，水槽5-2中多余的水可以从溢流口5-4排出。同时，可以在流动水循环系统5的循环水管路5-3上设置流量控制装置，以精确的控制循环水的流速。
由于需要模拟的环境要求比较多，比如需要模拟部分试件的水害影响、不同紫外强度的影响、冷冻、融化速度的影响等，本发明在上述方案的基础上，在提供一个更为优化的实施方案，具体的，如图1所示，在试验箱体1内设置有用于放置试件的置物架1-1和用于控制置物架1-1在试验箱体1内高度的升降系统1-2。具体的，升降系统1-2是用于提升或下降置物架1-1的，可以采用多种形式，比如由气缸带动置物架1-1运动。作为升降系统1-2的具体实施方案，如图2所示，本发明提供一个升降系统1-2的具体实施方式，具体的，所述升降系统1-2包括设置于试验箱体1外部的电机1-21、由电机1-21驱动的转动轴1-22以及一端固定在转动轴1-22上、另一端固定在置物架1-1上的吊绳1-23；转动轴1-22和吊绳1-23设置于试验箱体1内部。通过设置置物架1-1和升降系统1-2，可以控制试件的高低，进而控制试件浸水的深度；如果需要快速冷冻、融化，可以将试件由升降系统1-2带动靠近冻融循环系统2的进气管2-1的出气口；如果需要紫外照射的辐射强度加大，可以将试件由升降系统1-2带动靠近紫外光灯3-1。
本发明提到的试件具体为待测试的道路材料，比如沥青混合料试件、旋转压实试件、车辙试件等。
本发明的上述试验装置可以对道路材料进行冻融环境模拟、紫外照射环境模拟、降雨环境模拟和流动水环境模拟中一种或多种耦合环境的模拟。
实施例2
一种考虑水损害的冻融循环试验装置，装置采用的是实施例1中的装置，试验时只包括试验箱体1、冻融循环系统2、流动水循环系统5、置物架1-1以及升降系统1-2；
在实际中，道路材料处于饱和、不饱和状态是不固定的，可能部分是饱和状态部分是不饱和状态，为此，试验前，提前准备好所要求饱和度的试件(比如对试件提前饱水或者放置在试验箱体1中的水槽5-2中浸泡2-3天)。试验时，将试验要求的试件放置在置物架1-1上，使用升降系统1-2将试件调试在合适的高度，主要是调节流动水的深度(即试件浸没在水槽5-2中的深度)对试件的影响。
根据试验要求的冷冻温度和时间开启冻融循环系统2，等到试件冰冻后，控制流动水循环系统5打开，之后控制冻融循环系统2对试件进行解冻，从而可以探究不同的冻融条件对试件的影响，同时通过控制流动水循环系统5的流速，从而探究冻融循环作用下流动水对试件的影响。
实施例3
一种考虑紫外光/降雨的冻融循环试验装置，装置采用的是实施例1中的装置，试验时只包括试验箱体1、冻融循环系统2、紫外照射系统3和降雨系统4(也可以增加置物架1-1和升降系统1-2)；
在冻融循环过程中进行紫外光照射模拟，以及模拟降雨。从而探究冻融循环作用下紫外光和降雨对试件的影响。
实施例4
一种考虑光照-降雨-流动水-冷热耦合环境作用的冻融循环试验装置，装置采用的是实施例1中的装置，试验时只包括试验箱体1、冻融循环系统2、紫外照射系统3、降雨系统4、流动水循环系统5、置物架1-1以及升降系统1-2。
试件准备时，根据级配和实验要求制备试件(沥青混合料试件、旋转压实试件、车辙试件均可)。以沥青混合料试件为例，由于现有研究没有出台具体的沥青混合料冻融循环作用试验的操作规范，因此根据相关文献和研究经验，参考半刚性基层和水泥混凝土的冻融循环试验对试件提前饱水或者放置试验箱体1的水槽5-2中浸泡2-3天。之后将饱水处理后的试件放置在置物架1-1上。
试验时，使用升降系统1-2将试件调节在合适的高度，按照试验的要求进行紫外光照、降雨、流动水及冻融条件的耦合环境模拟。
模拟过程中，可以使用摄像系统6记录在不同环境下试件的损害程度，通过摄像头拍摄的图像收集并定性分析不同环境对试件的影响程度。
使用本实施例的装置及方法，在考虑复杂环境作用下材料的冻融损伤、降雨损伤、紫外损伤、水损伤等可以在不同初始条件下自由组合，实现各种环境因素作用下道路材料的环境模拟，确定在复杂环境作用下各个因素的影响大小以及道路材料服役过程中的变化。利用贝叶斯分析方法或者其他分析法确定各个影响因素的影响权重，从而综合去评价道路材料的服役状态，提出道路材料在各种复杂环境下延长使用的合理防治措施。
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示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，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对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，包括试验箱体(1)，其特征在于，还包括：
用于为试验箱体(1)内试件提供模拟低温或高温环境的冻融循环系统(2)、
用于为试验箱体(1)内试件提供模拟紫外照射环境的紫外照射系统(3)、
和/或
用于为试验箱体(1)内试件提供模拟降雨环境的降雨系统(4)。
2.根据权利要求1所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，还包括用于为试验箱体(1)内试件提供模拟流动水环境的流动水循环系统(5)。
3.根据权利要求1所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，所述冻融循环系统(2)包括用于提供冷气的制冷系统、用于提供热气的制热系统以及用于将冷气或热气在试验箱体(1)内循环的循环系统。
4.根据权利要求1所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，所述紫外照射系统(3)包括设置于试验箱体(1)顶壁上的紫外光灯。
5.根据权利要求1所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，所述降雨系统(4)包括设置于试验箱体(1)外部的储水箱(4-1)、设置于试验箱体(1)顶壁上的喷头(4-2)。
6.根据权利要求2所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，所述流动水循环系统(5)包括设置于试验箱体(1)外部的流动水水箱(5-1)、设置于试验箱体(1)内用于浸泡部分或全部试件的水槽(5-2)以及设置在流动水水箱(5-1)和水槽(5-2)之间提供循环流动水的循环水管路(5-3)。
7.根据权利要求1所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，还包括：用于采集模拟过程中试件实时状态的摄像系统(6)。
8.根据权利要求1所述的为待测试道路材料提供耦合环境模拟的试验装置，其特征在于，还包括：设置于试验箱体(1)内放置试件的置物架(1-1)以及控制置物架(1-1)在试验箱体(1)内高度的升降系统(1-2)。
9.权利要求1-8任一项所述的试验装置用于为待测试道路材料提供耦合自然环境模拟。
10.一种为待测试道路材料提供耦合环境模拟的方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的试验装置，具体的，对道路材料进行冻融环境模拟、紫外照射环境模拟、降雨环境模拟和流动水环境模拟中一种或多种耦合环境的模拟。
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| CN120084689A (zh) * | 2025-05-07 | 2025-06-03 | 中交路桥建设有限公司 | 一种基于废胎橡胶颗粒的公路路基实验装置及方法 |
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- 2022-12-07 CN CN202211560803.3A patent/CN115901594A/zh active Pending
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