CN207336277U - 复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，包括底座，所述底座上设置有用于放置试件的冲刷桶，所述冲刷桶内设置有通过上下往复动力机构驱动的水平压板，所述水平压板下表面设置有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与压力控制器的信号输入端相连，所述压力控制器的控制输出端与所述上下往复动力机构的控制输入端相连。本实用新型能模拟现场多种道路冲刷工况，具有操作简单方便、便于准确观察等特点，为道路材料试验提供科学依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及道路材料抗冲刷性能试验设备技术领域，尤其是涉及一种复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置。
背景技术
大量路况调查表明，基层材料抗冲刷能力不足是我国路面结构损坏的主要原因之一。如沥青路面的唧泥、坑槽、裂缝、沉陷等，水泥混凝土路面的板底脱空、唧泥乃至结构性断裂等，均与基层材料的抗冲刷能力不足直接相关。
目前，国外主要采用旋转刷和振动台进行冲刷试验。旋转刷出现较早，依靠旋转着的钢丝刷对试件表面进行磨刷，通过测定钢丝刷刷下量的多少来衡量试件抗冲刷能力的强弱。由于钢丝刷的压力由钢丝刷的垂直重量控制，且整个磨刷过程无水，不能模拟材料的水携砂过程，与路面实际状况不符。振动台法尽管振动板的频率与振幅恒定不变，但是球体与振动板的频率并不一致，球体运动频率组成范围很宽，且大多低于振动板的振动频率。在振动板的振动作用下，球体的振幅也不是确定的。球体每次下落与振动板表面发生碰撞时，球体受到的振动力同样不规律，作用力的大小也不是一个确定值。当球体质量或刚度发生变化以后，振动板上球体的运动状态及其受力情况也随之发生变化。
近年来，国内道路工作者改良和研发了多种基层材料冲刷试验设备，目前主要采用振动台试验法和利用MTS（材料试验系统）施加冲击力的冲刷试验法。这两种试验方法虽可模拟有压水流的冲刷作用，但前者试件受到的作用力大小和频率不稳定，而后者由MTS控制压头提供的冲击力虽可控，但冲刷试件表面受到的冲刷动水压力是未知且不均匀，无法定量地评判有压水流的两大参数（动水压力、流速）对基层材料冲刷性能的影响。因此，上述试验方法对基层材料的抗冲刷性能评价仅停留在定性阶段。此外，MTS属于大型平台试验装置，占地面积大，制造费用相当高，因此不易推广。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单、制作方便、控制灵活的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置。
为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案：
本实用新型所述的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，包括底座，所述底座上设置有用于放置试件的冲刷桶，所述冲刷桶内设置有通过上下往复动力机构驱动的水平压板，所述水平压板下表面设置有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与压力控制器的信号输入端相连，所述压力控制器的控制输出端与所述上下往复动力机构的控制输入端相连。
为了实现自动调节试验水温功能，在所述底座内设置有制冷器和加热器，所述冲刷桶内设置有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与温度控制器的信号输入端相连，所述温度控制器的控制输出端分别与所述制冷器和加热器的控制输入端相连。
为了方便固定试件，在所述冲刷桶的底板上连接有试件固定装置，所述试件固定装置为与试件外部尺寸相适应的固定框架。
所述上下往复动力机构包括设置在冲刷桶周围的立杆，所述立杆通过高度调节件连接有位于冲刷桶上方的支撑板，所述支撑板上设置有空压机驱动的气缸，所述气缸另一端与水平压板相连。上述高度可调的支撑板可使试验装置适用于多种高度规格的试件。
为了避免冲刷桶内水量减少，所述冲刷桶上设置有顶盖，并在所述顶盖上开设有气缸穿设孔。
本实用新型提供的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，能模拟现场多种道路冲刷工况，具有操作简单方便、便于准确观察等特点，为道路材料试验提供科学依据。与现有技术相比，其具有以下优点：
1）本实用新型能准确模拟实际路面动水压力的冲刷；
2）本实用新型能够精确控制冲刷频率和冲刷作用力，也可以对这两个试验参数进行调节，满足不同的试验要求；
3）本实用新型更容易实现对冲刷动水压力和冲刷水温度等试验条件的控制；
4）本实用新型在试验过程中有“泵吸作用”，即水的冲刷和抽吸两部分，使真空吸力的作用更加明显；
5）本实用新型试件顶部以下的结构不会受到冲刷，仅将试件顶部处于冲刷环境，与路面的真实情况相符，改善了原有试验方法中试件下侧部遭受水流冲刷，材料剥落的现象；
6）本实用新型与《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中T0860的MTS或其他能够施加振动荷载的试验设备相比，体积小，操作简单，经济实用，便于推广。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，包括底座1，底座内可设置加热器2和制冷器3，底座1上还固设有冲刷桶4和多个位于冲刷桶4周围的立杆5，立杆5上通过高度调节件安装有一个位于冲刷桶4上方的支撑板6，支撑板6下方设置有用于提供冲刷水压的水平压板9。具体地，由空压机10驱动的气缸8底座和活塞杆分别与支撑板6和水平压板9相连，气缸8抽排气使水平压板9反复上下运动，迫使冲刷桶4内水流动对试件产生冲刷作用力，模拟实际路面板底冲刷现象。此外，也可采用其他常见的往复驱动方式。为了防水，可在气缸8外侧套接安装密封型伸缩套管7。为了检测冲刷力的大小，在水平压板9下表面设置有压力传感器11，且压力传感器11的信号输出端与压力控制器12的信号输入端相连，压力控制器12的控制输出端与空压机10的控制输入端相连，使水平压板9根据设定的试验水压实现自动往复运动；同时，可通过压力控制器12设定冲刷次数（一般为6000次左右），使装置按照设定的冲刷压力、冲刷次数对试件进行试验。为了避免冲刷桶内清水溅出引起水量减少，在冲刷桶4上设置有橡胶顶盖，气缸8穿过顶盖使水平压板9处于顶盖下方。为了方便固定试件，在冲刷桶4内设置有试件固定装置。具体地，该试件固定装置包括多个螺接在冲刷桶4桶底的支撑立柱13，各支撑立柱13均与固定在试件周围的固定环14相连。当试验要求水温和外部环境温度相差不大的情况下，可向冲刷桶4内直接注入室温清水；反之，为了实现自动调节试验水温功能，可在冲刷桶4内设置有温度传感器15，并将温度传感器15的信号输出端与温度控制器16的信号输入端相连，并将温度控制器16的控制输出端与加热器2和制冷器3的控制输入端分别相连，使冲刷桶4内的水温按照试验要求进行自动调节。
本实用新型可对多种路面结构的试件进行抗冲刷试验，以下以复合再生材料路面足尺结构的试件为例，说明本实用新型进行抗冲刷试验的方法。
具体地，上述试件为一个300mm×300mm×450mm的采用水泥稳定复合再生基层足尺结构的车辙试件，其底基层为150mm的石灰稳定土层，其上依次为50mm的无机结合料基层、200mm的水泥稳定复合再生基层（上述复合再生材料由实际路面沥青面层和部分基层的铣刨料加入一定量的水泥和新集料后复合再生而成）和50mm的基质沥青AC-13C混凝土面层，其中的路面透层、封层均为乳化沥青。
试验步骤如下：
（1）将用于制作本次试验试件所用的石灰稳定土、无机结合料、水泥稳定复合再生铣刨料按现行规范确定最大干密度和最佳含水率，并按路面的设计压实度称料，用轮碾机成型板式试件，养生完毕进入沥青混凝土面层的成型，车辙试模逐渐加高至450mm，完成试件成型。
（2）为了模拟对开裂路面的冲刷效果，再在成型试件上开一个长50mm、宽3mm、深度为250mm的横向缝隙。
（3）为了模拟路面饱水的不利状态，将试件放入水中养生24小时后，取出，进行外观检查，保证无明显损坏，擦干表面水分，称重并记录初始重量m0。
（4）为了防止试件周侧受到动水冲刷，在试件顶部20mm以下部分包裹橡胶皮套17，之后将试件放入冲刷桶中，冲刷桶中的水面高于试件顶面20mm左右。
（5）设定冲刷桶内水温为20℃、冲刷水压为50KPa、冲刷次数为6000次，启动空压机使水平压板上、下往复运动，模拟有压水流对路面的冲刷效果。
（6）取出试件，擦干试件表面水分，然后称重计为m1，计算冲刷量（m0 -m1）和冲刷损失P，。
（7）按照上述步骤进行3-5个平行实验，舍去冲刷损失P变异系数＞15%的数据后，取实验平均值作为最终结果。
上述冲刷试验中应该注意以下问题：
1）成型试件时，每一层混合料均应按室内的最大干密度×现场的压实度进行成型，这样可以更好地模拟路面的实际状况。
2）试件除了顶面受到冲刷损失外，其他部位不应有明显的冲刷损失，否则该次试验无效。
3）在试验中应始终保持冲刷桶及试件的稳定性，若冲刷桶或试件出现松动，应立即停止试验，加固后方可继续。
4）尽管冲刷桶上罩有橡胶顶盖，但试验中冲刷桶内的水还会不可避免地溅出，为了保证试验稳定性，不影响泵吸作用，试验进程中应及时补水。
附：动水压力的标定
为了使水流对试件产生足够的冲刷压力，本发明人还研究了空压机与冲刷桶内动水压力的关系，具体如表1所示：
表1 空压机压力与冲刷桶内动水压力对照表
。
Claims (5)
1.一种复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，其特征在于：包括底座，所述底座上设置有用于放置试件的冲刷桶，所述冲刷桶内设置有通过上下往复动力机构驱动的水平压板，所述水平压板下表面设置有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与压力控制器的信号输入端相连，所述压力控制器的控制输出端与所述上下往复动力机构的控制输入端相连。
2.根据权利要求1所述的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，其特征在于：所述底座内设置有制冷器和加热器，所述冲刷桶内设置有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与温度控制器的信号输入端相连，所述温度控制器的控制输出端分别与所述制冷器和加热器的控制输入端相连。
3.根据权利要求1所述的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，其特征在于：在所述冲刷桶的底板上连接有试件固定装置，所述试件固定装置为与试件外部尺寸相适应的固定框架。
4.根据权利要求1所述的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，其特征在于：所述上下往复动力机构包括设置在冲刷桶周围的立杆，所述立杆通过高度调节件连接有位于冲刷桶上方的支撑板，所述支撑板上设置有空压机驱动的气缸，所述气缸另一端与水平压板相连。
5.根据权利要求4所述的复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置，其特征在于：所述冲刷桶上设置有顶盖，所述顶盖上开设有气缸穿设孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201721422852.5U CN207336277U (zh) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | 复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置 |
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| CN201721422852.5U CN207336277U (zh) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | 复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置 |
Publications (1)
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| CN207336277U true CN207336277U (zh) | 2018-05-08 |
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| CN201721422852.5U Active CN207336277U (zh) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | 复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108169044A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-06-15 | 河南省交通规划设计研究院股份有限公司 | 复合再生材料路面足尺结构抗冲刷试验装置及试验方法 |
| CN111289198A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-16 | 河北工程大学 | 一种改进型相似材料立体模拟实验支架 |
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2017
- 2017-10-31 CN CN201721422852.5U patent/CN207336277U/zh active Active
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