一种评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置及方法与流程

本发明属于沥青路面性能检测领域，涉及一种评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置及方法。

背景技术：

目前测试沥青路面抗水损害能力的试验存在不足，更缺乏评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置以及确定方法。现有技术的主要缺点如下：

1)现有技术一般采用冻融劈裂试验来测试沥青混合料水稳定性，已有的试验、研究都是利用负压对沥青混合料进行饱水，而不是利用负压使得沥青混合料直接损伤破坏，因而不能反映动水压力对沥青路面的破环作用，也无法确定沥青路面抗动水冲刷性能；

2)现有技术一般仅采用沥青混合料试件冲刷前后劈裂强度比作为评价指标，忽略了沥青混合料试件冲刷前后排水能力变化以及质量变化，而且忽略了动水压力大小不同对试验结果的影响，因此，无法精细确定沥青路面抗动水冲刷性能，不能评价沥青路面抗水损害能力；

3)现有技术一般仅模拟沥青混合料试件在纵向动水压力下冲刷，忽略了现实条件下沥青路面可能受到各方向动水压力的冲刷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置及方法，该装置及方法能够准确实现对沥青路面抗动水冲刷性能的评价，并且能够模拟沥青路面受各方向水压力的冲刷。

为达到上述目的，本发明所述的评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置包括控制箱、底板、顶板、集水筒、环形支承轴、控制箱、支撑杆、集水筒、喷头、密闭橡胶板、输水管、给水箱及计算机；

集水筒、顶板、底板、环形支承轴及控制箱自上到下依次分布，各支撑杆的下端固定于控制箱上，支撑杆的上端穿过底板固定于顶板的底部，待测沥青路面的横截面为圆环形结构，待测沥青路面上端密封固定于顶板的底部，待测沥青路面的下端密封固定于底板的顶部，底板通过环形支承轴固定于控制箱上，集水筒下端的出水口穿过顶板与待测沥青路面相连通，喷头位于待测沥青路面内，底板的中部开设有排水口，喷头的顶部设有密闭橡胶板，输水管的一端与给水箱相连通，输水管的另一端穿出控制箱及底板插入待测沥青路面内后与喷头相连通，给水箱的底部设有升降杆，升降杆收缩带动输水管、喷头及密闭橡胶板下降，使底板中部的排水口通过密闭橡胶板封闭；集水筒的下端设有第一阀门及流量计，集水筒顶部的侧面设有溢流口，计算机与升降杆的控制端及流量计相连接；

喷头的侧面沿周向设有若干喷水口。

溢流口设有第二阀门。

顶板与集水筒之间设有第一橡胶底座；

顶板与待测沥青路面之间设有第二橡胶底座；

待测沥青路面与底板之间设有第三橡胶底座。

第一橡胶底座上设有用于固定集水筒的第一环形套口；

第二橡胶底座上设有用于固定待测沥青路面的第二环形套口；

第三橡胶底座上设有用于固定待测沥青路面的第三环形套口。

还包括用于收集水的收集罩，其中，收集罩的底部开口扣合于控制箱上，支撑杆、底板、顶板及待测沥青路面均位于收集罩内。

收集罩底部的侧面连通有出水管，出水管上设有第三阀门。

本发明所述的评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验方法包括以下步骤：

1)计算机控制升降杆下降，使密闭橡胶板封闭底板中部的排水口，关闭第一阀门及第二阀门，向集水筒内加水，当集水筒中的水超过溢流口时，打开第二阀门，使集水筒中的水经溢流口流出，直至集水筒中的水与溢流口齐平为止，然后打开第一阀门，使集水筒中的水流入待测沥青路面中，并使待测沥青路面注满水，通过集水筒中的水位下降来模拟静水变压状态，使待测沥青路面的内壁处于静水变压状态，然后通过流量计检测集水筒中水向下流动的流速信息，并将集水筒中水向下流动的流速信息转发至计算机中，计算机根据集水筒中水向下流动的流速信息计算待测沥青路面未被动水冲刷前的渗水速率V；

2)计算机控制升降杆上升，使待测沥青路面中的水经底板中的排水口排出，开启喷头，通过喷头对待测沥青路面的内壁进行冲洗，然后再重复步骤1)，得待测沥青路面被动水冲刷后的渗水速率V_i；

3)重复N-1次步骤2)，得N个待测沥青路面的渗水速率V_i，然后根据N个待测沥青路面的渗水速率V_i计算待测沥青路面的冲刷渗水速率下降率ω；

4)将待测沥青路面进行烘干，并称取当前待测沥青路面的质量m′，然后根据当前待测沥青路面的质量m′计算动水冲刷后待测沥青路面的质量损失率λ，完成评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置及方法在具体操作时，通过集水筒向待测沥青路面中进行注水，从而使沥青路面内壁处于静水压状态，再通过流量计检测集水筒中水向下流动的流速信息，并根据集水筒中水向下流动的流速信息计算待测沥青路面未被动水冲刷前的渗水速率，然后通过喷头喷出的水对待测沥青路面的内壁进行冲洗，从而得到待测沥青路面被动水冲刷后的渗水速率，然后根据待测沥青路面被动水冲刷前后的渗水速率计算待测沥青路面的冲刷渗水速率下降率ω，同时根据冲洗后待测沥青路面的质量得到动水冲刷后待测沥青路面的质量损失率λ，完成评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验，操作简单，准确度较高，易于实现，同时喷头上的喷水口沿周向均匀分布于喷头的侧面，从而模拟沥青路面受各方向水压力的冲刷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中底板6的结构示意图；

图3为本发明中顶板10的结构示意图；

图4为本发明中喷头19的结构示意图。

其中，1为控制箱、2为升降杆、3为给水箱、4为支撑杆、5为收集罩、6为底板、7为第三橡胶底座、8为输水管、9为待测沥青路面、10为顶板、11为第一阀门、12为集水筒、13为第二阀门、14为溢流口、15为流量计、16为密闭橡胶板、17为第一橡胶底座、18为第二橡胶底座、19为喷头、20为环形支承轴、21为出水管、22为第三阀门、23为计算机、24为喷水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验装置包括控制箱1、底板6、顶板10、集水筒12、环形支承轴20、控制箱1、支撑杆4、集水筒12、喷头19、密闭橡胶板16、输水管8、给水箱3及计算机23；集水筒12、顶板10、底板6、环形支承轴20及控制箱1自上到下依次分布，各支撑杆4的下端固定于控制箱1上，支撑杆4的上端穿过底板6固定于顶板10的底部，待测沥青路面9的横截面为圆环形结构，待测沥青路面9上端密封固定于顶板10的底部，待测沥青路面9的下端密封固定于底板6的顶部，底板6通过环形支承轴20固定于控制箱1上，集水筒12下端的出水口穿过顶板10与待测沥青路面9相连通，喷头19位于待测沥青路面9内，底板6的中部开设有排水口，喷头19的顶部设有密闭橡胶板16，输水管8的一端与给水箱3相连通，输水管8的另一端穿出控制箱1及底板6插入待测沥青路面9内后与喷头19相连通，给水箱3的底部设有升降杆2，升降杆2收缩带动输水管8、喷头19及密闭橡胶板16下降，使底板6中部的排水口通过密闭橡胶板16封闭；集水筒12的下端设有第一阀门11及流量计15，集水筒12顶部的侧面设有溢流口14，计算机23与升降杆2的控制端及流量计15相连接；喷头19的侧面沿周向设有若干喷水口24。

溢流口14设有第二阀门13；顶板10与集水筒12之间设有第一橡胶底座17；顶板10与待测沥青路面9之间设有第二橡胶底座18；待测沥青路面9与底板6之间设有第三橡胶底座7；第一橡胶底座17上设有用于固定集水筒12的第一环形套口；第二橡胶底座18上设有用于固定待测沥青路面9的第二环形套口；第三橡胶底座7上设有用于固定待测沥青路面9的第三环形套口。

本发明还包括用于收集水的收集罩5，其中，收集罩5的底部开口扣合于控制箱1上，支撑杆4、底板6、顶板10及待测沥青路面9均位于收集罩5内；收集罩5底部的侧面连通有出水管21，出水管21上设有第三阀门22。

本发明所述的评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验方法包括以下步骤：

1)计算机23控制升降杆下降，使密闭橡胶板16封闭底板6中部的排水口，关闭第一阀门11及第二阀门13，向集水筒12内加水，当集水筒12中的水超过溢流口14时，打开第二阀门13，使集水筒12中的水经溢流口14流出，直至集水筒12中的水与溢流口14齐平为止，然后打开第一阀门11，使集水筒12中的水流入待测沥青路面9中，并使待测沥青路面9注满水，通过集水筒12中的水位下降来模拟静水变压状态，使待测沥青路面9的内壁处于静水变压状态，然后通过流量计15检测集水筒12中水向下流动的流速信息，并将集水筒12中水向下流动的流速信息转发至计算机23中，计算机23根据集水筒12中水向下流动的流速信息计算待测沥青路面9未被动水冲刷前的渗水速率V；

2)计算机23控制升降杆2上升，使待测沥青路面9中的水经底板6中的排水口排出，开启喷头19，通过喷头19对待测沥青路面9的内壁进行冲洗，然后再重复步骤1)，得待测沥青路面9被动水冲刷后的渗水速率V_i；

3)重复N-1次步骤2)，得N个待测沥青路面9的渗水速率V_i，然后根据N个待测沥青路面9的渗水速率V_i计算待测沥青路面9的冲刷渗水速率下降率ω；

4)将待测沥青路面9进行烘干，并称取当前待测沥青路面9的质量m′，然后根据当前待测沥青路面9的质量m′计算动水冲刷后待测沥青路面9的质量损失率λ，完成评价沥青路面抗动水冲刷性能的试验。

具体的，通过计算机23绘出的渗水速率与时间的关系图，单位时间渗流速率V′_i＝单位时间内通过过水断面的流量的平均值Q_i/过水断面面积S；其中，单位时间内通过过水断面的流量的平均值Q_i由流量计15获得并输入计算机23中，过水断面面积S＝πdh，d为待测沥青路面9的内径，h为待测沥青路面9的高度；取渗水时间为3分钟，每20s计算一个单位时间渗水速率，则获得9个单位时间渗水速率V′₁、V′₂...V′₉,取9个单位时间渗水速率的平均值即为待测沥青路面9的横向渗水速率V，其中，

本发明中N＝6，采样相同的方法即可求出N次动水冲刷后待测沥青路面9的渗流速率V₁、V₂...V₆，得待测沥青路面9被冲刷i次后渗水速率下降率ω_i＝(待测沥青路面9未被动水冲刷前渗水速率V-待测沥青路面9被冲刷i次后渗水速率V_i)/待测沥青路面9未被动水冲刷前渗水速率V，得6个待测沥青路面9被动水压力冲刷后的渗水速率下降率ω₁、ω₂...ω₆，取所述6个渗水速率下降率的平均值作为待测沥青路面9的冲刷渗水速率下降率ω，其中，

动水冲刷后待测沥青路面9的试件质量损失率λ＝(冲刷前试件烘干质量m-试件被冲刷破坏后烘干质量m′)/冲刷前试件烘干质量m，其中，