道路粒料类基层材料离析性能评价设备与评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路工程材料设计与施工质量控制技术领域，涉及一种双漏斗法道路 粒料类基层材料离析性能评价设备与评价方法。
【背景技术】
[0002] 在道路工程无机结合料稳定粗粒土 (水泥稳定碎石、水泥稳定砾石、二灰稳定碎石 和三灰碎石）和无结合料碎石(级配碎石、级配砾石）基层材料的摊铺过程中，常常出现离析 现象(粗集料与细集料分布不均现象)，严重影响道路基层的施工质量和日后的道路使用寿 命，但在道路工程现行规范体系中，在基层材料设计过程中没有离析的评价方法，目前，在 道路工程研究领域，也没有基层材料离析的评价设备和指标。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种道路粒料类基层材料离析性能评价设备与评价方法，在 道路粒料类基层配合比设计过程中，用于评价道路工程粒料类基层材料的离析性能。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种道路粒料类基层材料离析性能评价设备，由漏斗、支柱、漏斗与支柱的连接件、底 板四部分组成，其中： 所述漏斗为两个，漏斗下沿处设计有插销； 所述支柱为三根，底端设有螺纹； 所述漏斗与支柱的连接件为两个，两个连接件上下平行设置，连接件的中间为圆环，用 于放置漏斗，圆环上间隔90度焊有三个横臂，横臂的末端与支柱相连； 所述底板为方形，以底板中点为圆心绘有同心圆，底板的三个角上焊有带螺纹的底板 连接件，支柱的底端与底板连接件螺纹连接。
[0005] -种利用上述设备评价道路粒料类基层材料离析性能的方法，包括如下步骤： 一、 确定被试验材料的级配和最佳含水量，在最佳含水量下准备粒料类基层材料9kg， 闷料至少2h以上； 二、 关闭上下漏斗的插销，分三次(每次3kg)装入上漏斗，打开上漏斗的插销，让材料一 次自由下落到下漏斗里，之后打开下漏斗的插销，让材料一次性自由落在底板上，形成一个 堆积锥体，之后，间隔90度对径量测锥体的堆积高度和堆积直径，取平均值； 三、 按照下述公式计算材料的离析性能评价指标：
式中：L 一离析系数； D -基层材料堆积直径，cm ; H -基层材料堆积高度，cm ; Θ。一基层材料自然安息角，度。
[0006] 本发明具有如下优点： 1、 在现行道路试验规程和规范中，没有粒料类(无粘结类或无机结合料粘结类）基层材 料的离析评价设备和评价方法，发明填补了行业空白； 2、 该设备结构性能稳定，底板的尺寸很大，通过倾覆试验表明，当两个漏洞均装满料 后，设备的结构稳定性很好，不会发生倾覆现象； 3、 工作性能稳定，双漏斗的设计消除了人为装料密实程度的不同（单漏斗时）导致自由 下落状态的差别，试验结果具有很好的重现性； 4、 三个立柱刻有刻度，能保证双漏斗处于水平状态； 5、 底板上可以刻度，方便读取堆料的自由堆积半径； 6、 本设备制作成本低廉，成本价格在500元左右； 7、 本设备不需要动力，试验过程中不消耗能源。
【附图说明】
[0007] 图1为道路粒料类基层材料离析性能评价设备的整体结构示意图； 图2为漏斗与支柱的连接件的结构示意图； 图3为底板的结构不意图； 图4为b点的放大图（10:1); 图5为粒料类基层自由下落的堆积状态(离析严重状态）； 图6为粒料类基层自由下落的堆积状态(离析一般状态） 图7为粒料类基层自由下落的堆积状态(离析较小状态）； 图8为离析参数定义示意图； 图中：1_漏斗，2-支柱，3-漏斗与支柱的连接件，4-底板，5-插销，6-底板连接件，7-横 臂。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0009] 本发明提供了一种用于评价道路工程粒料类基层材料离析性能的设备和评价指 标，具体内容如下： 一、设备状况 (1)设备组成： 如图1-4所示，本发明设备由以下四部分组成： 一、漏斗1 :两个，漏斗1上沿直径Φ=25(：πι，下沿直径8cm，在下沿处设计有插销5,打开 插销5,漏洞里的基层材料可以在重力的作用下自由下落，关闭插销5,基层材料则留存在 漏斗1里。
[0010] 二、支柱2 :共三根，用于支持两个漏斗1，支柱2为Φ=4αιι的镀锌钢管，每根长 I. 5m，上面刻有厘米级的刻度，钢管的底端有螺纹，以方便与底板4连接。
[0011] 三、漏斗与支柱的连接件3 :共两件，漏斗与支柱的连接件3中间为圆环?=24cm， 用于放置漏斗1，间隔90度焊有三个横臂7,横臂7的末端焊有Φ =4. 2cm的套管，长2cm，套 管上有锚丝，用于和支柱2相连接。
[0012] 四、底板4 :为63cmX63cm的方形钢板，厚度为8mm，在方形钢板的三个角，焊有带 螺纹的底板连接件6,以实现与支柱2的连接；以底板中点为圆心，以Icm为增量，在底板上 绘有同心圆，最小同心圆的半径为5cm，最大同心圆半径为30cm。
[0013] (2)设备的组装 分三步： ① 把底板平放在地面上，把三根支柱分别旋进底板连接件； ② 把两个固定漏斗的连接件套进支柱，调整好间距和水平，用锚丝固定； ③ 把两个漏斗分别放置在圆环上。
[0014] (3)工作原理 ①原理： 粒料类基层材料在自由下落堆积试验表明，堆积直接和堆积高度均与其施工的离析 状况具有很强的相关性，堆积半径越大，堆积高度越小，离析性越大，反之，材料的的工作性 则越好，本发明通过自然堆积测定堆积直接和堆积高度，根据评价指标，给出材料的离析状 况。
[0015] ②材料的准备 采用规范要求的方法确定被试验材料的最佳含水量(重型击实或振动压实法)，在最佳 含水量下，准备9kg粒料类基层材料，闷料至少2h以上。
[0016] ③试验方法 在最佳含水量下，准备9kg粒料类基层材料，关闭上下漏斗的插销，分三次装入上漏 斗，打开上漏斗的插销，让材料一次自由下落的下漏斗里(保证下漏斗的材料状态均匀），之 后打开下漏斗的插销，让材料一次性落在底板上，形成一个锥体，之后，间隔90度对径量测 锥体的堆积高度H和堆积直径D，精确到mm，取平均值。
[0017] 二、离析的评价指标 图5-7为级配碎石自由下落的三种典型堆积形态，图5的堆积形态表示基层材料抗离 析性能最差，此时粗集料都集中在外侧，石料之间缺乏粘结力，容易离析而且不利于施工压 实。图6表示施工和易性一般，石料之间粘结力较好，但是流动性不好，颗粒间不容易移动， 可压实性能一般；图7的堆积形状表征石料之间具有较好的粘聚性和流动性，颗粒的堆积 最丰满，离析最小与可压实性最好，这一状态可通过调整基层材料的级配(包括调整最大粒 径、4. 75mm的通过率、0. 075的通过率或外掺粉煤灰等技术措施）来实现。
[0018] 如果不同粒径组合成的松散粒料堆积高度愈小，堆积直径愈大，则说明颗粒间的 粘聚力愈小，在施工过程中愈容易产生离析，为此定义离析系数L为堆积直径D与堆积高度 h的比值，如图8,物理意义为自然安息角Θ。的余切2倍，即：
， 式中：L 一离析系数； D -基层材料堆积直径，cm ; H -基层材料堆积高度，cm ; Θ。一基层材料自然安息角，度。
[0019] 式（1)表明：D愈大，H愈小，离析系数L愈大，则离析程度愈大。
【主权项】
1. 一种道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述设备由漏斗、支柱、漏 斗与支柱的连接件、底板四部分组成，其中： 所述漏斗为两个，漏斗下沿处设计有插销； 所述支柱为三根，底端设有螺纹； 所述漏斗与支柱的连接件为两个，两个连接件上下平行设置，连接件的中间为圆环，用 于放置漏斗，圆环上间隔90度焊有三个横臂，横臂的末端与支柱相连； 所述底板为方形，以底板中点为圆心绘有同心圆，底板的三个角上焊有带螺纹的底板 连接件，支柱的底端与底板连接件螺纹连接。2. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述漏 斗上沿直径〇=25cm，下沿直径8cm。3. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述支 柱为C>=4cm的镀锌钢管，每根长1. 5m。4. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述支 柱上面刻有厘米级的刻度。5. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述圆 环C>=24cm。6. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述横 臂的末端焊有Φ=4. 2cm的套管，长2cm，套管上有锚丝，用于和支柱相连接。7. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述底 板为63cmX63cm的方形钢板，厚度为8mm〇8. 根据权利要求1所述的道路粒料类基层材料离析性能评价设备，其特征在于所述同 心圆以lcm为增量，在最小同心圆的半径为5cm，最大同心圆半径为30cm。9. 一种利用上述设备评价道路粒料类基层材料离析性能的方法，其特征在于所述方法 步骤如下： 一、 确定被试验材料的级配和最佳含水量，在最佳含水量下准备粒料类基层材料9kg， 闷料至少2h以上； 二、 关闭上下漏斗的插销，分三次装入上漏斗，每次3kg，打开上漏斗的插销，让材料一 次自由下落到下漏斗里，之后打开下漏斗的插销，让材料一次性自由落在底板上，形成一个 堆积锥体，之后，间隔90度对径量测锥体的堆积高度和堆积直径，取平均值； 三、 按照下述公式计算材料的离析性能评价指标：式中：L一离析系数； D-基层材料堆积直径，cm; Η-基层材料堆积高度，cm; Θ。一基层材料自然安息角，度。10. 根据权利要求9所述的评价道路粒料类基层材料离析性能的方法，其特征在于所 述被试验材料的最佳含水量的确定方法为重型击实或振动压实法。
【专利摘要】本发明公开了道路粒料类基层材料离析性能评价设备与评价方法，所述设备由漏斗、支柱、漏斗与支柱的连接件、底板四部分组成，其中：所述漏斗为两个，漏斗下沿处设计有插销；所述支柱为三根，底端设有螺纹；所述漏斗与支柱的连接件为两个，两个连接件上下平行设置，连接件的中间为圆环，用于放置漏斗，圆环上间隔90度焊有三个横臂，横臂的末端与支柱相连；所述底板为方形，以底板中点为圆心绘有同心圆，底板的三个角上焊有带螺纹的底板连接件，支柱的底端与底板连接件螺纹连接。该设备结构性能稳定，底板的尺寸很大，通过倾覆试验表明，当两个漏洞均装满料后，设备的结构稳定性很好，不会发生倾覆现象。
【IPC分类】G01N33/42
【公开号】CN105259338
【申请号】CN201510668347
【发明人】王龙
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月17日