一种动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置的制作方法

本实用新型属于沥青路面渗水检测技术领域，具体涉及一种模拟路表动水压力下的加压防侧渗沥青路面渗水检测装置。

背景技术：

路面的渗水性能是衡量路面质量好坏的一个重要标准，路面结构的透水性也是其防排水分析应该考虑的重要参数。路面因水的入渗产生损害的形式和机理已有大量文献做了阐述。因而进行沥青路面的渗水试验，对研究影响沥青路面渗水性能的各项因素，为解决水损坏问题，保证沥青路面质量，延长沥青路面的使用寿命具有重要的意义。

通过渗水检测试验得到的渗水系数是在一定的初始静压水头作用下，单位时间渗入一定路面面积内的水量。由于目前我们所采用的路面渗水仪为静压变水头，所以对于不同的路段，所测得的渗水系数与路面透水能力的相关性并不是很强，仅只能依据规范粗略判断是否满足规范的要求。再加之不同试验人员在试验操作方法上的差异，使测试结果的真实性和准确性受到影响，进而影响到对沥青路面使用状况的合理判断。因此有必要针对目前的沥青路面渗水检测方法做相应研究，进一步开展更为准确、高效的室内渗水试验检测装置及方法。

沥青混凝土路面的渗水形式主要有3种，即下渗、侧渗、复合式的渗水。渗水的形式不同，危害性也不同。目前的渗水系数指标并不能有效区分渗水形式，比如在某些测点，刻度值变化非常大，但是在现场可以观测到水是在测点周围流出来的，几乎没有往下渗的水，这在比较粗糙的路面上比较常见，发生这种情况的原因主要是表面空隙率大，下部空隙率小，表面连通孔多，水从上到下流入底座后，沿着表面连通孔侧渗，然后在孔的另一端流出路面。众所周知，路面水损害主要是下渗的水造成的，侧渗流出的水危害性不大，相反，如果表面层能很快渗水，又不致形成水膜，对抗滑性能有很大好处。但按照现行规范，是不区分侧渗与下渗的，只是笼统地计算渗水系数，有时候渗水系数很大，但是水是侧渗流出的，而有时候虽然渗水系数不是特别大，但是水能下渗到基层，很明显后者对路面的危害要高于前者。

再者，在降水条件下路表面会形成一层漫流水膜，车辆行驶中，介于轮胎与路面之间的水膜不断被挤压，于是路表水在挤压下产生了一个动态的、瞬时的水压力，即动水压力。动水压力作用下水会被强制压入路面空隙中，进而对路面结构内部产生破坏，但现有的路面渗水检测装置及方法没有考虑到动水压力对路面渗水的影响，这也是现今路面渗水研究领域的一个不足之处。

因此，本实用新型提出一种新型的沥青路面渗水检测装置及方法，能够有效消除侧渗与变水头的影响，使渗水系数与路面透水能力之间建立稳定的相关关系，并引入动水压力的概念，使测得的渗水系数能够更好地反映路面真实的渗水情况，从而进一步提高路面渗水仪的实用性和稳定性，使其在衡量沥青路面通行状况、预防沥青路面水损害、进行合理的路面养护等方面发挥更大的作用。

技术实现要素：

为了克服现有技术所存在的不足，本实用新型提供了一种能够真实模拟沥青路面在动水压力下的渗水情况，有效排除了侧渗对试验结果的影响且结构简单的动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

该动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置，包括能够提供安装平台的支撑架以及安装在支撑架上方的渗水槽、通过供水管与渗水槽连通的水箱、通过加压气管与渗水槽连通的气泵、安装在供水管上的供水控制阀、安装在加压气管上的气压控制阀、与供水控制阀和气压控制阀电连接的控制器，控制器与计算机连接；在支撑架上设置有用于压紧测试件并分别位于测试件顶部和底部的加压顶板和加压底板，加压顶板和加压底板之间通过加固螺杆连接，渗水槽设置在加压顶板上，在加压顶板的中部加工有透水孔以及通过透水孔与渗水槽底部连通的渗水空腔，在加压底板的中部加工有泄水孔，在泄水孔的外围加工有侧渗集水槽，侧渗集水槽通过侧渗集水管与侧渗集水量杯连通，在加压底板的下方设置有与泄水孔相对的直渗集水管，并且通过直渗集水管与直渗集水量杯连通；

在上述渗水槽上设置有压力传感器，在直渗集水管和侧渗集水量杯上分别设置有水位传感器，压力传感器和水位传感器通过数据线与计算机连接。

进一步优选，所述渗水空腔的直径D与测试件的直径d之间的关系满足：0.8～0.9:1。

进一步优选，所述侧渗集水槽是一个截面为三角形的环形槽，槽内径与测试件的直径d相等，槽底由内到外向下倾斜。

进一步优选，所述侧渗集水槽的槽底与水平面形成30～60°夹角。

进一步优选，所述侧渗集水槽的外圆侧壁与水平面垂直或者向外倾斜。

进一步优选，在加压顶板和加压底板上与测试件外周相对的位置设置有O形密封圈。

进一步优选，所述测试件是沥青路面现场钻芯芯样所得或者是标准沥青混合料马歇尔试件。

与现有技术相比，本实用新型的动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置具有以下优点：

(1)本实用新型通过控制供水控制阀和气压控制阀的开关，对渗水槽中的供水进行加压与泄压操作，形成脉冲式动水加压模式，模拟实际路面上的车轮行驶过程中车轮与路面之间的动水压力效果，使检测结果更接近于真实情况，检测结果更为精确。

(2)本实用新型将测试件的渗水水流分为直渗与侧渗两部分，并且分别测量，分别得该测试件的直渗系数和侧渗系数，有效地解决了侧渗对渗水结果的影响，以及混合评价所带来的结果误差，可以更加准确地评判沥青路面的防渗水能力。

(3)本实用新型所采用的检测试样为路面取芯芯样，可以消除因外界检测环境间的差异所产生的影响，检测数据稳定性大大提高，并且可以与交工验收、日常养护检测结合起来，使路面渗水检测更加简单容易操作。

(4)本实用新型能够实现自动化、一体化标准检测，可以有效降低不同试验检测人员间的人为误差，使检测数据稳定性更好。

(5)本实用新型的检测装置结构简单、操作简便，检测成本较低。

附图说明

图1为实施例1的动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置结构示意图。

图2为图1中的加压顶板7的结构示意图。

图3为图1中的加压底板9的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步说明，但是本实用新型不仅限于下述的实施情形。

实施例1

由图1所示，本实施例的动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置是由水箱5、气泵1、支撑架13、供水控制阀4、气压控制阀3、渗水槽6、压力传感器2、控制器18、计算机19、加压顶板7、加压底板9、加固螺杆8、侧渗集水管10、直渗集水管14、侧渗集水量杯11、直渗集水量杯15、O形橡胶密封圈17以及直渗水位传感器16、侧渗水位传感器12组合构成。

本实施例的支撑架13为整个装置的安装提供平台，在支撑架13上固定安装有用于压紧测试件并分别位于测试件顶部和底部的加压顶板7和加压底板9，本实施例的测试件采用沥青路面现场钻芯芯样，呈圆柱体，其直径为10cm，高度与沥青路面的结构层厚度相等，测试件上、下表面平整无破损。加压顶板7和加压底板9之间通过加固螺杆8连接固定，加固螺杆8共3根，通过加固螺母紧固，用于人工手动松紧。在加压顶板7上安装有用于盛放加压水的渗水槽6，渗水槽6的顶部开设有进水孔和通气孔，渗水槽6通过安装在进水孔上的供水管与恒温水箱5连通，在供水管上安装有供水控制阀4，是普通电磁阀，通过导线与控制器18连接。渗水槽6通过安装在通气孔上的加压气管与气泵1连通，在加压气管上安装有气压控制阀3，气压控制阀3也是通过导线与控制器18连接，由控制器18控制供水控制阀4与气压控制阀3的开启与关闭，进而调整渗水槽6内的加压水压力大小。为了能够实时监测渗水槽6内水压大小，在渗水槽6上设置有压力传感器2，压力传感器2与计算机19连接，计算机19与控制器18连接，由计算机19根据压力信号大小与设定值进行比较，从而对控制器18下发控制指令，由控制器18控制供水控制阀4与气压控制阀3的开启与关闭。

本实施例在渗水槽6的底部开有出水口，对应在加压顶板7的中部也开设有孔径为1cm的透水孔，参见图2，本实施例的加压顶板7下表面中部挖空，形成渗水空腔a，以增大渗水与测试件的接触面。该渗水空腔a的直径是8cm。

参见图3，本实施例的加压底板9的中部加工有多个泄水孔，泄水孔的孔径为1cm，孔间距是1.5cm，用于引导直渗水的下渗。在泄水孔的外侧加工有圆环状的侧渗集水槽，为了减少侧渗水溢流，本实施例的侧渗集水槽的内径是10cm，正好与测试件的外周相对，槽宽是2cm，在侧渗集水槽的槽底加工有出水孔，通过安装在该出水孔上的侧渗集水管10与与侧渗集水量杯11连通，将侧渗集水槽收集的侧渗水收集在侧渗集水量杯11中。为了保证侧渗集水槽中排水顺利，将侧渗集水槽的底部倾斜设置，倾角为60°，即本实施例的侧渗集水槽是一个截面为直角三角形的环形槽，槽底的内侧与加压底板9的上表面平齐，外侧凹陷，即槽底呈由内到外向下倾斜的斜面，槽底与水平面之间形成60°的夹角，侧渗集水槽的外圆侧壁与水平面垂直。在加压底板9的底部连接有与泄水孔正对的直渗集水管14，直渗集水管14为漏斗状，便于直渗水引流，在直渗集水管14的底端安装有直渗集水量杯15，收集直渗水。

为了保证加压顶板7、加压底板9与测试件之间密封效果好，在加压顶板7上渗水空腔a的外侧与测试件顶部边缘接触的位置加工有环形凹槽，在环形凹槽中嵌装有上部O形橡胶密封圈17，对应在加压底板9上位于泄水孔的外侧、侧渗集水槽的内侧的位置加工有与测试件边缘接触的环形凹槽，在环形凹槽中嵌装下部O形橡胶密封圈17，使加压底板9、加压顶板7与测试件密封连接，防止侧渗水经测试件底部流入直渗集水管14。

为了能够精确测量直渗集水量杯15中的直渗水位，在直渗集水量杯15中设置有直渗水位传感器16，对应在侧渗集水量杯11中设置有侧渗水位传感器12，侧渗水位传感器12和直渗水位传感器16分别通过数据线与计算机19连接，将水位信息传送到计算机19，由计算机19进一步分析处理。

本实用新型渗水系数定义为试件在规定的水压P下及给定的加压模式t₁/t₂下单位时间内直渗入单位面积的水量，用mL/(min*cm²)，用于评价沥青路面的渗水性能。

利用上述的动水加压防侧渗沥青路面渗水检测装置检测沥青路面渗水的方法，由以下步骤组成：

(1)将在沥青路面现场钻芯芯样所得测试件通过加固螺杆8加压固定在加压顶板7和加压底板9之间，开启供水控制阀4，向渗水槽6中注满水，关闭供水控制阀4，开启气压控制阀3，使渗水槽6内形成加压水，由渗水槽6中的压力传感器2实时采集水压信号并反馈给控制器18，直至渗水槽6中的水压达到设定值为P，保持恒压持续加压一定时间，之后打开供水控制阀4，关闭气压控制阀3，渗水槽6中的高压水会逆流经供水控制阀4，进入水箱5中，使渗水槽6中的加压水泄压，持续时间为3s；

(2)重复加压与泄压操作，使渗水槽6的加压水形成脉冲式动水加压模式，通过透水孔充满渗水空腔a，并从测试件的上端向下渗透，持续动水加压一定时间，一部分水竖直向下，经加压底板9的泄水孔向下流动，经直渗集水管14导流，在直渗集水量杯15中收集；另一部分水在压力作用下水平流动，从测试件的侧部发生侧渗，经侧渗集水管10导流，在侧渗集水量杯11中收集；直渗集水量杯15和侧渗集水量杯11中的水位传感器将水位信息反馈到计算机19，由计算机19进一步处理；

(3)根据下式计算出该测试件的在水压P下的直渗系数C₁和侧渗系数C₂和侧渗影响率γ。

其中，C₁(P，t₁/t₂)——测试件的直渗系数，mL/(min*cm²)；

C₂(P，t₁/t₂)——测试件的侧渗系数，mL/(min*cm²)；

γ——侧渗影响率，％；

P——恒定水压力，MPa；

t₁/t₂——动水压加载模式，t₁为水压加压时间，t₂为泄压时间，以s计；

V₁——直渗水量，mL；

V₂——侧渗水量，mL；

t——渗水时间，min；

δ₁——面积换算系数，等于S₁/S₂，S₁为仪器实际渗水面积πD²/4，S₂为规范标准渗水面积176.7cm²。

实施例2

本实施例在渗水槽6的底部开有出水口，对应在加压顶板7的中部也开设有孔径为0.5cm的透水孔，本实施例的加压顶板7下表面中部挖空，形成渗水空腔a，以增大渗水与测试件的接触面。该渗水空腔a的直径是9cm。

本实施例的加压底板9的中部加工有多个泄水孔，泄水孔的孔径为0.5cm，孔间距是1cm，用于引导直渗水的下渗。在泄水孔的外侧加工有圆环状的侧渗集水槽，为了减少侧渗水溢流，本实施例的侧渗集水槽的内径是10cm，正好与测试件的外周相对，槽宽是2cm，在侧渗集水槽的槽底加工有出水孔，通过安装在该出水孔上的侧渗集水管10与与侧渗集水量杯11连通，将侧渗集水槽收集的侧渗水收集在侧渗集水量杯11中。为了保证侧渗集水槽中排水顺利，将侧渗集水槽的底部由内向外向下倾斜设置，槽底的倾角为30°，侧渗集水槽的外圆侧壁与槽底之间形成V形连接，保证侧渗集水槽所收集的水能够全部排除。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例在渗水槽6的底部开有出水口，对应在加压顶板7的中部也开设有孔径为0.5cm的透水孔，本实施例的加压顶板7下表面中部挖空，形成渗水空腔a，以增大渗水与测试件的接触面。该渗水空腔a的直径是8cm。

本实施例的加压底板9的中部加工有多个泄水孔，泄水孔的孔径为0.1cm，孔间距是0.5cm，用于引导直渗水的下渗。在泄水孔的外侧加工有圆环状的侧渗集水槽，为了减少侧渗水溢流，本实施例的侧渗集水槽的内径是10cm，正好与测试件的外周相对，槽宽是2cm，在侧渗集水槽的槽底加工有出水孔，通过安装在该出水孔上的侧渗集水管10与与侧渗集水量杯11连通，将侧渗集水槽收集的侧渗水收集在侧渗集水量杯11中。为了保证侧渗集水槽中排水顺利，将侧渗集水槽的底部由内向外向下倾斜设置，倾角为45°，侧渗集水槽的外圆侧壁与槽底之间形成V形连接，保证侧渗集水槽所收集的水能够全部排除。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。