一种自融雪路面水稳性能测试装置及测试方法与流程

本发明属于沥青室内试验设备创新领域，具体涉及一种自融雪路面水稳性能测试装置及测试方法。

背景技术：

降雪和路面结冰严重影响着在高速公路沥青路面上行驶车辆的驾驶安全，高速公路管养部门被动地花费大量人力物力进行高速公路沥青路面的清除冰雪。储盐类自融雪沥青路面是通过在沥青混合料内添加融雪盐分，在降雪后可析出盐分从而达到“中小雪融化、大雪已清理”效果，是有效的主动型融雪化冰措施。然而，储盐类自融雪路面在降雪及降雨等动水冲刷条件下，为保证自融雪沥青混合料的融雪化冰性能，其有效成分氯化物处在不断地析出过程，混合料中存贮该部分材料的体积释放，空隙率变大，诱使光照、温度、降水等因素加剧了对混合料结构内部的侵蚀，破坏沥青粘附性以及沥青和集料的粘结力，降低混合料的耐久性能。因此，储盐类自融雪路面经动水冲刷后，在保证盐分持续析出的同时，保证具有长期水稳性能不设置于遭受严重的水侵蚀，这也直接影响到储盐类自融雪路面的长期寿命。现有规范中常用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价沥青混合料的水稳定性，但对于盐分不断析出、空隙率不断增大的储盐类沥青混合料，该两种试验不能准确评价其长期水稳性能。

因此，亟需开发一种基于动水冲刷的储盐类自融雪路面长期水稳性能模拟装置及评价方法，这对于评价储盐类自融雪路面的长期路用性能及融雪性能衰减状况的研究至关重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自融雪路面水稳性能测试装置及测试方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自融雪路面水稳性能测试装置，包括恒温水浴箱体、温度装置、水浴装置和盐分检测装置；

恒温水浴箱体内底部设有用于放置待测试件的水槽，恒温水浴箱体内顶部设有通风扇；

水浴装置包括设置于恒温水浴箱体内上端的冲刷喷头以及设置于恒温水浴箱体一侧的水浴循环泵，水浴循环泵的出水口通过循环水管连通于冲刷喷头，水浴循环泵的进水管连通于水槽；

温度控制装置包括贴设与循环水管不同位置的制冷装置和加热装置，制冷装置和加热装置均连接温度调节器，温度调节器连接有设置于水槽内的温度检测探头；

盐分检测装置包括设置于水槽内的电子盐度计，电子盐度计连接有盐度分析仪和盐度浓度显示屏。

进一步的，盐度分析仪采用samⅲ盐度分析。

进一步的，循环水管上固定有控制阀和流量控制阀，控制阀采用三通控制阀，三通控制阀三接口分别连接于水浴循环泵出水口、循环水管进水口和排水口。

进一步的，循环水管通过管卡固定于恒温水浴箱体内上端。

进一步的，循环水管位于恒温水浴箱体内段上设有多个呈多角度设置的冲刷喷头。

进一步的，还包括与温度装置、水浴装置和盐分检测装置连接的系统控制模块，系统控制模块用于控制水浴装置喷水时间、水槽内的水温以及水槽内的盐度测量。

进一步的，系统控制模块包括控温开关、水浴开关、通风开关、温度调节面板、水浴流量控制模块和时间设置模块；

温控开关和温度调节面板连接于温度调节器；

水浴开关连接水浴循环泵，水浴流量控制模块连接于流量控制阀；

电子盐度计与盐度分析仪连接；

时间设置模块连接总电源。

一种自融雪路面水稳性能测试方法，包括以下步骤：

1)准备待测试件的对照组和试验组，测量对照组的空隙率vv，并将对照组进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，测得浸水残留稳定度ms0和冻融劈裂强度比tsr；

2)将试验组放入恒温水浴箱体内的水槽内，加入自来水至控制水位2；

3)分别设置试验温度、冲刷流量和时间对试验组进行测冲刷实验；

4)待试验结束，记录盐度浓度显示屏对盐分析出浓度的变化，计算盐分析出率；

5)将动水冲刷后的试验组测试空隙率、马歇尔稳定度和冻融劈裂试验，并记录空隙率vv’、浸水残留稳定度ms0‘和冻融劈裂强度比tsr’；

6)对测得的试验组和对照组的空隙率、浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比，根据动水冲刷时间t、冲刷流量q和盐分析出率，绘制盐分析出率—时间图，即可得到测试待测试件水稳性能。

进一步的，重复步骤2)至步骤6)，通过对不同冲刷流量或冲刷时间的单因素控制变量试验，将数据回归可得浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比、盐分析出率与冲刷流量、冲刷时间的关系曲线或方程，预估储盐类自融雪路面长期的水稳定性能和盐分析出性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种自融雪路面水稳性能测试装置，通过设置恒温水浴箱体、温度装置、水浴装置和盐分检测装置；在恒温水浴箱体内底部设有用于放置待测试件的水槽，恒温水浴箱体内顶部设有通风扇；利用设置于恒温水浴箱体内上端的冲刷喷头以及设置于恒温水浴箱体一侧的水浴循环泵，水浴循环泵的出水口通过循环水管连通于冲刷喷头，水浴循环泵的进水管连通于水槽，实现活水冲刷对混合料的水稳定性的影响；并且利用贴设与循环水管不同位置的制冷装置和加热装置，制冷装置和加热装置均连接温度调节器，温度调节器连接有设置于水槽内的温度检测探头，对恒温水浴箱体内的循环冲刷水温进行控制；从而能够实现不能水分、温度和风力共同作用下的水损害状况的模拟，利用设置于水槽内的电子盐度计实现冲刷水中的盐度测量，得到计算盐分析出率；本装置能够实现多条件耦合作用下对储盐类融雪路面水侵蚀的模拟，实现水稳定性能研究，能够保证自融雪沥青混合料的融雪化冰性能。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

其中，1、待测试件；2、控制水位；3、温度检测探头；4、进水口；5、水浴循环泵；6、制冷装置；7、温度调节器；8、控制阀；9、排水口；10、加热装置；11、循环水管；12、流量控制阀；13、管卡；14、冲刷喷头；15、通风扇；16、恒温水浴箱体；17、控温开关；18、水浴开关；19、通风开关；20、温度显示面板；21、系统控制模块；22、水浴流量控制模块；23、时间控制面板；24、盐度浓度显示屏；25、盐度分析仪；26、电子盐度计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种自融雪路面水稳性能测试装置，包括恒温水浴箱体16、系统控制模块21以及与系统控制模块21连接的温度装置、水浴装置和盐分检测装置；

恒温水浴箱体16内底部设有用于放置待测试件1的水槽，恒温水浴箱体16内顶部设有通风扇15；

水浴装置包括设置于恒温水浴箱体16内上端的冲刷喷头14以及设置于恒温水浴箱体16一侧的水浴循环泵5，水浴循环泵5的出水口通过循环水管11连通于冲刷喷头14，水浴循环泵5的进水管4连通于水槽；

温度控制装置包括贴设与循环水管11不同位置的制冷装置6和加热装置10，制冷装置6和加热装置10均连接温度调节器7，温度调节器7连接有设置于水槽内的温度检测探头3；

盐分检测装置包括设置于水槽内的电子盐度计26，电子盐度计26连接有盐度分析仪25和盐度浓度显示屏24；盐度分析仪25采用samⅲ盐度分析；

系统控制模块21用于控制水浴装置喷水时间、水槽内的水温以及水槽内的盐度测量；

制冷装置6采用制冷片，对循环水管管壁进行制冷降温；加热装置10采用加热丝对循环水管管壁进行加热；

循环水管11上固定有控制阀8和流量控制阀12，控制阀8采用三通控制阀，三通控制阀三接口分别连接于水浴循环泵5出水口、循环水管11进水口和排水口9；排水口9用于更换恒温水浴箱体16内的实验用水；

循环水管11通过管卡13固定于恒温水浴箱体16内上端，循环水管11位于恒温水浴箱体16内段上设有多个冲刷喷头14，多个冲刷喷头14呈多角度设置；

系统控制模块21包括控温开关17、水浴开关18、通风开关19、温度调节面板20、水浴流量控制模块22和时间设置模块23；控温开关17连接于温度调节器7；水浴开关18连接于水浴循环泵5；通风开关19连接于通风扇15；

温控开关17和温度调节面板20连接于温度调节器7，控制温度调节器7运作，温度检测装置3与温度调节器7连接并在温度显示面板20上显示实际温度，温度调节面板20与温度调节器7连接控制温度，温度调节器7分别连接制冷装置6和加热装置1，根据设置试验温度进行加热或制冷；

水浴开关18连接水浴循环泵5进行控制，水浴流量控制模块22连接于流量控制阀12，水浴循环泵5通过循环水管11与流量控制阀12和冲刷喷头14连接，流量控制阀12通过流量控制阀12设置的冲刷流量进行控制；

通风开关19对通风扇15进行控制；

电子盐度计26与盐度分析仪25连接，并将检测结果在盐度浓度显示屏24上显示储存。

时间设置模块23连接总电源，实现试验定时。

如图1所示，本发明实施例采用恒温水浴箱体(16)包括相互独立密封的左腔室、中腔室和右腔室；中腔室内底部用于放置待测试件1，左腔室用于放置温度装置和水浴装置；右腔室用于放置控制系统模块；

一种自融雪路面水稳性能测试方法，包括以下步骤

1)准备工作，制备马歇尔试件并养生24h，分为对照组和试验组；将对照组测得空隙率vv，将对照组进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，测得浸水残留稳定度ms0和冻融劈裂强度比tsr；

2)将试验组马歇尔试件(或车辙板试件)放入恒温水浴箱体16内的水槽内，加入自来水至控制水位2；

3)打开水浴开关、加热开关和通风开关，设置试验温度、冲刷流量和时间，具体设置温度25℃，时间48h，冲刷流量1000g/h；

4)待试验结束，记录盐度浓度显示屏24对盐分析出浓度的变化，计算盐分析出率；

5)将动水冲刷后的试验组马歇尔试件继续测试空隙率、马歇尔稳定度和冻融劈裂试验，并记录空隙率vv’、浸水残留稳定度ms0‘和冻融劈裂强度比tsr’；

6)最后，对测得的试验组和对照组的空隙率、浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比，根据动水冲刷时间t、冲刷流量q和盐分析出率，绘制盐分析出率—时间图。重复步骤2至步骤5，通过对不同冲刷流量或冲刷时间的单因素控制变量试验，将数据回归可得浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比、盐分析出率与冲刷流量、冲刷时间的关系曲线或方程，预估储盐类自融雪路面长期的水稳定性能和盐分析出性能。

实施例：

1)按照设计级配、融雪剂用量和沥青用量，采用马歇尔击实法成形马歇尔沥青混合料试件，直径为100±1mm，高度63.5±1.3mm，室温养生20h后，测得其原始空隙率vv，通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验测得浸水残留稳定度ms0和冻融劈裂强度比tsr；

2)将两个马歇尔试件放入上述模拟装置，倒入自来水直至控制水位2，开启动水冲刷模拟装置，设置冲刷流量、温度和冲刷时间：25℃条件下12h的降雨量3mm即为1m²的土地降水0.003m³，即3mm降雨量等价于1m²降水3000g，马歇尔试件表面为0.0081m²，可得两个试验试件降水量为48.6g车辆轮压0.7mpa相当于0.7牛顿的力作用在1mm²上，由仪器高度确定的马歇尔试件或车辙板表面正常水压为0.003mpa，一个轮压可换算成0.7/0.003＝234次动水冲刷效果，因此，每个马歇尔12h内降水质量为24.3*234＝5686.2g，两个马歇尔试件12h内降水质量为11372.4g，即1h冲刷流量为11372.4/12＝947.7g，每个车辙板12h内降水质量为270*234＝63180g。则25℃下12h降雨量3mm的冲刷流量为947.7g/h，温度为25℃，冲刷时间为12h；

3)记录每小时的盐度浓度结果，并记录析出盐分变化曲线；动水冲刷模拟结束后，测冲刷后试件的空隙率vv’，在将冲刷后已真空饱水的两个马歇尔试件进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，测得浸水残留稳定度ms0‘和冻融劈裂强度比tsr’。

4)将冲刷前后的浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比与空隙率、盐度浓度建立回归方程，可对储盐类自融雪路面的长期水稳性能进行预估和评价。

本发明的测试装置与评价方法与现有规范对储盐类融雪路面的水稳性能评价方法相比，具有以下优点：

(1)与现有的沥青混合料水稳定性评价方法相比，该动水冲刷的储盐类融雪路面长期水稳定性评价装置可实现多条件(水分、温度、风)耦合作用下水稳定性能研究。现有沥青混合料水稳定性评价方法是在静水浸泡或冻融的静态条件下，不能模拟动态的活水冲刷对混合料的水稳定性的影响，而且不能模拟水分、温度和风力共同作用下的水损害状况。

(2)现有方法没有针对储盐类融雪路面盐分不断析出状况下水稳定性的准确评价方法。为保证自融雪沥青混合料的融雪化冰性能，其有效成分氯化物处在不断地析出过程，混合料中存贮该部分材料的体积释放，空隙率变大，诱使光照、温度、降水等因素加剧了对混合料结构内部的侵蚀。而浸水马歇尔和即冻融劈裂试验只能反映混合料在浸水或冻融条件下极少量盐分析出状况下的水分损害状况，对于储盐类融雪路面长期盐分析出后的水稳定性能评价不准确，致使对储盐类融雪路面的水稳定性预估偏高。

(3)与现有装置相比，该模拟装置可实现温度、水分、风多条件动态可调的耦合作用下对储盐类融雪路面水侵蚀的模拟。常规水稳定性试验方法中，试验条件大多单一，如浸水马歇尔试验温度为60℃。动态可调的试验条件可准确针对不同气候(降水、温度、风)条件下对实际融雪路面工作状态的模拟。