CN110132817A - 一种常水头的沥青混合料多向渗流试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，它涉及一种渗流试验方法。本发明解决现有的沥青混合料渗流试验方法无法针对路面实际情况区分竖向、横向以及耦合向渗流，测得的渗透系数存在局限性的问题。步骤一、制备马歇尔试件；步骤二、将成型后的马歇尔试件室温放置24h，然后采用真空泵对马歇尔试件进行真空保水，保水时间5～20min；步骤三、密封处理：竖向渗流密封，横向渗流密封，耦合渗流密封；步骤四、安装渗流装置：将密封好的马歇尔试件放入渗流装置的下腔体中，将上、下腔体连接件与马歇尔试件对接并保证密封，连接上腔体、连接件和下腔体；步骤五、渗流装置通水：步骤六、计算总水头。本发明用于常水头的沥青混合料多向渗流试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料渗流试验方法，具体涉及一种常水头的沥青混合料多向渗流试验方法。
背景技术
沥青路面属于典型的多孔介质材料，在服役过程中难以避免地会受到车辆荷载和温度、湿度的耦合作用而产生各种类型的病害，其中由于水从路表渗入路面结构内部所引起的水损害是导致沥青路面早期破坏的主要原因。水在沥青混合料中的渗流加速了沥青从集料表面剥离，从而降低了沥青与集料的粘附性，最终导致沥青路面出现坑槽、泛油、松散等病害。因此水的渗流特性是表征沥青路面耐久性能的重要指标参数。另一方面，近年来排水沥青路面的应用成为解决路面积水问题、缓解城市热岛效应的重要手段。排水路面以其大孔隙特性、良好的排水能力而受到广泛的关注，而表征其排水能力的指标同样为水的渗流特性。
沥青混合料的孔隙空间分布与集料特性、胶结料性质以及施工摊铺、碾压状况有关，这也决定了水在混合料中的渗流形式主要有竖向渗流、横向渗流以及耦合渗流三种。竖向渗流主要影响路面结构内部的孔隙水压力，从而引起基层发生结构性破坏。横向渗流则是水完全通过横向连通孔隙流动，在多孔路面排水时横向渗流为主要的排水路径，因此沥青混合料的横向渗流能力决定了其排水效果的好坏。而在一般的等级公路中，耦合渗流是路面受行车荷载时水分实际的渗流形式。
以上三种渗流形式均在不同方面对沥青路面的设计和使用产生巨大影响，现行沥青路面设计中针对沥青混合料的水分渗流特性多采用JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中规定路面渗水仪进行测定，然而此方法只能测试路面整体的渗水能力，无法针对路面实际情况区分竖向、横向以及耦合向渗流，其测得的渗透系数具有较大的局限性，且不具有代表性，不能完全表征实际在受到车辆荷载作用时，水在沥青路面结构内部的渗流行为。此外，应用渗水仪对沥青混合料中水的渗流特性进行测定时，只能将水头梯度设置在较低水平，对于更接近实际行车过程中产生的高水头渗流行为则无法测量。与此同时，一些学者尝试开发的渗流测试方法均存在无法将竖向、横向以及耦合向彻底分离的问题，测得的结果主要以竖向的渗流为主。部分方法能够使水从混合料的竖向和横向同时流出，但未解决单一横向渗流的问题。
综上，现有的沥青混合料渗流试验方法无法针对路面实际情况区分竖向、横向以及耦合向渗流，测得的渗透系数存在局限性。
发明内容
本发明为解决现有的沥青混合料渗流试验方法无法针对路面实际情况区分竖向、横向以及耦合向渗流，测得的渗透系数存在局限性的问题，进而提供一种常水头的沥青混合料多向渗流试验方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、制备马歇尔试件：
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》试验方法制作沥青混合料试件，采用中空马歇尔试件成型装置成型中空马歇尔试件，马歇尔试件的内径范围为7mm～40.8mm，马歇尔试件的外径101mm，马歇尔试件的高度范围为43.5～83.5mm；
步骤二、真空保水：
将成型后的马歇尔试件室温放置24h，然后采用真空泵对马歇尔试件进行真空保水，保水时间5～20min；
步骤三、密封处理：
测量竖向渗流时：将中空防渗胶圈塞入马歇尔试件内孔中，保证胶垫的一端与测试装置密闭连接，在马歇尔试件侧壁上套装竖向防水侧壁，使竖向防水侧壁将马歇尔试件和中空防渗胶圈紧紧箍住，将竖向防渗胶圈组合***试件中空部分，内径尺寸与防渗胶圈外径尺寸相匹配，完成竖向渗流测试的试件密封；
测量横向渗流时：
在马歇尔试件的中空部分的上端和下端安装与其内径尺寸相匹配的内孔密封垫，然后将马歇尔试件整体放入横向防渗盖板中，在横向防渗盖板上设置盖板密封垫，完成横向渗流测试的试件密封；
测量耦合渗流时：
将耦合向防渗装置***试件中空部位，完成耦合向渗流测试的试件密封；
步骤四、安装渗流装置：
将密封好的马歇尔试件放入渗流装置的下腔体中，将上、下腔体连接件与马歇尔试件对接并保证密封，连接上腔体、连接件和下腔体；
步骤五、渗流装置通水：
给渗流装置通水通水，打开上腔体排气阀门，当水位上升到排期阀门位置，即水流路径内无明显气泡时，关闭排气阀门，持续通水后打开竖向排水阀门；
步骤六、计算总水头：
当通过马歇尔试件的渗流流量稳定时，记录水压力计示数uw，记录补给水箱内液面最高点距离竖向流出口中心位置的距离，即位置水头z，计算总水头差：
式中ρw为水的密度kg/m3；g为重力加速度m/s2；uw为水压力；ΔH为总水头差；z为位置水头；
采用秒表和量筒记录渗流稳定时的流量和时间，求多次平均值，根据渗透系数与水头梯度的关系，得到竖向渗透系数：
根据渗透系数与水头梯度的关系，得到横向渗透系数：
根据渗透系数与水头梯度的关系，得到耦合向渗透系数：
渗透系数单位为m/s，Q为渗流流量，单位为m3/s；ΔH为总水头差，h为试件高度，r1为试件内半径，r2为试件外半径，单位为m。
在一个实施方案中，步骤一中马歇尔试件的内径范围为10mm～30mm，马歇尔试件的高度范围为50～80mm。
在一个实施方案中，步骤一中马歇尔试件的内径范围为15mm～25mm，马歇尔试件的高度范围为55～70mm。
在一个实施方案中，步骤一中马歇尔试件的内径范围为20mm，马歇尔试件的高度范围为60～65mm。
在一个实施方案中，步骤二中保水时间8～15min。
在一个实施方案中，步骤二中保水时间10min。
在一个实施方案中，步骤三中内孔密封垫和盖板密封垫均为硅胶密封垫。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法采用中空马歇尔试件，成型方法简单，无需单独设计特殊试件，使测量方法具有普遍适用性；
本发明的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法采用竖向、横向、耦合向分离的方式，每次测量单一方向渗透系数，使水分横向流动与竖向流动分离；
本发明的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法采用高水头条件进行测试，使测试结果与实际路面所受荷载情况吻合，能够更真实地反映水在路面中的渗流特性；
本发明的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法测试换件简便，同一试件可依次测量竖向、横向、耦合向渗透系数，不同方向测试过程不影响试件孔隙结构空间分布，测试结果真实准确。
附图说明
图1是本发明常水头的沥青混合料多向渗流试验方法渗流测试整体结构示意图；
图2是本发明具体实施方式一中的中空防渗胶圈结构示意图；
图3是本发明具体实施方式一中的竖向防水侧壁结构示意图；
图4是本发明具体实施方式一中的横向防渗盖板结构示意图；
图5是本发明具体实施方式一中的耦合向防渗装置结构示意图；
图6是本发明具体实施方式一中的采用的竖向渗流测试装置结构示意图；
图7是本发明具体实施方式一中的采用的横向渗流测试装置结构示意图；
图8是本发明具体实施方式一中的采用的耦合向渗流测试装置结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～8所示，本实施方式所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法步骤如下：
步骤一、制备马歇尔试件：
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》试验方法制作沥青混合料试件，采用中空马歇尔试件成型装置成型中空马歇尔试件，马歇尔试件的内径范围为7mm～40.8mm，马歇尔试件的外径101mm，马歇尔试件的高度范围为43.5～83.5mm；
步骤二、真空保水：
将成型后的马歇尔试件室温放置24h，然后采用真空泵对马歇尔试件进行真空保水，保水时间5～20min；
步骤三、密封处理：
测量竖向渗流时：将中空防渗胶圈塞入马歇尔试件内孔中，保证胶垫的一端与测试装置密闭连接，在马歇尔试件侧壁上套装竖向防水侧壁，使竖向防水侧壁将马歇尔试件和中空防渗胶圈紧紧箍住，将竖向防渗胶圈组合***试件中空部分，内径尺寸与防渗胶圈外径尺寸相匹配，完成竖向渗流测试的试件密封；
测量横向渗流时：
在马歇尔试件的中空部分的上端和下端安装与其内径尺寸相匹配的内孔密封垫，然后将马歇尔试件整体放入横向防渗盖板中，在横向防渗盖板上设置盖板密封垫，完成横向渗流测试的试件密封；
测量耦合渗流时：
将耦合向防渗装置***试件中空部位，完成耦合向渗流测试的试件密封；
步骤四、安装渗流装置：
将密封好的马歇尔试件放入渗流装置的下腔体中，将上、下腔体连接件与马歇尔试件对接并保证密封，连接上腔体、连接件和下腔体；
步骤五、渗流装置通水：
给渗流装置通水通水，打开上腔体排气阀门，当水位上升到排期阀门位置，即水流路径内无明显气泡时，关闭排气阀门，持续通水后打开竖向排水阀门；
步骤六、计算总水头：
当通过马歇尔试件的渗流流量稳定时，记录水压力计示数uw，记录补给水箱内液面最高点距离竖向流出口中心位置的距离，即位置水头z，计算总水头差：
式中ρw为水的密度kg/m3；g为重力加速度m/s2；uw为水压力；ΔH为总水头差；z为位置水头；
采用秒表和量筒记录渗流稳定时的流量和时间，求多次平均值，根据渗透系数与水头梯度的关系，得到竖向渗透系数：
根据渗透系数与水头梯度的关系，得到横向渗透系数：
根据渗透系数与水头梯度的关系，得到耦合向渗透系数：
渗透系数单位为m/s，Q为渗流流量，单位为m3/s；ΔH为总水头差，h为试件高度，r1为试件内半径，r2为试件外半径，单位为m。
具体实施方式二：本实施方式步骤一中马歇尔试件的内径范围为10mm～30mm，马歇尔试件的高度范围为50～80mm。如此设计，马歇尔试件的内径范围和高度范围均在沥青及沥青混合料试验规程范围内，符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。其它组成及操作步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式步骤一中马歇尔试件的内径范围为15mm～25mm，马歇尔试件的高度范围为55～70mm。如此设计，马歇尔试件的内径范围和高度范围均在沥青及沥青混合料试验规程范围内，符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。其它组成及操作步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式步骤一中马歇尔试件的内径范围为20mm，马歇尔试件的高度范围为60～65mm。如此设计，马歇尔试件的内径范围和高度范围均在沥青及沥青混合料试验规程范围内，符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。其它组成及操作步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式步骤二中保水时间8～15min。如此操作，可以对标准混凝土试样放入该饱水设备中进行全自动真空保水，使得马歇尔试件真空保水符合规范要求。其它组成及操作步骤与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式步骤二中保水时间10min。如此操作，可以对标准混凝土试样放入该饱水设备中进行全自动真空保水，使得马歇尔试件真空保水符合规范要求。其它组成及操作步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式步骤三中内孔密封垫和盖板密封垫均为硅胶密封垫。如此操作，采用硅胶密封效果好，使用寿命长。其它组成及操作步骤与具体实施方式六相同。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于所述常水头的沥青混合料多向渗流试验方法步骤如下：
步骤一、制备马歇尔试件：
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》试验方法制作沥青混合料试件，采用中空马歇尔试件成型装置成型中空马歇尔试件，马歇尔试件的内径范围为7mm～40.8mm，马歇尔试件的外径101mm，马歇尔试件的高度范围为43.5～83.5mm；
步骤二、真空保水：
将成型后的马歇尔试件室温放置24h，然后采用真空泵对马歇尔试件进行真空保水，保水时间5～20min；
步骤三、密封处理：
测量竖向渗流时：将中空防渗胶圈塞入马歇尔试件内孔中，保证胶垫的一端与测试装置密闭连接，在马歇尔试件侧壁上套装竖向防水侧壁，使竖向防水侧壁将马歇尔试件和中空防渗胶圈紧紧箍住，将竖向防渗胶圈组合***试件中空部分，内径尺寸与防渗胶圈外径尺寸相匹配，完成竖向渗流测试的试件密封；
测量横向渗流时：
在马歇尔试件的中空部分的上端和下端安装与其内径尺寸相匹配的内孔密封垫，然后将马歇尔试件整体放入横向防渗盖板中，在横向防渗盖板上设置盖板密封垫，完成横向渗流测试的试件密封；
测量耦合渗流时：
将耦合向防渗装置***试件中空部位，完成耦合向渗流测试的试件密封；
步骤四、安装渗流装置：
将密封好的马歇尔试件放入渗流装置的下腔体中，将上、下腔体连接件与马歇尔试件对接并保证密封，连接上腔体、连接件和下腔体；
步骤五、渗流装置通水：
给渗流装置通水通水，打开上腔体排气阀门，当水位上升到排期阀门位置，即水流路径内无明显气泡时，关闭排气阀门，持续通水后打开竖向排水阀门；
步骤六、计算总水头：
当通过马歇尔试件的渗流流量稳定时，记录水压力计示数uw，记录补给水箱内液面最高点距离竖向流出口中心位置的距离，即位置水头z，计算总水头差：
式中ρw为水的密度kg/m3；g为重力加速度m/s2；uw为水压力；ΔH为总水头差；z为位置水头；
采用秒表和量筒记录渗流稳定时的流量和时间，求多次平均值，根据渗透系数与水头梯度的关系，得到竖向渗透系数：
根据渗透系数与水头梯度的关系，得到横向渗透系数：
根据渗透系数与水头梯度的关系，得到耦合向渗透系数：
渗透系数单位为m/s，Q为渗流流量，单位为m3/s；ΔH为总水头差，h为试件高度，r1为试件内半径，r2为试件外半径，单位为m。
2.根据权利要求1所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于步骤一中马歇尔试件的内径范围为10mm～30mm，马歇尔试件的高度范围为50～80mm。
3.根据权利要求2所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于步骤一中马歇尔试件的内径范围为15mm～25mm，马歇尔试件的高度范围为55～70mm。
4.根据权利要求3所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于步骤一中马歇尔试件的内径范围为20mm，马歇尔试件的高度范围为60～65mm。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于步骤二中保水时间8～15min。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于步骤二中保水时间10min。
7.根据权利要求6所述的常水头的沥青混合料多向渗流试验方法，其特征在于步骤三中内孔密封垫和盖板密封垫均为硅胶密封垫。
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- 2019-05-20 CN CN201910420727.8A patent/CN110132817B/zh active Active
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