CN112067529A - 透水沥青混凝土渗透性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透水沥青混凝土渗透性测试装置及方法，该渗透性测试装置，包括第一量筒以及竖直设置于所述第一量筒中部的第二量筒；所述第二量筒的上方设有渗透筒体，所述第二量筒与所述渗透筒体之间装夹有透水沥青混凝土试件(PAC试件)，所述第二量筒、渗透筒体和PAC试件三者的直径一致且同轴密封连接，所述渗透筒体的顶部连接有进水管。本发明可以实现透水沥青混凝土竖向渗透能力和横向渗透能力的同时测量。
Description
技术领域
本发明属于透水沥青路面性能测试技术领域，尤其涉及一种透水沥青混凝土渗透性测试装置及方法。
背景技术
透水沥青混凝土(Permeable asphaltconcrete,PAC)路面是指利用高粘度改性沥青与特殊级配拌和而成的、形成空隙率在18％-25％之间的大空隙沥青混凝土。这一混凝土具有快速排出路表积水、显著降低行车噪声等优点，近年来引起了国内外道路科技工作者的广泛关注。
与传统密级配沥青混凝土不同，PAC主要特点是内部具有丰富的空隙结构，从而形成了或连通、或间断、或闭合的空隙通道，其中连通空隙率赋予了PAC路面快速的排水能力，因此，关于PAC路面内部连通空隙率与排水能力(统一采用渗透能力来表示)的测试一直是PAC路面研究的重点。
现行PAC路面渗透能力的测试仪器种类繁多，从测试方式而言，可分为常水头和变水头测试方式两类；从测试内容而言，可分为竖向渗透能力与横向渗透能力测试两种。但整体而言，现行PAC试件的测试仪器具有以下局限性：
(1)现行测试以竖向渗透能力为主，对PAC试件的横向渗透能力关注不足，实际上对于路面宽度远大于路面厚度的层状路面结构而言，横向渗透系数提供了更丰富的渗透通道，因此更应该被关注。
(2)现行测试仪器对PAC试件渗透能力的测试环境模拟较单一，不可模拟不同路面径流条件下PAC试件的渗流情况。
综上，有必要对现有的测试仪器进行改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种透水沥青混凝土渗透性测试装置及方法，旨在实现透水沥青混凝土竖向渗透能力和横向渗透能力的同时测量。
为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
透水沥青混凝土渗透性测试装置，包括第一量筒以及竖直设置于所述第一量筒中部的第二量筒；
所述第二量筒的上方设有渗透筒体，所述第二量筒与所述渗透筒体之间装夹有透水沥青混凝土试件(PAC试件)，所述第二量筒、渗透筒体和PAC试件三者的直径一致且同轴密封连接，所述渗透筒体的顶部连接有进水管。
进一步的，所述第一量筒和第二量筒的底部均设有排水阀。
进一步的，所述进水管由若干管节组成，所述渗透筒体与所述进水管可拆卸连接。
进一步的，所述进水管上设有控制阀门。
进一步的，所述进水管上位于所述控制阀门的上方设有旁路，所述旁路与储水箱连接，所述储水箱与水龙头对接。
进一步的，所述渗透筒体内设有雨水篦子。
进一步的，所述雨水篦子包括孔板和转动设置在所述孔板上用于对所述孔板上漏水孔流通截面大小进行调节的调节板。
进一步的，所述第一量筒设置于基座上，所述基座上设有升降机构，所述渗透筒体设置于所述升降机构上。
进一步的，所述PAC试件的两端通过止水材料与所述第二量筒和渗透筒体密封连接。
采用上述透水沥青混凝土渗透性测试装置的透水沥青混凝土渗透性测试方法，包括：将PAC试件装夹在第二量筒和渗透筒体之间，并通过止水材料将PAC试件与第二量筒和渗透筒体的接触部位密封；接着通过进水管向渗透筒体内装入设定量的水，同时按下秒表计时，进行渗透试验；待PAC试件上表面无积水时停止计时，依据第一量筒和第二量筒内收集水的体积量以及秒表记录的渗透时间，即可获得受测试件的竖向和横向渗透速率。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：1)可同时测量PAC试件的竖向渗透能力和横向渗透能力，更精确的测试受测试样的渗透能力；2)可通过水龙头与进水情况的配合来实现常水头和变水头两种测量方式的切换，满足不同测试方式的需求；3)基于PAC路面实际服役场景，可通过设置有无雨水篦子实现有无路面积水的模拟，通过增减管节的数目可实现路面不同降雨强度的模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的透水沥青混凝土渗透性测试装置结构示意图；
图2是本发明实施例涉及的雨水篦子结构示意图；
图3是应用例1渗透性能试验结果统计图；
图4是应用例2渗透性能试验结果统计图；
其中：1-第一量筒；2-第二量筒；3-渗透筒体；4-PAC试件；5-进水管；6-控制阀门；7-旁路；8-储水箱；9-雨水篦子；901-孔板；902-调节板；903-转轴；10-基座；11-升降机构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种透水沥青混凝土渗透性测试装置，包括第一量筒1、第二量筒2和渗透筒体3，第二量筒2竖直设置在第一量筒1的中部，且两者互不连通，渗透筒体3支撑设置在第二量筒2的正上方。PAC试件4装夹在第二量筒2与渗透筒体3之间，第二量筒2、渗透筒体3和PAC试件4三者的直径一致且同轴密封连接，在渗透筒体3的顶部连接有进水管5。
具体的，为方便第一量筒1和第二量筒2内收集水的排出，在第一量筒1和第二量筒2的底部均设有排水阀(图中未示出)。
可以理解的是，在进水管5上可以设置控制阀门6，进水管5由若干管节组成，相邻管节之间通过螺纹可拆卸连接，渗透筒体3与进水管5之间同样通过螺纹可拆卸连接，通过增减管节的数目可实现路面不同降雨强度的模拟。此外，在进水管5上位于控制阀门6的上方还可以增设旁路7，旁路7与储水箱8连接，储水箱8与水龙头对接，上述结构设置，可以通过水龙头与进水情况的配合来实现常水头和变水头两种测量方式的切换，满足不同测试方式的需求。
参见图2，在实际应用中，渗透筒体3内还可以设置雨水篦子9，雨水篦子9包括孔板901和转动设置在孔板901上用于对孔板901上漏水孔流通截面大小进行调节的调节板902。本实施例可以根据是否有雨水篦子9来分别模拟路面有积水和无积水两种降雨情形。
具体的，孔板901和调节板902均为尺寸相同的圆形板，孔板901和调节板902叠合设置并通过转轴903连接，雨水篦子雨水篦子9与PAC试件PAC试件4之间的距离为70mm，在调节板902上设有与孔板901上漏水孔相对应的孔体，孔板901的漏水孔孔径大小为4mm，孔径间隔为10mm，相邻两排漏水孔的圆心夹角为30°。
在一些实施方式中，第一量筒1设置于基座10上，在基座10上设有升降机构11，渗透筒体3设置于升降机构11上，升降机构11可以带动渗透筒体3上下移动，从而对装夹距离进行灵活调节，满足不同高度试件的装夹需求。升降机构11可以采用油缸带动的升降机构，相应的包括升降油杆和设置于升降油杆上的支撑架，支撑架与进水管5连接，从而带动进水管5连同渗透筒体3一起上下移动。当然，升降机构11也可以采用丝杆升降机构。
具体的，PAC试件4的两端通过止水材料与第二量筒2和渗透筒体3密封连接，止水材料可以采用凡士林与黄油的混合物，二者的比例具体依据试验温度的高低而有所不同。
本申请实施例可通过水龙头与进水情况的配合来实现常水头和变水头两种测量方式，且在常水头测量时可通过增减管节的数目来实现水压的自由调节，并根据是否有雨水篦子9来分别模拟路面有积水和无积水两种降雨情形；可通过第一量筒1、第二量筒2和渗透筒体3的配合实现对测试试件竖向渗透性能和横向渗透性能同时进行监测。
利用上述透水沥青混凝土渗透性测试装置对PAC试件4进行渗透性测试的具体过程如下：
(1)首先需选择合适的受测PAC试件4类型，确定受测PAC试件4的成型方式(马歇尔方式或旋转压实方式)与PAC试件4尺寸(150mm或101.6mm)。
(2)其次，确定具体的实验条件。受测PAC试件4在测试过程中采用何种水头(常水头或变水头)、模拟何种降雨形式(有无雨水篦子9)、测试雨水质量以及下落高度(管节数目)需提前确定完毕。
(3)完成试验准备工作。主要包括：测试装置组装、检查仪器密封性情况、装水至规定高度、确定控制阀门6最大开启程度及秒表清零。
(4)安装好受测PAC试件4并涂抹止水材料。
(5)一人打开控制阀门6至规定的位置，同时另一人按下秒表计时，进行试验，渗透筒体3内的水从PAC试件4的侧部和底部渗透后，分别通过第一量筒1和第二量筒2进行收集。待PAC试件4上表面无积水时停止计时，同时分别统计第一量筒1和第二量筒2内的水量，进行记录，依据第一量筒1和第二量筒2内收集水的体积量以及秒表记录的渗透时间，即可获得受测试件的竖向和横向渗透速率。
应用例1
测试直径为150mm不同空隙率的旋转压实试件在无雨水篦子9情况下的渗透性能
(1)依据选定的级配，采用旋转压实方式分别成型空隙率为15％、18％、21％和24％、高度为5cm的PAC试件4，每个空隙率下成型5组平行试件，共计20组。成型完毕后放置24h，作为受测PAC试件4待用。
(2)选定实验条件。在本测试中选用变水头、无雨水篦子9的情形进行测试，测试雨水量设定为自控制阀门6以上至储水箱8水龙头高度处，总质量为2350g，下落高度为4节螺纹管节。
(3)完成实验前准备工作，包括测试装置组装、密封性检查、装水、确定可开启控制阀门6程度以及秒表清零等步骤。
(4)放置受测PAC试件4并涂抹止水材料。
(5)进行试验。试验人员甲打开控制阀门6至规定的位置，试验人员乙同时按下秒表计时，待试件上表面无积水时停止计时，同时分别统计内第一量筒1和第二量筒2内的水量，进行记录。
(6)如此循环，直至测试完所有受测PAC试件4。
依据实验结果，采用第一量筒1和第二量筒2内水的体积量与渗透时间的比值，即可获得受测试件的竖向(横向)渗透速率，其具体结果如图3所示。由图3可知，首先，当PAC级配的空隙率变大时，整个试件的竖向渗透速率显著增加，且空隙率越大，竖向渗透速率增长的幅度也越大，这表明当PAC级配空隙率较小时，尽管受测试件内部的竖向孔隙具备一定的排水能力，但整体连通程度较低，随着级配空隙率的增加，连通空隙率迅速增长，提升了整个试件的竖向渗透能力，且在现行PAC路面空隙率设计范围内，级配空隙率越大，受测试件的竖向孔隙连通程度就越高，排水能力也越强。
其次，与之形成鲜明对比的是，随着PAC级配空隙率的增加，受测试件的横向渗透速率增长却十分有限，几乎不呈现显著的增长。这表明在PAC级配设计范围内，受测试件横向渗透能力受PAC级配空隙率的影响十分小，几乎处于一个稳定状态。
第三，将竖向渗透速率与横向渗透速率对比可以发现，当PAC级配设计空隙率相对较小时，横向渗透是PAC路面的主要排水手段，而随着空隙率增大，横竖向排水能力逐步相当，直至最后竖向排水能力显著大于横向排水能力，成为PAC级配的主要排水方式。
这一结果具有重要的意义，首先指出了不同PAC级配设计空隙率下，受测试件的横竖向渗透能力，与传统只测量受测试件竖向渗透能力相比，为排水路面的精细化设计提供了更加科学的指导，为PAC路面路用性能的提升、PAC路面服役寿命的延长具有重要意义；其次，尤为重要的是，首次直接反映了在PAC级配设计空隙率变化情况下，受测试件横竖向渗透能力的变化趋势，揭示了空隙率变化对PAC路面内部孔隙网络连通的影响规律，对路面空隙率的调控以及性能预判具有重要的指导作用。
应用例2
测试直径为101.6mm不同厚度下的马歇尔试件在无雨水篦子9情况下的渗透性能
(1)依据选定的级配，采用马歇尔成型方式分别成型高度为3cm、4cm、5cm和6cm、空隙率为21％的PAC试件4。每个试件高度下成型5组平行试件，共计20组。成型完毕后放置24h，作为受测试件待用。
(2)选定实验条件。在本测试中选用变水头、无雨水篦子9的情形进行测试，测试雨水量设定为自控制阀门6以上至储水箱8水龙头高度处，总质量为2350g，下落高度为4节螺纹短管。
(3)完成实验前准备工作，包括测试装置组装(需要更换对应大小的第二量筒2和渗透筒体3)、设备密封性检查、装水、确定可开启控制阀门6程度以及秒表清零等步骤。
(4)放置受测试件并涂抹止水材料。
(5)进行试验。试验人员甲打开控制阀门6至规定的位置，试验人员乙同时按下秒表计时，待PAC试件4上表面无积水时停止计时，同时分别统计第一量筒1和第二量筒2内的水量，进行记录。
(6)如此循环，直至测试完所有受测PAC试件4。
依据实验结果，采用第一量筒1和第二量筒2内水的体积量与渗透时间的比值，即可获得受测试件的竖向(横向)渗透速率，其具体结果如图4所示。由图4可知，首先，当PAC级配的受测试件高度增加时，横竖向渗透速率均减小，表明试件厚度增加既能封闭竖向连通孔隙，又能封闭横向连通孔隙，对路面的排水能力具有明显的负面作用。
其次，就横竖向渗透速率的下降程度而言，可以看出，试件厚度的增加，对竖向渗透能力影响更大，且尤其从较薄的试件向稍厚的试件增加过程中，竖向渗透速率发生显著的下降，此后继续增加，渗透速率仍有较明显的下降，但下降幅度相对减小了。与之相比，横向渗透速率尽管随着试件厚度的增加有一定下降，但整体不明显，说明横向渗透能力随试件厚度的影响相对较小。
上述实验结果同样对PAC路面的设计具有重要的指导作用。首先，这一结果***反映了试件厚度的变化对PAC试件4渗透能力的影响结果，可为特定渗透能力下PAC路面厚度设计提供指导依据；其次，图中清晰的反映了PAC试件4厚度对横竖向渗透能力的影响趋势，能够较易的推论出PAC路面内部横竖向连通通道的变化趋势，这为认识PAC路面孔隙结构及其演化趋势提供了研究的途径。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：包括第一量筒(1)以及竖直设置于所述第一量筒(1)中部的第二量筒(2)；
所述第二量筒(2)的上方设有渗透筒体(3)，所述第二量筒(2)与所述渗透筒体(3)之间装夹有PAC试件(4)，所述第二量筒(2)、渗透筒体(3)和PAC试件(4)三者的直径一致且同轴密封连接，所述渗透筒体(3)的顶部连接有进水管(5)。
2.根据权利要求1所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述第一量筒(1)和第二量筒(2)的底部均设有排水阀。
3.根据权利要求1所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述进水管(5)由若干管节组成，所述渗透筒体(3)与所述进水管(5)可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述进水管(5)上设有控制阀门(6)。
5.根据权利要求4所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述进水管(5)上位于所述控制阀门(6)的上方设有旁路(7)，所述旁路(7)与储水箱(8)连接，所述储水箱(8)与水龙头对接。
6.根据权利要求1所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述渗透筒体(3)内设有雨水篦子(9)。
7.根据权利要求6所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述雨水篦子(9)包括孔板(901)和转动设置在所述孔板(901)上用于对所述孔板(901)上漏水孔流通截面大小进行调节的调节板(902)。
8.根据权利要求1所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述第一量筒(1)设置于基座(10)上，所述基座(10)上设有升降机构(11)，所述渗透筒体(3)设置于所述升降机构(11)上。
9.根据权利要求1所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，其特征在于：所述PAC试件(4)的两端通过止水材料与所述第二量筒(2)和渗透筒体(3)密封连接。
10.透水沥青混凝土渗透性测试方法，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的透水沥青混凝土渗透性测试装置，包括：将PAC试件(4)装夹在第二量筒(2)和渗透筒体(3)之间，并通过止水材料将PAC试件(4)与第二量筒(2)和渗透筒体(3)的接触部位密封；接着通过进水管(5)向渗透筒体(3)内装入设定量的水，同时按下秒表计时，进行渗透试验；待PAC试件(4)上表面无积水时停止计时，依据第一量筒(1)和第二量筒(2)内收集水的体积量以及秒表记录的渗透时间，即可获得受测试件的竖向和横向渗透速率。
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