评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验装置及方法

技术领域

本发明属于沥青性能检测领域，涉及一种评估沥青混合料浸水前中 后模量变化的试验装置及方法。

背景技术

近年来，我国公路事业发展迅速，特别是高等级沥青路面，每年新 建的高等级路面90％以上均为沥青路面。在公路事业高速发展的同时， 也相继出现了一系列问题，沥青路面水损害是其中一种比较突出的问题。 目前，国内外对于沥青路面的抗水损害能力的多种评价试验及方法均存 在一些不足，例如没有考虑沥青路面在局部荷载以及全断面荷载在有侧 限约束和无侧限约束条件下的抗水损害性能的区别。本发明提出一种用 于测试沥青混合料浸水前中后模量变化的试验装置，可用于评价不同沥 青路面在不同条件下的抗水损害性能。

通常，自然降水是通过沥青路面的横坡排除的，但是降水量过大， 仅仅依靠横坡无法完成排水，便会形成积水路面以及漫水路面，待降水 停止沥青路面处于饱水状态时又会形成浸水后沥青路面。沥青路面浸水 前中后强度变化指标对评价沥青路面抗水损害能力、预防沥青路面水损 害、进行合理的路面养护有重要意义。我国对沥青混合料水稳定性检验 的冻融劈裂试验进行了大量的研究。然而，已有的试验、研究都是采用 破坏抗拉强度来表示沥青混合料的抗水损害能力，因而不能测试沥青混 合料在不同条件下模量变化，也不能结合实际情况对沥青路面强度变化 进行分析从而进行沥青路面水损害预防性养护。本发明提出一种用于评 价沥青混合料浸水前中后模量变化的试验装置，可以用于评价不同沥青 路面在不同条件下的抗水损害性能。通过测试同种沥青混合料试件在不 同条件下(局部荷载、有侧限约束或无侧限约束)浸水前中后模量变化， 评价其模拟沥青路面的抗水损害性能。

目前测试沥青路面抗水损害能力的试验存在不足，更缺乏评价沥青 路面在不同条件下浸水前中后模量变化的试验装置以及确定方法。现有 技术的主要缺点如下：

(1)现有技术一般采用冻融劈裂试验来测试沥青混合料水稳定性， 已有的试验、研究都是采用破坏抗拉强度来表示沥青混合料的抗水损害 能力，忽略了抗压强度达到极限而导致的水损害，且在实际情况中，沥 青路面经常遭受压力而非拉力，故仅采用破坏抗拉强度来表示沥青混合 料的抗水损害能力存在缺陷。且冻融劈裂试验条件较为苛刻，试验次数 多达数十次甚至百次之多，较为繁琐。

(2)现有技术一般仅采用沥青混合料试件冻融前后破坏强度比作 为评价指标，忽略了沥青混合料试件在浸水前中后过程中的模量变化， 而且忽略了试件约束条件对试验结果的影响。因此，无法精细确定沥青 混合料在浸水各阶段的模量变化，不能准确评价沥青路面抗水损害能力。

(3)现有技术一般采用固定温度进行试验，缺乏对温度因素影响沥 青混合料抗水损害能力的思考，因而泛用性不强，不能准确评价不同温 度下沥青路面抗水损害能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种评估沥青 混合料浸水前中后模量变化的试验装置及方法，该装置及方法能够测量 沥青混合料在不同温度中全断面荷载、有侧限约束及无侧限约束下浸水 前中后的模量变化。

为达到上述目的，本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变 化的试验装置包括计算机、真空泵、环境箱、用于控制环境箱的温控装 置、以及设置于环境箱内的动力装置、压力轴、侧限筒、封闭盖板、试 验池、底座、承压轴及能够提供全断面荷载的压力探头；

动力装置位于环境箱的顶部，动力装置的输出端与压力轴的上端相 连接，压力轴的下端设置有用于连接压力探头及封闭盖板的连接器，封 闭盖板覆盖于试验池的顶部开口上，底座位于环境箱的底部，承压轴的 上端与试验池的底部相连接，承压轴的下端固定于底座上，试验池的底 部设置有橡胶底座，侧限筒位于橡胶底座上，试验池的侧面设置有抽气 口，真空泵与所述抽气口相连通，试验池的顶部设置有与外界水源相连 通的进水口，试验池的底部设置有出水口，计算机与压力探头的输出端 及动力装置的控制端相连接。

所述连接器为螺纹接口。

试验池的出水口处设置有排水阀；

试验池的进水口处设置有进水阀；

试验池的抽气口处设置有抽气阀。

橡胶底座上设置有环形凹槽，侧限筒的下端内嵌于所述环形凹槽内。

封闭盖板的底部设置有与试验池顶部开口的壁面相配合的橡胶凹 槽。

真空泵通过橡胶水管与试验池上的抽气口相连通。

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验方法包括 以下步骤：

1a)将待测试件放置于橡胶底座上，然后调整环境箱内的温度；

2a)将压力探头安装于连接器上，再关闭排水阀、进水阀以及抽气 阀，以模拟待测试件处于浸水前的状态，计算机设置待测试件的压缩量 为10mm，动力装置驱动压力轴对待测试件进行压缩，当待测试件的压 缩量为10mm时压力探头测量得到的压力值为P₁；还原压力轴的位置，>2；然后还原压力轴的位置，断开真空泵，打>3；

3a)得无侧限约束条件下，待测试件浸水中模量下降率α₁及待测试>2为：

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验方法包括 以下步骤：

1b)将侧限筒放置于橡胶底座上，再将待测试件放置于侧限筒内， 然后调整环境箱内的温度；

2b)将压力探头安装于连接器上，再关闭排水阀、进水阀以及抽气 阀，以模拟待测试件处于浸水前的状态，计算机设置待测试件的压缩量 为10mm，动力装置驱动压力轴对待测试件进行压缩，当待测试件的压 缩量为10mm时压力探头测量得到的压力值为P₁₁；还原压力轴的位置，>21；然后还原压力轴的位置，断开真空泵，打>31；

3b)得侧限约束条件下，待测试件浸水中模量下降率α₁₁及待测试件>21为：

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验方法包括 以下步骤：

1c)将待测试件放置于橡胶底座上，然后调整环境箱内的温度，使 环境箱内的温度为T₁；

2c)将压力探头安装于连接器上，再关闭排水阀、进水阀以及抽气 阀，以模拟待测试件处于浸水前的状态，计算机设置待测试件的压缩量 为10mm，动力装置驱动压力轴对待测试件进行压缩，当待测试件的压 缩量为10mm时压力探头测量得到的压力值为P₁₂，还原压力轴的位置，>22；然后还原压力轴的位置，断开真空泵，打开>32；

3c)得温度为T₁时，在无侧限约束条件下，待测试件浸水中模量下>12及待测试件浸水后模量下降率α₂₂为：

4c)从新选取待测试件，然后将环境箱内的温度调整为T₂，重复步>2时，在无侧限约束条件下，待测试件浸水中>1′及待测试件浸水后模量下降率α_2′，则待测试件的温度影响>

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验装置及方 法在具体操作时，通过进水阀、排水阀及真空泵调节试验池中的环境， 以模拟待测试件在浸水前、浸水中及浸水后的状态，通过安装或取消侧 限筒模拟待测试件的侧限约束条件及无侧限约束条件，通过环境箱改变 实现温度，再通过动力装置、压力探头及压力轴相配合以测量待测试件 浸水中模量下降率、试件浸水后模量下降率及待测试件的温度影响系数， 操作简单，方便，同时，需要说明的是，本发明中的压力探头为能够提 供全断面荷载的压力探头，以测量沥青混合料在不同温度中全断面荷载、 有侧限约束及无侧限约束下浸水前中后的模量变化，进而可以通过测量 得到的数据评估沥青路面抗水损害性能，相对传统冻融劈裂试验，本发 明操作简单，试验时间及投入的人力物力相对较少，同时避免人为因素 导致的操作误差，评估的准确性较高。另外需要说明的是，本发明采用 待测试件浸水中模量的下降率及浸水后模量下降率作为评价指标，弥补 现有仅采用破坏抗拉强度来表示沥青混合料的抗水损害能力存在的缺 陷。

附图说明

图1为安装封闭盖板9后本发明的结构示意图；

图2为安装压力探头19后本发明的结构示意图；

图3为本发明中橡胶底座16的结构示意图；

图4为本发明中侧限筒7的结构示意图；

图5为本发明中试验池8的结构示意图；

图6为本发明中封闭盖板9的结构示意图。

其中，1为环境箱、2为真空泵、3为计算机、4为底座、5为承压 轴、6为抽气口、7为侧限筒、8为试验池、9为封闭盖板、10为温控装 置、11为压力轴、12为动力装置、13为连接器、14为进水口、15为待 测试件、16为橡胶底座、17为排水阀、18为出水口、19为压力探头、 20为环形凹槽、21为抽气阀、22为进水阀、23为橡胶凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试 验装置包括计算机3、真空泵2、环境箱1、用于控制环境箱1的温控装 置10、以及设置于环境箱1内的动力装置12、压力轴11、侧限筒7、封 闭盖板9、试验池8、底座4、承压轴5及能够提供全断面荷载的压力探 头19；动力装置12位于环境箱1的顶部，动力装置12的输出端与压力 轴11的上端相连接，压力轴11的下端设置有用于连接压力探头19及封 闭盖板9的连接器13，封闭盖板9覆盖于试验池8的顶部开口上，底座 4位于环境箱1的底部，承压轴5的上端与试验池8的底部相连接，承 压轴5的下端固定于底座4上，试验池8的底部设置有橡胶底座16，侧 限筒7位于橡胶底座16上，试验池8的侧面设置有抽气口6，真空泵2 与所述抽气口6相连通，试验池8的顶部设置有与外界水源相连通的进 水口14，试验池8的底部设置有出水口18，计算机3与压力探头19的 输出端及动力装置12的控制端相连接。

所述连接器13为螺纹接口。试验池8的出水口18处设置有排水阀 17；试验池8的进水口14处设置有进水阀22；试验池8的抽气口6处 设置有抽气阀21；橡胶底座16上设置有环形凹槽20，侧限筒7的下端 内嵌于所述环形凹槽20内；封闭盖板9的底部设置有与试验池8顶部开 口的壁面相配合的橡胶凹槽23；真空泵2通过橡胶水管与试验池8上的 抽气口6相连通。

侧限筒7的作用在于在进行有侧限约束条件下的试验时为待测试件 15提供侧限，在进行有侧限约束条件下的试验时，将待测试件15位于 侧限筒7内，在进行无侧限约束条件下的试验时，将待测试件15直接放 置于橡胶底座16上。

室内试验时，使用沥青混合料通过旋转压实仪成型的圆柱形试件进 行试验，得待测试件15，在室外试验时，采用钻头取芯取样，以获得圆 柱形试件，再将待测试件15静置一段时间，使其干燥。

需要说明的是，压力探头19为能够提供局部荷载的压力探头19。

实施例一

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验方法包括 以下步骤：

1a)将待测试件15放置于橡胶底座16上，然后调整环境箱1内的 温度；

2a)将压力探头19安装于连接器13上，再关闭排水阀17、进水阀 22以及抽气阀21，以模拟待测试件15处于浸水前的状态，计算机3设 置待测试件15的压缩量为10mm，动力装置12驱动压力轴11对待测试 件15进行压缩，当待测试件15的压缩量为10mm时压力探头19测量 得到的压力值为P₁；还原压力轴11的位置，拆除压力探头19，再将封>2；>3；

3a)得无侧限约束条件下，待测试件15浸水中模量下降率α₁及待>2为：

实施例二

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验方法包括 以下步骤：

1b)将侧限筒7放置于橡胶底座16上，再将待测试件15放置于侧 限筒7内，然后调整环境箱1内的温度；

2b)将压力探头19安装于连接器13上，再关闭排水阀17、进水阀 22以及抽气阀21，以模拟待测试件15处于浸水前的状态，计算机3设 置待测试件15的压缩量为10mm，动力装置12驱动压力轴11对待测试 件15进行压缩，当待测试件15的压缩量为10mm时压力探头19测量 得到的压力值为P₁₁；还原压力轴11的位置，拆除压力探头19，再将封>21；>31；

3b)得侧限约束条件下，待测试件15浸水中模量下降率α₁₁及待测>21为：

实施例三

本发明所述的评估沥青混合料浸水前中后模量变化的试验方法包括 以下步骤：

1c)将待测试件15放置于橡胶底座16上，然后调整环境箱1内的 温度，使环境箱1内的温度为T₁；

2c)将压力探头19安装于连接器13上，再关闭排水阀17、进水阀 22以及抽气阀21，以模拟待测试件15处于浸水前的状态，计算机3设 置待测试件15的压缩量为10mm，动力装置12驱动压力轴11对待测试 件15进行压缩，当待测试件15的压缩量为10mm时压力探头19测量 得到的压力值为P₁₂，还原压力轴11的位置，拆除压力探头19，再将封>22；>32；

3c)得温度为T₁时，在无侧限约束条件下，待测试件15浸水中模>12及待测试件15浸水后模量下降率α₂₂为：

4c)从新选取待测试件15，然后将环境箱1内的温度调整为T₂，重>2时，在无侧限约束条件下，待测试件15>1′及待测试件15浸水后模量下降率α₂′，则待测试件>