一種評估集料表面瀝青膜阻水性能的試驗裝置及方法與流程
2023-10-05 22:55:04
本發明涉及一種試驗裝置及方法，具體涉及一種評估集料表面瀝青膜阻水性能的試驗裝置及方法。
背景技術：
瀝青路面具有行車舒適和使用性能良好的優點,能保證汽車快速而低噪聲地行駛,而且瀝青路面具有建設速度快、開放交通快、維修方便、可回收利用等優點，因而被廣泛應用於世界各地。近年來，隨著一些高等級瀝青路面公路發生了較為嚴重的水損害問題，這種破壞形勢逐漸引起各國研究者們的注意。目前，測試瀝青路面抗水損害能力的試驗如凍融劈裂試驗等還存在一些不足，不能用於確定集料表面瀝青膜阻水性能在瀝青混合料抗水損害能力中所起作用。
所謂瀝青路面的水損害，是指瀝青路面在存在水分的條件下，經受交通荷載的反覆作用，水分逐步侵入到瀝青與集料的交互界面上，同時由於水動力的作用，導致集料表面瀝青膜與集料之間的粘結力逐漸喪失而使瀝青路面破環。瀝青路面水損害的作用機理與兩種過程有關，首先是水能侵入瀝青中使瀝青粘附性減小，從而導致瀝青混合料的強度和勁度減小，其次，水能進入瀝青薄膜和集料之間，阻斷瀝青與集料的相互粘結，由於集料表面對水的吸附力比瀝青強，致使瀝青與集料表面的接觸減小，瀝青從集料表面剝落，瀝青混合料的強度逐漸降低，在行車荷載的聯合作用下，水損壞明顯加劇，致使瀝青混凝土路面產生車轍、鬆散、坑槽及局部的結構性破壞，然而，現有的測試瀝青路面抗水損害能力的試驗都未曾考慮集料表面瀝青膜阻水性能在瀝青混合料抗水損害能力中所起作用，因此需要設計出一種裝置及方法，該裝置及方法能夠實現集料表面瀝青膜阻水性能的評估。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種測試集料表面瀝青膜阻水性能的試驗裝置及方法，該裝置及方法能夠實現集料表面瀝青膜阻水性能的評估。
為達到上述目的，本發明所述的評估集料表面瀝青膜阻水性能的試驗裝置包括環境箱、計算機以及位於環境箱內的蓄水池、升降裝置、第一網籃、第二網籃、用於稱取第一網籃重量的第一稱量裝置以及用於稱取第二網籃重量的第二稱量裝置；
蓄水池固定於環境箱的底部，第一網籃及第二網籃均通過升降裝置固定於環境箱的頂部，第一網籃及第二網籃位於蓄水池的上方，第一稱量裝置及第二稱量裝置均與計算機相連接。
升降裝置包括第一升降杆、第二升降杆、第三升降杆、第一承壓臺、第二承壓臺及第三承壓臺，其中，第一升降杆的上端、第二升降杆的上端及第三升降杆的上端均固定於環境箱的頂部，第一承壓臺、第二承壓臺及第三承壓臺分別固定於第一升降杆的下端、第二升降杆的下端及第三升降杆的下端，第一稱量裝置固定於第一承壓臺與第二承壓臺之間，第二稱量裝置固定於第二承壓臺與第三承壓臺之間，第一籃網懸吊於第一稱量裝置上，第二籃網懸吊於第二稱量裝置上。
環境箱與蓄水池之間設有底板，其中，底板的上表面開設有用於固定於蓄水池的凹槽，其中，蓄水池的底部內嵌於所述凹槽內。
蓄水池內設有溫度傳感器，環境箱內設有加熱系統及製冷系統，其中，溫度傳感器的輸出端與計算機的輸入端相連接，加熱系統的控制端及製冷系統的控制端均與計算機的輸出端相連接。
蓄水池頂部的側面設有溢流口。
蓄水池的底部設有出水口。
第一稱量裝置與第一承壓臺之間、第一稱量裝置與第二承壓臺之間、第二稱量裝置與第二承壓臺之間以及第二稱量裝置與第三承壓臺之間均設有橡膠支座。
第一稱量裝置通過第一釣鉤與第一網籃相連接，第二稱量裝置通過第二釣鉤與第二網籃相連接。
第一稱量裝置及第二稱量裝置均為天平。
本發明所述的評估集料表面瀝青膜阻水性能的試驗方法包括以下步驟：
對集料進行烘乾，再將集料平均分為兩份，其中，第一份集料及第二份集料的質量均為m0，將第一份集料放置到乾燥環境中，將第二份集料浸沒於瀝青中，然後取出第二份集料，使第二份集料表面的瀝青凝固形成瀝青膜，然後再稱取第二份集料的質量m0′；
將第一份集料及第二份集料分別放置於第一網籃及第二網籃中，再控制升降裝置將第一網籃及第二網籃浸沒於蓄水池中，通過第一稱量裝置及第二稱量裝置分別稱取第一網籃及第二網籃的重量；得第i單位時間集料表面瀝青膜阻水率αi＝(第i單位時間內集料的吸水質量mi-第i單位時間內瀝青膜包裹集料的吸水質量mi′)/第i單位時間內集料的吸水質量mi，其中，第i單位時間內集料的吸水質量數據mi＝第i單位時間內吸水後第一份集料的質量mn-m0，第i單位時間內第二集料的吸水質量mi′＝第i單位時間內吸水後第二份集料的質量mn′-m0′，得N個單位時間檢測得到的集料表面瀝青膜的阻水率α1，α2，α3...αN,則試驗集料表面瀝青膜的阻水率α為：
根據試驗集料表面瀝青膜的阻水率α評估集料表面瀝青膜阻水性能。
本發明具有以下有益效果：
本發明所述的測試集料表面瀝青膜阻水性能的試驗裝置及方法在具體操作時，將第一份集料及表面有瀝青膜的第二份集料放置到第一網籃及第二網籃中，再將第一網籃及第二網籃放置於蓄水池中，並通過第一稱量裝置及第二稱量裝置實時稱取其質量，根據第一份集料及第二份集料質量的變化計算試驗集料表面瀝青膜的阻水率，然後根據試驗集料表面瀝青膜的阻水率評估集料表面瀝青膜阻水性能，操作簡單，為測試瀝青路面抗水損害能力提供技術支撐。
進一步，蓄水池的頂部設有溢流口，在向蓄水池中加入水時，當蓄水池中水的水面超過所述溢流口時，則蓄水池中的水經溢流口排出，並最終使蓄水池中水的液面與溢流口齊平，從而有效的對蓄水池中水的量進行控制。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明中蓄水池3的結構示意圖；
圖3為本發明中第一網籃4及第二網籃的結構示意圖；
圖4為本發明中升降裝置的結構示意圖。
其中，1為環境箱、2為底板、3為蓄水池、4為第一網籃、5為第一釣鉤、6為第一升降杆、7為動力裝置、8為第二稱量裝置、9為橡膠支座、10為第三承壓臺、11為溢流口、12為出水口、13為計算機、14為螺栓、15為傳感器、16為凹槽、17為閥門。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
參考圖1，評估集料表面瀝青膜阻水性能的試驗裝置包括環境箱1、計算機13以及位於環境箱1內的蓄水池3、升降裝置、第一網籃4、第二網籃、用於稱取第一網籃4重量的第一稱量裝置以及用於稱取第二網籃重量的第二稱量裝置8；蓄水池3固定於環境箱1的底部，第一網籃4及第二網籃均通過升降裝置固定於環境箱1的頂部，第一網籃4及第二網籃位於蓄水池3的上方，第一稱量裝置及第二稱量裝置8均與計算機13相連接。
升降裝置包括第一升降杆6、第二升降杆、第三升降杆、第一承壓臺、第二承壓臺及第三承壓臺10，其中，第一升降杆6的上端、第二升降杆的上端及第三升降杆的上端均固定於環境箱1的頂部，第一承壓臺、第二承壓臺及第三承壓臺10分別固定於第一升降杆6的下端、第二升降杆的下端及第三升降杆的下端，第一稱量裝置固定於第一承壓臺及第二承壓臺之間，第二稱量裝置8固定於第二承壓臺及第三承壓臺10之間，第一籃網懸吊於第一稱量裝置上，第二籃網懸吊於第二稱量裝置8上。
環境箱1與蓄水池3之間設有底板2，其中，底板2的上表面開設有用於固定於蓄水池3的凹槽16，其中，蓄水池3的底部內嵌於所述凹槽16內；蓄水池3內設有溫度傳感器15，環境箱1內設有加熱系統及製冷系統，其中，溫度傳感器15的輸出端與計算機13的輸入端相連接，加熱系統的控制端及製冷系統的控制端均與計算機13的輸出端相連接；蓄水池3頂部的側面設有溢流口11；蓄水池3的底部設有出水口12。
第一稱量裝置與第一承壓臺之間、第一稱量裝置與第二承壓臺之間、第二稱量裝置8與第二承壓臺之間以及第二稱量裝置8與第三承壓臺10之間均設有橡膠支座9；第一稱量裝置通過第一釣鉤5與第一網籃4相連接，第二稱量裝置8通過第二釣鉤與第二網籃相連接；第一稱量裝置及第二稱量裝置8均為天平。
本發明所述的評估集料表面瀝青膜阻水性能的試驗方法包括以下步驟：
對集料進行烘乾，再將集料平均分為兩份，其中，第一份集料及第二份集料的質量均為m0，將第一份集料放置到乾燥環境中，將第二份集料浸沒於瀝青中，然後取出第二份集料，使第二份集料表面的瀝青凝固形成瀝青膜，然後再稱取第二份集料的質量m0′；
將第一份集料及第二份集料分別放置於第一網籃4及第二網籃中，再控制升降裝置將第一網籃4及第二網籃浸沒於蓄水池3中，通過第一稱量裝置及第二稱量裝置8分別稱取第一網籃4及第二網籃的重量；得第i單位時間集料表面瀝青膜阻水率αi＝(第i單位時間內集料的吸水質量mi-第i單位時間內瀝青膜包裹集料的吸水質量mi′)/第i單位時間內集料的吸水質量mi，其中，第i單位時間內集料的吸水質量數據mi＝第i單位時間內吸水後第一份集料的質量mn-m0，第i單位時間內第二集料的吸水質量mi′＝第i單位時間內吸水後第二份集料的質量mn′-m0′，得N個單位時間檢測得到的集料表面瀝青膜的阻水率α1，α2，α3...αN,則試驗集料表面瀝青膜的阻水率α為：
根據試驗集料表面瀝青膜的阻水率α評估集料表面瀝青膜阻水性能。
底板2通過螺栓14固定於環境箱1內，通過溢流口11可使蓄水池3內水位恆定，通過蓄水池3的出水口12可起到排水、換水的作用，出水口12處設有閥門17；通過溫度傳感器15、計算機13、製冷系統及加熱系統實現蓄水池3中水的溫度恆定，第一升降杆6、第二升降杆及第三升降杆通過動力裝置7進行驅動。
本發明能夠對常規狀態、開裂狀態及老化狀態下集料表面瀝青膜阻水性能進行試驗，具體為：
常規狀態下集料表面瀝青膜阻水性能的試驗過程為：
1)在試驗之前，根據試驗要求的溫度調節環境箱1內的溫度，關閉蓄水池3底部的出水口12，再往蓄水池3內加入乾淨的水直至溢流口11有水流出為止；
2)對集料進行烘乾，再將集料平均分為兩份，其中，第一份集料及第二份集料的質量均為m0，將第一份集料放置到乾燥環境中，將第二份集料浸沒於瀝青中，然後取出第二份集料，使第二份集料表面的瀝青凝固形成瀝青膜，然後再稱取第二份集料的質量m0′；
3)將第一份集料及第二份集料分別放置於第一網籃4及第二網籃中，再控制升降裝置將第一網籃4及第二網籃浸沒於蓄水池3中，通過第一稱量裝置及第二稱量裝置8分別稱取第一網籃4及第二網籃的重量；得第i單位時間集料表面瀝青膜阻水率αi＝(第i單位時間內集料的吸水質量mi-第i單位時間內瀝青膜包裹集料的吸水質量mi′)/第i單位時間內集料的吸水質量mi，其中，第i單位時間內集料的吸水質量數據mi＝第i單位時間內吸水後第一份集料的質量mn-m0，第i單位時間內第二集料的吸水質量mi′＝第i單位時間內吸水後第二份集料的質量mn′-m0′，得N個單位時間檢測得到的集料表面瀝青膜的阻水率α1，α2，α3...αN,則試驗集料表面瀝青膜的阻水率α為：
開裂狀態下集料表面瀝青膜阻水率的確定過程為：
對集料進行烘乾，再將集料平均分為兩份，其中，第一份集料及第二份集料的質量均為m0，將第一份集料放置到乾燥環境中，將第二份集料浸沒於瀝青中，然後取出第二份集料，使第二份集料表面的瀝青凝固形成瀝青膜，再在瀝青膜上刀割出若干道裂縫，然後再稱取第二份集料的質量m0′，再重複步驟3)，得開裂狀態下集料表面瀝青膜阻水率。
老化狀態下集料表面瀝青膜阻水率的確定過程為：
對集料進行烘乾，再將集料平均分為兩份，其中，第一份集料及第二份集料的質量均為m0，將第一份集料放置到乾燥環境中，將第二份集料浸沒於老化後的瀝青中，然後取出第二份集料，使第二份集料表面的瀝青凝固形成瀝青膜，再在瀝青膜上刀割出若干道裂縫，然後再稱取第二份集料的質量m0′，再重複步驟3)，得老化狀態下集料表面瀝青膜阻水率。
常規狀態下集料表面瀝青膜阻水率溫感係數的確定過程為：
當蓄水池3中水的溫度為T1時，測量得到試驗集料表面瀝青膜的阻水率α1′；當蓄水池3中水的溫度為T2時，測量得到試驗集料表面瀝青膜的阻水率α2′，則常規狀態下集料表面瀝青膜阻水率溫感係數λ為：