一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法,在振動(dòng)臺(tái)上面設(shè)置一個(gè)雙層圓柱形透明塑料圓桶，在沖刷桶四周設(shè)置四個(gè)可調(diào)節(jié)給水壓力管道為沖刷桶內(nèi)水壓進(jìn)行加壓供給水流壓力，圓桶內(nèi)壁環(huán)向和豎向設(shè)置可調(diào)方向噴水嘴，噴水嘴端部設(shè)置定位裝置，對定位系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)間—旋轉(zhuǎn)方向編程，通過電腦程序控制模擬雨滴對材料沖刷作用。通過設(shè)置氣動(dòng)活塞上下移動(dòng)保證壓桿上下移動(dòng)，壓桿對彈簧進(jìn)行壓縮沖擊，壓縮沖擊力直接作用壓板及橡膠板模擬汽車輪載對材料瞬時(shí)沖擊作用，通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)幅度模擬車輛輪載對路面材料沖擊力大小。評價(jià)抗沖刷性能指標(biāo)包括沖刷物占總質(zhì)量百分比及沖刷后試件強(qiáng)度與原試件強(qiáng)度百分比，本發(fā)明值得推廣。
【專利說明】-種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種 水泥穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類、石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層抗沖刷性能試驗(yàn)裝置 及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國路面基層破壞主要因素為車輛超重荷載和水損壞，特別對于路面基層半 剛性材料尤為嚴(yán)重，水進(jìn)入路面基層同時(shí)車輛荷載對路面基層瞬間荷載作用下產(chǎn)生高壓動(dòng) 水壓力導(dǎo)致基層材料出現(xiàn)微損傷，長期荷載作用致使路面基層材料之間強(qiáng)度破壞，基層承 載力不足問題，對應(yīng)路面位置逐步出現(xiàn)破壞形式，因此路面基層材料在車輛荷載和水的共 同作用對材料沖刷性能直接決定路面使用壽命，因此需要研究車輛荷載和水共同作用對材 料沖刷性能為路面基層材料設(shè)計(jì)提供一定資料。在《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī) 程》（JTG E51-2009)中提出材料抗沖刷試驗(yàn)方法，由于該試驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴導(dǎo)致不能廣泛 應(yīng)用，目前我國很多科研院所在對抗沖刷試驗(yàn)理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，適用于本單位 所需抗沖刷試驗(yàn)設(shè)備，由于設(shè)備參數(shù)不同、評價(jià)結(jié)果各異。
[0003] 目前查閱資料專利CN104198367A提出將試件懸掛，在試件下面采用順時(shí)針、逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)模擬水流對試件沖刷作用，將沖刷物質(zhì)量和試件總質(zhì)量比作為評價(jià)材料抗 沖刷指標(biāo)。
[0004] CN103344517A提出在動(dòng)S軸儀壓力室內(nèi)，通過軸向加壓系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)及可調(diào)頻 調(diào)壓、動(dòng)水壓力發(fā)生等因素模擬動(dòng)水壓力對材料沖刷作用。
[0005] CN102183452B提出沖刷動(dòng)水壓力、沖刷次數(shù)、沖刷頻率、沖刷角度等因素對材料沖 巧IJ，考慮因素全面但存在不足，沒有更加真實(shí)模擬水對材料沖刷模擬作用。
[0006] 雨水對材料沖刷作用通常分為兩步，第一步是雨點(diǎn)對材料沖刷作用，即點(diǎn)對材料 沖刷作用，第二部為水流對材料沖刷作用。為了更加真實(shí)準(zhǔn)確模擬水對材料沖刷作用，包括 雨點(diǎn)對材料沖刷作用及水流對試件沖刷作用，同時(shí)模擬在不同交通量狀況下、不同軸載對 路面基層作用下水對材料沖刷作用，需要研制一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試 驗(yàn)方法，綜合評價(jià)路面基層材料抗沖刷性能具有更加重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 本發(fā)明目的在于提供一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，在本試驗(yàn)裝 置下面設(shè)置一套振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)頻率范圍為0-10曲Z間，通過調(diào)節(jié)頻率來調(diào)整振動(dòng)臺(tái)振動(dòng) 幅度，產(chǎn)生水流方向?qū)υ嚰砻孢M(jìn)行預(yù)沖刷，將試件表面未粘結(jié)或松散顆粒沖刷掉，保證試 驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[000引在振動(dòng)臺(tái)上面設(shè)置一個(gè)沖刷桶，在沖刷桶底面固定一底座，底座與振動(dòng)臺(tái)頂板通 過螺栓進(jìn)行固定，在底座上面設(shè)置一套下固定器，下固定器形狀為圓臺(tái)形，圓臺(tái)形下邊緣距 離沖刷桶邊緣為2cm，圓臺(tái)形坡度為1:3，在下固定器頂面設(shè)置一個(gè)凹槽用于穩(wěn)定試件，凹 槽內(nèi)徑比試件直徑大2mm，在凹槽內(nèi)放置防摩擦±工布，±工布上面放置試件，試件頂面采 用壓板給予穩(wěn)定，在試件頂面設(shè)置一套瞬時(shí)加載裝置用于對試件進(jìn)行瞬時(shí)加載模擬車輛荷 載對路面基層的瞬時(shí)作用。
[0009] 沖刷桶為雙層圓柱形透明塑料圓桶，在雙層圓柱形透明塑料圓桶外表面設(shè)置水位 刻度尺，內(nèi)徑25畑1，外徑為35畑1，高度為30畑1，圓桶底與圓桶壁為一整體，在圓桶桶蓋頂端 中屯、位置設(shè)置一個(gè)圓孔，孔徑大小與壓桿直徑相匹配。在圓桶桶蓋設(shè)置一塊與圓桶直徑大 20mm鋼板，為氣動(dòng)活塞提供穩(wěn)定支撐。
[0010] 在雙層圓柱形透明塑料圓桶內(nèi)壁環(huán)向每間隔22.5°、豎向每間隔3cm設(shè)置一個(gè)電 腦可調(diào)方向噴水嘴，在圓筒環(huán)向設(shè)置16個(gè)噴水嘴，豎向設(shè)置13個(gè)噴水嘴，共計(jì)208個(gè)噴嘴， 通過電腦程序通過定位接收器控制不同噴水嘴在不同時(shí)間的噴水方向，模擬復(fù)雜條件下雨 點(diǎn)從不同方向?qū)Σ牧蠜_刷作用。
[0011] 在密封雙圓柱形沖刷桶中部四周均勻布置四個(gè)可調(diào)節(jié)給水壓力管道，保證圓桶內(nèi) 部水壓恒壓狀態(tài)，水壓控制通過加壓累為沖刷桶內(nèi)水進(jìn)行加壓。
[0012] 電腦可調(diào)方向噴水嘴，在噴水嘴端部設(shè)置一個(gè)定位接受器用于控制噴嘴旋轉(zhuǎn)方 向，通過無線與電腦連接，通過對208個(gè)噴水嘴端部接收器進(jìn)行編程，通過208個(gè)試驗(yàn)通道 控制噴頭時(shí)間-噴頭方向關(guān)系曲線，模擬風(fēng)荷載作用下水流從不同方向、不同角度對試件 沖刷作用。
[0013] 瞬時(shí)加載裝置包括壓板、壓桿、彈黃、橡膠板、氣動(dòng)活塞、平衡桿，在壓板上面設(shè)置 橡膠板，橡膠板面呈現(xiàn)大孔槽形式，模擬汽車輪胎結(jié)構(gòu)形式，壓板上端連接壓桿，在壓板與 桶蓋之間設(shè)置彈黃，壓桿直接穿過桶蓋與支撐桿較接，在支撐桿中間位置設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)活 塞，通過氣動(dòng)活塞上下移動(dòng)能夠保證壓桿上下移動(dòng)，對彈黃進(jìn)行壓縮沖擊，壓縮沖擊力直接 作用給壓板及橡膠板，模擬汽車輪載對材料瞬時(shí)作用，通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)幅度模擬車 輛輪載對路面材料沖擊力。
[0014] 本發(fā)明先采用電腦可調(diào)方向噴水嘴直接作用試件模擬雨點(diǎn)對試件沖刷作用，將沖 刷桶內(nèi)注水至試件表面，開動(dòng)振動(dòng)臺(tái)使水產(chǎn)生一定流向模擬水流對試件沖刷作用。分兩個(gè) 步驟進(jìn)行模擬雨水對路面材料沖刷影響，對于評價(jià)材料抗沖刷性能提出綜合評價(jià)法，分別 對沖刷物占總質(zhì)量百分比及沖刷后試件強(qiáng)度與原試件強(qiáng)度百分比進(jìn)行綜合評價(jià)，其中沖刷 物占總質(zhì)量百分比占綜合評價(jià)抗沖刷性能70%，沖刷后試件強(qiáng)度與原試件強(qiáng)度百分比占綜 合評價(jià)抗沖刷性能30%。
[0015] 一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，包括： 1)檢查設(shè)備工作性能，同時(shí)選取同組試件不少于4組，分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 和抗 沖刷性能試驗(yàn)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值為P。
[0016] 2)將試件放入下固定器的凹槽內(nèi)，梓緊沖刷桶頂蓋，調(diào)試瞬時(shí)加載裝置使壓板與 試件頂面 重合。
[0017] 3)開啟可調(diào)給水有壓管道，低壓向沖刷桶內(nèi)注水，使水面高度達(dá)到試件頂面為止。
[001引 4)開啟振動(dòng)臺(tái)對試件進(jìn)行預(yù)沖刷，頻率為5曲Z，將試件表面未粘結(jié)或松散顆粒沖 刷掉，振動(dòng)時(shí)間為3min，打開排水管將污水排出，取出試件進(jìn)行稱重，記為M，將試件放置原 處準(zhǔn)備正式試驗(yàn)。
[0019] 5)開啟可調(diào)給水有壓管道，使水壓逐步增大到工作水壓0. 3MI^a為止，同時(shí)開動(dòng)電 腦可調(diào)方向噴水嘴，在電腦程序中設(shè)置每個(gè)噴嘴在不同時(shí)間具有不同噴水方向，模擬雨點(diǎn) 在復(fù)雜條件下對材料沖刷作用。
[0020] 6)噴水9min后停止噴水，然后低壓向沖刷桶內(nèi)注水至試件高度，再次開啟振動(dòng) 臺(tái)，使水產(chǎn)生流速對試件進(jìn)行沖刷，模擬水流大小對材料的沖刷作用。
[0021] 7)水流沖刷9min后關(guān)閉振動(dòng)臺(tái)，開啟可調(diào)給水有壓管道中壓對試件進(jìn)行沖洗，將 沖刷物通過排水管至收集槽，最終排至回收槽。
[0022] 8)將回收槽內(nèi)污物沉淀蒸發(fā)后進(jìn)行稱重，記為Ml。
[0023] 9)將試件重復(fù)進(jìn)行上述操作，分別稱重質(zhì)量為M2、M3。
[0024] 10)將沖刷試驗(yàn)后試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，強(qiáng)度為Pi。
[002引 11)抗沖刷系數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，包括沖刷桶，其中沖刷桶為雙 層圓柱形透明塑料圓桶，在雙層圓柱形透明塑料圓桶外表面設(shè)置水位刻度尺，內(nèi)徑25cm，夕卜 徑為35cm，高度為30cm，圓桶底與圓桶壁為一個(gè)整體，圓桶底與圓桶壁為一整體，在圓桶桶 蓋頂端中心位置設(shè)置一個(gè)圓孔，孔徑大小與壓桿直徑相匹配，在圓桶桶蓋設(shè)置一塊與圓桶 直徑大20mm鋼板，為氣動(dòng)活塞提供穩(wěn)定支撐。
2. 據(jù)權(quán)利要求書1所述一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其特征在 于在雙層圓柱形透明塑料圓桶內(nèi)壁環(huán)向每間隔22. 5°、豎向每間隔3cm設(shè)置一個(gè)電腦可調(diào) 方向噴水嘴，即在圓筒環(huán)向設(shè)置16個(gè)噴水嘴，豎向設(shè)置13個(gè)噴水嘴，共計(jì)208個(gè)噴嘴，在 噴水嘴端部設(shè)置一個(gè)定位接受器用于控制噴嘴旋轉(zhuǎn)方向，通過無線與電腦連接，通過對208 個(gè)噴水嘴端部接收器進(jìn)行編程，通過208個(gè)試驗(yàn)通道控制噴頭時(shí)間-噴頭方向關(guān)系曲線，模 擬風(fēng)荷載作用下水流從不同方向、不同角度對試件沖刷作用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其特征 在于在密封雙圓柱形沖刷桶中間四周均勻布置四個(gè)可調(diào)節(jié)給水壓力管道，滿足雙層圓柱形 透明塑料圓桶內(nèi)部水壓要求，水壓控制通過加壓泵為沖刷桶內(nèi)水進(jìn)行加壓，然后水通過噴 水嘴噴向試件表面模擬水壓對材料沖刷作用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種路面基層材料抗沖刷性能試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其特征 在于瞬時(shí)加載裝置包括壓板、壓桿、彈簧、橡膠板、氣動(dòng)活塞、平衡桿，在壓板上面設(shè)置橡膠 板，橡膠板面呈現(xiàn)大孔槽形式，模擬汽車輪胎結(jié)構(gòu)形式，壓板上端連接壓桿，在壓板與桶蓋 之間設(shè)置彈簧，壓桿直接穿過桶蓋與支撐桿鉸接，在支撐桿中間位置設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)活塞，通 過氣動(dòng)活塞上下移動(dòng)能夠保證壓桿上下移動(dòng)，對彈簧進(jìn)行壓縮沖擊，壓縮沖擊力直接作用 給壓板及橡膠板，模擬汽車輪載對材料瞬時(shí)作用，通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)幅度模擬車輛輪 載對路面材料沖擊力。
5. 分兩個(gè)步驟進(jìn)行模擬雨水對路面材料沖刷影響，對于評價(jià)材料抗沖刷性能提出綜合 評價(jià)法，分別對沖刷物占總質(zhì)量百分比及沖刷后試件強(qiáng)度與原試件強(qiáng)度百分比進(jìn)行綜合評 價(jià)，其中沖刷物占總質(zhì)量百分比占綜合評價(jià)抗沖刷性能70%，沖刷后試件強(qiáng)度與原試件強(qiáng)度 百分比占綜合評價(jià)抗沖刷性能30%。
【文檔編號】G01N3/36GK104502216SQ201510013775
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月13日
【發(fā)明者】劉峰, 韓延清, 何曉光, 邢文站, 李春燕, 王喜剛, 范海英, 于泳 申請人:遼寧科技學(xué)院