本發(fā)明涉及滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的確定方法，屬于瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)測試與評(píng)價(jià)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：開級(jí)配抗滑磨耗層(OGFC)瀝青混合料是一種大空隙瀝青混合料。以該瀝青混合料修筑上面層的排水性瀝青路面，具有優(yōu)越的排水、抗滑、防水霧、防水濺、防眩光和降噪等功能。工程實(shí)踐表明，排水性路面能夠具備上述優(yōu)良性能，主要依賴于大空隙瀝青混合料中存在的大量連通空隙。為了保證大空隙瀝青混合料具有足夠豐富的連通空隙，我國現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范要求其空隙率不能小于18％，國外對(duì)于大空隙瀝青混合料的空隙率也有明確要求。但是，瀝青混合料如此之多的空隙在有水(滲流)狀態(tài)下，是否都發(fā)揮排水作用，或者如此之大的空隙中，有多少是排水的有效空隙，這些問題在現(xiàn)有規(guī)范中沒有得到體現(xiàn)。為此，近年來一些學(xué)者以滲流狀態(tài)下混合料空隙內(nèi)水的體積與空隙體積的比值定義為空隙飽和度，并以此指標(biāo)評(píng)價(jià)大空隙瀝青混合料中發(fā)揮排水作用的空隙大小。目前，確定滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的方法主要分為兩個(gè)步驟，包括：(1)在混合料滲流過程中，采用X射線CT掃描混合料試件的幾個(gè)截面，得到由礦料、空隙和水組成的截面圖像；(2)采用圖像處理技術(shù)對(duì)截面圖像中水分所占面積、空隙面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以截面內(nèi)水與空隙的面積比作為空隙飽和度。盡管一些學(xué)者采用這種方法成功計(jì)算了滲流狀態(tài)下的空隙飽和度，但這種方法的缺點(diǎn)卻十分明顯，具體表現(xiàn)在：(1)這種方法依賴CT掃描，該設(shè)備在道路工程領(lǐng)域并不普及；(2)CT掃描的只是混合料試件的少數(shù)幾個(gè)截面，由少數(shù)截面的水分布來體現(xiàn)整個(gè)混合料試件，顯得過于粗略；(3)混合料CT掃描的效果，主要取決于于空隙、礦料和水密度差異，由于水與空隙之間的密度差異小于水與礦料之間的差異，這可能導(dǎo)致掃描出的截面圖像并不能很好的區(qū)分空隙和水分，從而給后續(xù)的圖像處理計(jì)算水分面積帶來困難；(4)這種方法只是通過水與空隙面積的比例間接計(jì)算空隙飽和度，并不符合空隙飽和度的物理含義。可見，這種方法存在著設(shè)備缺乏、過程繁瑣、計(jì)算粗略等缺陷。綜上所述，滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的相關(guān)研究還處于起步階段，目前的確定方法存在著許多不足。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的確定方法，本方法能夠簡單、直接、快速確定大空隙瀝青混合料空隙飽和度，其具體技術(shù)方案如下：滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的確定方法，包括以下步驟：步驟一：制備大空隙瀝青混合料板式試件，測量大空隙瀝青混合料板式試件四條邊中間位置處的厚度hi，取其平均值作為試件厚度，并測試試件的空隙率VV，按Vk＝Vb·VV計(jì)算試件的空隙體積Vk，其中大空隙瀝青混合料板式試件的體積Vb＝S·h，板式試件底面面積S＝300×300＝9×104mm2；選取大空隙瀝青混合料板式試件的上表面為徑流面，選取大空隙瀝青混合料板式試件的一個(gè)側(cè)面作為滲透面，其余4個(gè)面涂抹石蠟，以封住它們表面的空隙，稱取石蠟干燥后大空隙瀝青混合料板式試件的干質(zhì)量為mg；步驟二：把4個(gè)面密封后的板式試件放入滲水儀中，調(diào)整滲水儀上底板坡度至預(yù)定值，分別采用9cm、14cm、19cm、24cm和29cm的水頭高度進(jìn)行滲流試驗(yàn)，以試件徑流面出現(xiàn)徑流的最小水頭高度，作為大空隙瀝青混合料板式試件滲流狀態(tài)下的水頭hw；步驟三：在水頭高度hw下，將大空隙瀝青混合料板式試件置于滲水儀上進(jìn)行滲流，滲流開始10min后，迅速移開蓄水槽，同時(shí)收集并稱量該時(shí)刻后由試件滲透側(cè)面排出水的質(zhì)量為m1，等大空隙瀝青混合料板式試件的滲透側(cè)面不再滲出水后，從滲水儀中取出大空隙瀝青混合料板式試件，稱量試件的濕質(zhì)量為ms；步驟四：計(jì)算滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料板式試件中水的體積為其中ρw為水的密度，以此得到滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度為所述大空隙瀝青混合料板式試件為矩形體形狀，其尺寸為300mm×300mm×60mm，所述大空隙瀝青混合料板式試件中一個(gè)規(guī)格為300mm×300mm的側(cè)面作為排水徑流面，一個(gè)規(guī)格為300mm×60mm的側(cè)面作為滲透面。步驟二中使用的滲水儀包括蓄水槽和底座，所述大空隙瀝青混合料板式試件平鋪在底座內(nèi)。所述蓄水槽包括矩形板形狀的底板和四個(gè)矩形板形狀的側(cè)板，所述底板的四周邊緣與側(cè)板的底部邊緣密封固定，所述底板設(shè)置若干個(gè)通孔，其中一個(gè)側(cè)板縱向設(shè)置有若干個(gè)泄水孔。所述底座設(shè)置有上底板和下底板，所述上底板和下底板一端鉸接連接，另一端設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置能夠改變上底板的坡度，所述上底板的四周設(shè)置有圍擋，所述上底板的一組相對(duì)邊內(nèi)側(cè)設(shè)有卡槽，所述蓄水槽插入卡槽內(nèi)固定。所述上底板和下底板靠近隔板的一端通過鉸接連接，另一端設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置，所述高度調(diào)節(jié)裝置包括螺絲和螺母，螺絲穿過上底板，螺絲的底端設(shè)置于下底板的上表面，通過旋轉(zhuǎn)螺絲和螺母可調(diào)節(jié)兩層之間的距離，改變上底板的坡度。所述側(cè)板縱向設(shè)置有5個(gè)泄水孔，所述泄水孔距底板距離分別為9cm、14cm、19cm、24cm和29cm，5個(gè)泄水孔的高度由低到高對(duì)應(yīng)的降雨強(qiáng)度分別為12.5ml/s·m2、15.7ml/s·m2、21.2ml/s·m2、24.7ml/s·m2和27.1ml/s·m2。本發(fā)明的工作原理是：首先根據(jù)大空隙瀝青混合料板式試件的體積及其空隙率，計(jì)算出試件內(nèi)的空隙體積，并稱出試件的干質(zhì)量。然后采用本發(fā)明涉及的滲水儀對(duì)板式試件進(jìn)行滲流試驗(yàn)，以試件徑流面出現(xiàn)徑流的最小水頭高度，作為大空隙瀝青混合料板式試件滲流狀態(tài)下的水頭hw。接著在水頭高度hw下，將大空隙瀝青混合料板式試件置于滲水儀上進(jìn)行滲流，待滲流穩(wěn)定后，移開滲水儀的蓄水槽，收集并稱量從此刻開始到大空隙瀝青混合料板式試件的滲透面不再滲出水時(shí)間段內(nèi)的滲透水，同時(shí)計(jì)算出滲流前后板式試件的干濕質(zhì)量差值，從而確定滲流狀態(tài)下混合料空隙內(nèi)水的體積。最后，以板式試件內(nèi)水的體積與試件內(nèi)空隙體積的比值，作為滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料的空隙飽和度。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明收集在大空隙瀝青混合料板式試件排水穩(wěn)定后大空隙瀝青混合料板式試件內(nèi)開口空隙內(nèi)的水，并通過實(shí)驗(yàn)前后大空隙瀝青混合料板式試件的質(zhì)量差，計(jì)算出殘留在大空隙瀝青混合料的水量，能更簡單、直觀地確定大空隙瀝青混合料內(nèi)參與滲水的有效空隙。附圖說明圖1是本發(fā)明中蓄水槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中底座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中泄水孔高度為9cm時(shí)大空隙瀝青混合料板式試件空隙飽和度與上底板坡度之間的關(guān)系直方圖；圖4是滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的確定方法的流程圖；附圖標(biāo)記列表：1—蓄水槽，2—泄水孔，3—底座，4—卡槽。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。圖1是本發(fā)明中蓄水槽的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明中底座的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖可見，本滲水儀，包括蓄水槽和底座，所述蓄水槽包括矩形板形狀的底板和四個(gè)矩形板形狀的側(cè)板，所述底板的四周邊緣與側(cè)板的底部邊緣密封固定，所述底板設(shè)置若干個(gè)通孔，其中一個(gè)側(cè)板縱向設(shè)置有若干個(gè)泄水孔，所述底座設(shè)置有上底板和下底板，所述上底板和下底板一端鉸接連接，另一端設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置能夠改變上底板的坡度，所述上底板的四周設(shè)置有圍擋，所述上底板的一組相對(duì)邊內(nèi)側(cè)設(shè)有卡槽，所述蓄水槽插入卡槽內(nèi)固定，使蓄水槽中的水落到試件上，所述圍擋上設(shè)置有隔板，所述隔板覆蓋部分圍擋。所述側(cè)板縱向設(shè)置有5個(gè)泄水孔，所述泄水孔距底板距離分別為9cm、14cm、19cm、24cm和29cm，5個(gè)泄水孔的高度由低到高對(duì)應(yīng)的降雨強(qiáng)度分別為12.5ml/s·m2、15.7ml/s·m2、21.2ml/s·m2、24.7ml/s·m2和27.1ml/s·m2。所述通孔直徑為1mm，水經(jīng)過通孔向下流，模擬降雨。通過不同的泄水孔調(diào)節(jié)水頭差，得到不同的降雨強(qiáng)度，如果需要19cm的水頭差，需將9cm和14cm的泄水孔密閉。所述蓄水槽底板的規(guī)格為300mm×50mm。所述上底板和下底板靠近隔板的一端通過鉸接連接，另一端設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置，所述高度調(diào)節(jié)裝置包括螺絲和螺母，螺絲穿過上底板，螺絲的底端設(shè)置于下底板的上表面，通過旋轉(zhuǎn)螺絲和螺母可調(diào)節(jié)兩層之間的距離，改變上底板的坡度。高度調(diào)節(jié)裝置改變上底板的坡度，從而模擬路面橫坡。圖4是滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的確定方法的流程圖，結(jié)合附圖可見，滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度的確定方法，包括以下步驟：步驟一：測量大空隙瀝青混合料板式試件四條邊中間位置處的厚度hi，取其平均值作為試件厚度，并測試試件的空隙率VV，按Vk＝Vb·VV計(jì)算試件的空隙體積Vk，其中大空隙瀝青混合料板式試件的體積Vb＝S·h，板式試件底面面積S＝300×300＝9×104mm2；選取大空隙瀝青混合料板式試件的上表面為排水徑流面，選取板式試件的一個(gè)側(cè)面為滲透面，其余4個(gè)面用石蠟進(jìn)行密封，稱取大空隙瀝青混合料板式試件的干質(zhì)量為mg；步驟二：調(diào)整滲水儀上底板坡度至預(yù)定值，并把板式試件放入滲水儀中，并使排水徑流面朝上，未被石蠟密封的側(cè)面位于滲流的下游、作為試件滲水側(cè)面，分別采用9cm、14cm、19cm、24cm和29cm的水頭高度進(jìn)行滲流試驗(yàn)，以試件上表面出現(xiàn)徑流的最小水頭高度，作為大空隙瀝青混合料板式試件滲流飽和狀態(tài)下的水頭hw；步驟三：在水頭高度hw下，將大空隙瀝青混合料板式試件置于滲水儀上進(jìn)行滲流，滲流開始10min后，迅速移開蓄水槽，同時(shí)收集并稱量該時(shí)刻后由試件滲透側(cè)面滲出水的質(zhì)量為m1，等大空隙瀝青混合料板式試件的滲透側(cè)面不再排出水后，取出大空隙瀝青混合料板式試件，稱量試件的濕質(zhì)量為ms；步驟四：計(jì)算滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料板式試件中水的體積為其中ρw為水的密度，以此得到滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度為所述大空隙瀝青混合料板式試件為矩形體形狀，其尺寸為300mm×300mm×60mm，所述大空隙瀝青混合料板式試件中一個(gè)規(guī)格為300mm×300mm的側(cè)面為排水面，一個(gè)規(guī)格為300mm×60mm的側(cè)面為滲透面。調(diào)整的上底板的坡度分別為1％、1.5％、2％，依次循環(huán)步驟三和步驟四，繪制不同水頭下大空隙瀝青混合料板式試件空隙飽和度與試件坡度之間的關(guān)系直方圖，分析該大空隙瀝青混合料板式試件在相應(yīng)條件下試件空隙飽和度情況。實(shí)施例：OGFC-13混合料板式試件空隙飽和度的確定方法，包括如下步驟：步驟一：成型試件和計(jì)算體積指標(biāo)。按表1所示的級(jí)配，在油石比為4.9％時(shí)，輪碾法成型OGFC-13板式試件，尺寸為300mm×300mm×60mm。集料采用玄武巖，瀝青為高粘改性瀝青，填料為石灰?guī)r礦粉。表1OGFC-13級(jí)配篩孔(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率(％)10092.066.428.116.713.110.37.46.34.9對(duì)成型板式試件的四條邊中間位置，分別采用游標(biāo)卡尺測試的厚度為58mm、63mm、59mm和60mm，取它們的均值60mm作為試件的厚度，計(jì)算得到試件體積Vb＝300×300×60＝5400×103mm3。測試板式試件的空隙率為23.3％，進(jìn)而試件空隙體積為Vk＝1258.2×103mm3。步驟二：確定滲流狀態(tài)下試件表面出現(xiàn)徑流的最小水頭高度。采用石蠟密封尺寸為300mm×60mm的三個(gè)側(cè)面和尺寸為300mm×300mm的一個(gè)底面。待石蠟干燥后，稱取試件的干質(zhì)量mg＝11209g。選取蓄水槽中距離底部9cm、14cm的泄水孔，路面橫坡分別擬定為1％、1.5％、2％進(jìn)行滲流試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表2所示。表2不同條件下板式試件表面滲流情況9cm泄水孔14cm泄水孔坡度(％)試件表面徑流情況(有/無)試件表面徑流情況(有/無)1有有1.5有有2有有根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取9cm泄水孔高度作為大空隙瀝青混合料板式試件滲流飽和狀態(tài)下的水頭hw。步驟三：稱量大空隙瀝青混合料板式試件空隙含水量。在水頭高度hw下，將大空隙瀝青混合料板式試件置于滲水儀上進(jìn)行滲流，滲流開始10min后，迅速移開滲水儀的蓄水槽，同時(shí)收集從此刻開始到大空隙瀝青混合料板式試件的滲透面不再滲出水時(shí)間段內(nèi)的滲透水，并稱量滲透水的質(zhì)量為m1，取出大空隙瀝青混合料板式試件，稱量大空隙瀝青混合料板式試件的濕質(zhì)量為ms。步驟四：計(jì)算滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度。計(jì)算滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料板式試件中水的體積為其中ρw為水的密度，以此得到滲流狀態(tài)下大空隙瀝青混合料空隙飽和度為表3不同條件時(shí)滲流狀態(tài)下板式試件的空隙飽和度繪制不同水頭下大空隙瀝青混合料板式試件空隙飽和度與上底板坡度之間的關(guān)系直方圖，圖3是本發(fā)明中泄水孔高度為9cm時(shí)大空隙瀝青混合料板式試件空隙飽和度與上底板坡度之間的關(guān)系直方圖，從圖中可以看出，同一水頭下，上底板坡度越大，大空隙瀝青混合料板式試件空隙的飽和度越小。本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3