本實(shí)用新型屬于道路工程材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水、溫度、荷載耦合作用的多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置及相應(yīng)試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

雨天降水會(huì)使得瀝青路面表層被水膜所覆蓋，當(dāng)車輛駛過時(shí)，輪胎會(huì)將前方的水?dāng)D壓至道路表面空隙中，產(chǎn)生動(dòng)水壓力；當(dāng)輪胎通過后，會(huì)在后方產(chǎn)生真空負(fù)壓，將空隙中的水抽吸出來。這種循環(huán)反復(fù)的擠壓和抽吸過程所形成的動(dòng)水壓力會(huì)對(duì)瀝青路面表層不斷進(jìn)行沖刷，逐漸將瀝青膜從集料表面剝離，導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)松散、坑槽，最終造成瀝青路面的水損害，該問題在降雨豐富、交通量大的地區(qū)尤為嚴(yán)重。因此，采用合適的試驗(yàn)裝置和方法來有效模擬水對(duì)瀝青路面的作用并定量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析是具有重要意義。

我國現(xiàn)行規(guī)范要求采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，是將瀝青混合料試件采用浸水或凍融循環(huán)等方式進(jìn)行水作用養(yǎng)生后再測(cè)試性能指標(biāo)的變化，屬于靜水作用，這與瀝青路面實(shí)際受到的動(dòng)水沖刷作用相差較大。

目前，已有學(xué)者針對(duì)瀝青混合料動(dòng)水沖刷問題展開試驗(yàn)研究，主要是采用外力驅(qū)使水對(duì)瀝青混合料反復(fù)擠壓和抽吸以形成動(dòng)水沖刷，卻未真正將荷載引入并與水、溫度進(jìn)行耦合作用分析。此外，現(xiàn)有研究均是將瀝青混合料試件的多面或整體浸沒水中來受到動(dòng)水沖刷作用，即全動(dòng)水沖刷，但實(shí)際的動(dòng)水沖刷現(xiàn)象卻是發(fā)生在瀝青路面表層，屬于半動(dòng)水沖刷。同時(shí)，由于瀝青混合料馬歇爾試件尺寸的限制，現(xiàn)有研究針對(duì)動(dòng)水沖刷前后瀝青混合料性能變化的試驗(yàn)測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)并不豐富。

因此，為更真實(shí)模擬瀝青路面受到車輛輪胎所引起的動(dòng)水沖刷作用，急需開發(fā)一種能真正綜合考慮水、溫度、荷載等因素耦合作用的多適用性、多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了更真實(shí)模擬汽車輪胎駛過對(duì)瀝青路面所產(chǎn)生的動(dòng)水沖刷作用，在解決現(xiàn)有瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置無法真正引入直接荷載作用，且并未區(qū)分半動(dòng)水沖刷和全動(dòng)水沖刷，以及受限于瀝青混合料試件尺寸所導(dǎo)致的評(píng)價(jià)方法不豐富等技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，提供一種水、溫度、荷載耦合作用的多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置和方法。

為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下。

一種多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置，包括上沖刷桶、下沖刷桶、法蘭盤、上水壓表、下水壓表、上水管、下水管、上閥門、下閥門、恒溫水槽、活塞、氣閥、車輪、加載彈簧、導(dǎo)向棒、連接構(gòu)件、轉(zhuǎn)接配件等。上沖刷桶和下沖刷桶通過法蘭盤的螺栓密封連接，內(nèi)設(shè)臺(tái)階，配合墊高套筒可用于固定不同高度的瀝青混合料試件，且方便安裝和拆卸。瀝青混合料試件上表面與活塞之間形成上密閉區(qū)域，在該區(qū)域沖刷桶壁設(shè)置上水壓表和上水管；瀝青混合料試件下表面與下沖刷桶之間形成下密閉區(qū)域，在該區(qū)域沖刷桶壁設(shè)置下水壓表和下水管，通過上水管和下水管連接恒溫水槽并將水引入沖刷桶內(nèi)，采用上閥門和下閥門進(jìn)行水流控制。

本實(shí)用新型的下密閉區(qū)域使用圓柱墊塊填滿，配合上水管將恒溫水槽中的水引入上密閉區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)在上密閉區(qū)域內(nèi)對(duì)瀝青混合料試件上表面進(jìn)行半動(dòng)水沖刷。

本實(shí)用新型的活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過連接構(gòu)件帶動(dòng)導(dǎo)向棒上的車輪在瀝青混合料試件上表面水平往復(fù)碾壓，通過加載彈簧實(shí)現(xiàn)車輪對(duì)試件上表面施加荷載作用。

本實(shí)用新型的活塞通過豎直方向密封裝置與上沖刷桶活動(dòng)連接，連接車輪的導(dǎo)向棒通過水平方向密封裝置與上沖刷桶活動(dòng)連接，法蘭盤連接處也設(shè)置密封裝置，確保整個(gè)裝置密封不漏水。

本實(shí)用新型的活塞桿和下沖刷桶可通過不同螺孔大小的轉(zhuǎn)接配件與不同加載設(shè)備相連接，使得本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置可作為具有多適用性的夾具使用。

一種采用如上所述試驗(yàn)裝置進(jìn)行多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

(1)將提前養(yǎng)生至試驗(yàn)溫度的瀝青混合料試件側(cè)面用乳膠膜包裹后放入沖刷桶內(nèi)固定，用螺母連接法蘭盤，確保整個(gè)沖刷桶密封不漏水；

(2)打開活塞上的氣閥，打開控制水管的上閥門和下閥門，分別向沖刷桶的上、下密閉區(qū)域注滿水；

(3)關(guān)閉上閥門和活塞上的氣閥，保持下閥門打開，驅(qū)使活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)水壓力-0.1MPa—0.9MPa，頻率為1Hz—20Hz，恒溫水槽中的水不斷通過下水管進(jìn)入沖刷桶內(nèi)，直至排盡瀝青混合料空隙中的空氣，關(guān)閉下閥門；

(4)按照事先擬定試驗(yàn)參數(shù)開展動(dòng)水沖刷，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)瀝青混合料試件施加正壓力；當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)瀝青混合料試件施加負(fù)壓力；活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)連接構(gòu)件使得車輪在瀝青混合料試件上表面水平方向來回碾壓，從而實(shí)現(xiàn)水、溫度、荷載耦合作用的瀝青混合料試件動(dòng)水沖刷模擬過程。

按上述方案，步驟(1)的瀝青混合料試件為直徑101.6mm、高度63.5mm馬歇爾試件，或者直徑100mm、高度150mm旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的芯樣試件。

按上述方案，步驟(2)注入水的溫度為0℃-100℃。

按上述方案，步驟(3)通過下水管在恒溫水槽中有氣泡冒出來判斷沖刷桶內(nèi)的空氣是否排盡。

按上述方案，步驟(4)的試驗(yàn)參數(shù)包括沖刷頻率、沖刷級(jí)別、沖刷溫度、沖刷時(shí)間，活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅為1cm-3cm，動(dòng)水壓力為-0.1MPa—0.9MPa，頻率為1Hz-20Hz。

按上述方案，步驟(4)中車輪在水平方向來回行走的振幅為3cm，施加輪壓為0.7MPa—1.4MPa。

按上述方案，步驟(4)打開下閥門，關(guān)閉上閥門，活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的動(dòng)水壓力對(duì)瀝青混合料上、下表面進(jìn)行沖刷，實(shí)現(xiàn)全沖刷模擬過程；使用圓柱墊塊填滿下密閉區(qū)域，打開上閥門，關(guān)閉下閥門，活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的動(dòng)水壓力對(duì)瀝青混合料上表面進(jìn)行沖刷，實(shí)現(xiàn)半沖刷模擬過程。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)本實(shí)用新型引入車輪對(duì)瀝青混合料試件上表面進(jìn)行水平方向往復(fù)碾壓，真正將水、溫度、荷載等因素耦合進(jìn)行研究分析；同時(shí)，本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青混合料試件上表面進(jìn)行半動(dòng)水沖刷，更真實(shí)地模擬實(shí)際瀝青路面表面受到車輛輪胎所引起的動(dòng)水沖刷作用，試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際工況接近，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。

(2)本實(shí)用新型通過墊高套筒可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同高度的瀝青混合料試件進(jìn)行動(dòng)水沖刷試驗(yàn)，突破了傳統(tǒng)馬歇爾試件的尺寸限制，使得沖刷前后瀝青混合料性能變化的試驗(yàn)測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)更為豐富，試驗(yàn)結(jié)果更加合理可靠。

(3)本實(shí)用新型通過不同螺孔尺寸的轉(zhuǎn)接配件，可實(shí)現(xiàn)與不同加載設(shè)備匹配連接，使得本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置可作為一種具有多適用性的夾具來使用，具有良好的可推廣性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的水、溫度、荷載耦合作用的多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖2是本實(shí)用新型的水、溫度、荷載耦合作用的多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

1-上沖刷桶；2-下沖刷桶；3-法蘭盤；4-上水壓表；5-下水壓表；6-上水管；7-下水管；8-上閥門；9-下閥門；10-恒溫水槽；11-活塞；12-氣閥；13-車輪；14-加載彈簧；15-導(dǎo)向棒；16-連接構(gòu)件；17-轉(zhuǎn)接配件；18-瀝青混合料試件；19-墊高套筒；20-豎直方向密封裝置；21-水平方向密封裝置；22-螺栓；23-上密閉區(qū)域；24-下密閉區(qū)域。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型不限于這些實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的水、溫度、荷載耦合作用的多功能瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置由上沖刷桶1、下沖刷桶2、法蘭盤3、上水壓表4、下水壓表5、上水管6、下水管7、上閥門8、下閥門9、恒溫水槽10、活塞11、氣閥12、車輪13、加載彈簧14、導(dǎo)向棒15、連接構(gòu)件16、轉(zhuǎn)接配件17等組成。上沖刷桶1和下沖刷桶2通過法蘭盤3的螺栓22密封連接，內(nèi)設(shè)臺(tái)階，配合墊高套筒19可用于固定不同高度的瀝青混合料試件18，且方便安裝和拆卸。瀝青混合料試件18上表面與活塞11之間形成上密閉區(qū)域23，在該區(qū)域23沖刷桶壁設(shè)置上水壓表4和上水管6；瀝青混合料試件18下表面與下沖刷桶2之間形成下密閉區(qū)域24，在該區(qū)域24沖刷桶壁設(shè)置下水壓表5和下水管7，通過上水管6和下水管7連接恒溫水槽10并將水引入沖刷桶1、2內(nèi)，采用上閥門8和下閥門9進(jìn)行水流控制。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置采用實(shí)心圓柱墊塊填充下密閉區(qū)域24，關(guān)閉下閥門9，打開上閥門8，配合上水管6將恒溫水槽10中的水引入上密閉區(qū)域23，可實(shí)現(xiàn)在上密閉區(qū)域23內(nèi)對(duì)瀝青混合料試件18上表面進(jìn)行半動(dòng)水沖刷。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的活塞11上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過連接構(gòu)件16帶動(dòng)導(dǎo)向棒15上的車輪13在瀝青混合料試件18上表面水平往復(fù)碾壓，通過加載彈簧14實(shí)現(xiàn)車輪對(duì)試件上表面施加荷載作用，荷載大小可通過調(diào)節(jié)彈簧粗細(xì)來控制。其中，車輪13為可更換配件，可采用膠輪和鋼輪分別作用于瀝青混合料試件19上表面進(jìn)行對(duì)比。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的活塞11通過豎直方向密封裝置20與上沖刷桶1活動(dòng)連接，連接車輪13的導(dǎo)向棒15通過水平方向密封裝置21與上沖刷桶1活動(dòng)連接，法蘭盤連接處也設(shè)置密封裝置，確保整個(gè)裝置密封不漏水。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的活塞桿11和下沖刷桶2可通過不同螺孔大小的轉(zhuǎn)接配件17與不同加載設(shè)備相連接，因此可通過定制不同螺孔大小轉(zhuǎn)接配件使得本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置可作為具有多適用性的夾具在不同規(guī)格型號(hào)加載設(shè)備MTS、UTM等上連接使用。

具體實(shí)施方式六：采用本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置在水、溫度、荷載耦合作用下進(jìn)行瀝青混合料動(dòng)水沖刷試驗(yàn)的過程是：

(1)將提前養(yǎng)生至試驗(yàn)溫度的瀝青混合料試件19側(cè)面用乳膠膜包裹后放入上沖刷桶1內(nèi)并通過墊高套筒19固定，用螺母22連接法蘭盤3，確保整個(gè)沖刷桶密封不漏水；

(2)打開活塞11上的氣閥12，打開控制水管的上閥門8和下閥門9，分別向上沖刷桶1和下沖刷桶2的上密閉區(qū)域23、下密閉區(qū)域24注滿水；

(3)關(guān)閉上閥門8和活塞11上的氣閥12，保持下閥門9打開，驅(qū)使活塞11上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)水壓力-0.1MPa—0.9MPa，頻率為1Hz—20Hz，恒溫水槽10中的水不斷通過下水管7進(jìn)入下沖刷桶2內(nèi)，直至排盡瀝青混合料試件18空隙中的空氣，關(guān)閉下閥門9；

(4)按照事先擬定試驗(yàn)參數(shù)開展動(dòng)水沖刷，當(dāng)活塞11向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)瀝青混合料試件18施加正壓力；當(dāng)活塞11向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)瀝青混合料試件18施加負(fù)壓力；活塞11的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)連接構(gòu)件16使得車輪13在瀝青混合料試件18上表面水平方向來回碾壓，從而實(shí)現(xiàn)水、溫度、荷載耦合作用的瀝青混合料動(dòng)水沖刷模擬過程。

(5)重復(fù)步驟(1)的操作，并采用實(shí)心圓柱墊塊填充下密閉區(qū)域24，關(guān)閉下閥門9，并保持上閥門8打開，配合上水管6將恒溫水槽10中的水注滿密閉區(qū)域23，重復(fù)步驟(3)進(jìn)行排氣，重復(fù)步驟(4)可實(shí)現(xiàn)在上密閉區(qū)域23內(nèi)對(duì)瀝青混合料試件18上表面進(jìn)行半動(dòng)水沖刷。

根據(jù)上述方式可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，能真正綜合考慮水、溫度、荷載等因素耦合作用的瀝青混合料動(dòng)水沖刷作用，并將半動(dòng)水沖刷和全動(dòng)水沖刷區(qū)分開來，從而更真實(shí)模擬和定量評(píng)價(jià)瀝青路面受車輛輪胎所引起的動(dòng)水沖刷具體影響。上述具體實(shí)施方式僅為本實(shí)用新型的較好實(shí)施方式，并非用來限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍(例如通過加大連接構(gòu)件16的接觸尺寸可使得車輪獲得更大行走距離)，據(jù)此，凡是依照本

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
所作出的半動(dòng)水沖刷試驗(yàn)裝置改造和車輛荷載施加模式修飾，都為本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。