一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置及其使用方法，涉及沥青路面动力模拟装置技术领域，包括压力容器、往复运动活塞、试件、水体，所述试件固定且浸没于压力容器下部的水体中，且试件与压力容器底之间存在水体容纳空间；所述往复运动活塞设置在压力容器的上部，且往复运动活塞与压力容器下部的水体之间存在气体容纳空间。本发明专利技术试验机活塞通过气动间接作用水体，通过调节活塞杆运动对被测试件两个端面的水体施加荷载的方式，实现对沥青混合料中水流的压入与吸出作用，模拟产生0

【技术实现步骤摘要】
一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及沥青路面动力模拟装置
，具体涉及一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着公路桥梁建设速度加快，水泥混凝土桥面数量日益增多，现阶段水泥混凝土桥面铺装常采用密实类沥青混凝土。由于桥梁作为悬空结构，其铺装层压实条件比路基段更困难，常致使桥面沥青铺装现场空隙率高、局部离析等初始缺陷，进而导致路表雨水易从局部离析或裂缝处进入桥面铺装结构内部，并在铺装层内部连通空隙内流动，但由于受桥面结构边界条件制约，铺装层内的滞留水往外渗流或蒸发的速度非常缓慢，在重车高速行驶作用下，车辆轮胎会驱使水对铺装结构不断施加高频“挤压”和“泵吸”往复作用，将加剧桥面沥青铺装结构动态响应，在正负压力交替作用下，路面孔隙中的水上下运动产生高速水流对混合料空隙壁面产生机械冲刷和磨蚀作用，加剧铺面结构内部空隙结构的变化。而空隙结构的改变，反过来将进一步影响铺面结构内部渗透性能与空隙水压力的分布。其结构内部所形成的循环动态孔隙水压力环境会不断侵蚀沥青混凝土空隙结构，从而导致界面粘结退化，并造成铺装材料疲劳累积。
[0003]在日常道路中车辆的行驶速度很快，并且有研究表明对于动水压力来说，正、负孔隙水压力的幅值都会随着车速的变化而显著加快。动水压力对车速有着更高的敏感性，“轻车快速行驶”相较于“重车慢速行驶”会产生更大的孔隙水压力，进而对沥青路面结构产生更大的影响。所以无论是从模拟真实的道路情况，还是更好地创造动水冲刷环境评估路面结构性能，实现高频次的正、负动水压力转换十分重要。
[0004]为模拟轮胎作用于表面径流沥青路面上所形成的动态水力冲刷过程，并进一步研究由此所导致的沥青混合料水损坏问题。根据所形成循环动水压力环境的工作原理，现有的模拟动水压力环境新试验设备主要包括气压式、活塞式和其他类型。现有的模拟动水压力环境的仪器主要可以分为气压式和活塞式两种。气压式的问题在于每次都需要经历“施加正压
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泄压至常压
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施加负压”等过程，时间长只能到到0.25HZ左右，与实际沥青路面受到高频动水压力作用情况存在差异(10～20HZ)；而活塞式的问题在于单纯靠活塞在浸水状态下实现水上下移动产生动水压力，靠实验机实现高频价格将十分昂贵，不具备较好的推广性，需要在高频加载与高性价比之间平衡，比如专利公开号为CN102706760A、CN110108587A的专利申请文件。因此很有必要进一步研发能够模拟车轮荷载作用下的路面高频往复变向路面材料冲刷作用装置。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置，研发不同温度下高频动水冲刷模拟装置和试验方法，更好地测试重复动水冲刷效应对空隙水压力的影响，特别是水压力作用方向周期往复对试件孔隙结构扩展、渗透系数增大、
材料黏结退化的加剧作用。并且本专利技术提供的高频往复变向路面材料冲刷作用装置通过气压和试验机活塞动力的共同作用实现5
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20HZ的高频冲刷，并且实现高频次变向冲刷是通过气压和试验机共同作用，相较于只通过试验机活塞动力实现高频，本专利技术可以降低成本，更容易推广使用。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置，包括压力容器、往复运动活塞、试件、水体，所述试件固定且浸没于压力容器下部的水体中，且试件与压力容器底之间存在水体容纳空间；所述往复运动活塞设置在压力容器的上部，且往复运动活塞与压力容器下部的水体之间存在气体容纳空间。
[0008]本专利技术经过多方论证，发现：真实的车辆轮胎都是带有一定沟槽花纹，沟槽内为水和空气混合，车辆行驶时会使沟槽的体积压缩空气压缩水挤入路面，产生正向的孔隙水压力并且沟槽内会形成带有一定真空度的密闭环境。车辆继续向前行驶外部空气进入沟槽，使挤压进去的水快速抽吸出来，形成负孔隙水压力，这是路表外部产生的孔隙水压力。还有路表内部由于路面结构体积变化产生的内部孔隙水压力，而目前的浸水活塞式仪器与该实际情况存在一定程度的偏差。本专利技术在试验机活塞作用和气压的共同作用下，通过调节活塞杆运动对被测试件两个端面的水体施加荷载的方式，实现对沥青混合料中水流的压入与吸出作用，模拟产生0
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1MPa，频率为0
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20Hz的往复动水压力，与上述“车辆行驶时会使沟槽的体积压缩空气压缩水挤入路面，产生正向的孔隙水压力并且沟槽内会形成带有一定真空度的密闭环境”的现实状况更为贴合，且既可以实现高频，又因为本专利技术活塞是推动气压变化，其往复更容易，在一定程度上能有效减少试验机的能耗。
[0009]作为优选地，所述压力容器下部的水体中设有控温装置。沥青路面在不同环境温度下的性能不同，动水压力下的影响也不同，所以试验时需要模拟不同环境温度下动水冲刷对试件的影响，本专利技术通过控温装置就可以模拟不同环境下动水冲刷对沥青混合料的影响。
[0010]作为优选地，所述试件与压力容器底之间的水体容纳空间设有用于注水和放水的阀门和连通压力容器上部的压力回路系统。
[0011]作为优选地，所述压力容器内设有固定试件的结构。
[0012]作为优选地，所述固定试件的结构包括试件下方的漏网层以及试件上方的限位装置。
[0013]作为优选地，所述试件的上下方均设有用于测量水体压强的压力表。
[0014]作为优选地，所述压力容器的顶端上盖设有气体泄压阀门。
[0015]作为优选地，所述往复运动活塞的上端贯穿压力容器的顶端上盖，且往复运动活塞的上端设置连接外接动力源的连接结构。
[0016]更优地，所述往复运动活塞的下端活塞部外侧面包裹有由硅胶制成的密封活塞套。
[0017]上述任意一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置的使用方法，包括如下步骤：
[0018](1)实验室预制沥青混合料试件；
[0019](2)将沥青混合料试件置于压力容器内部，并用限位装置固定；
[0020](3)将往复运动活塞表面抹上润滑油并与UTM材料试验机连接；
[0021](4)通过接水管向压力容器内部添加试验用水，并用控温装置将水加热至试验所需温度，加热时泄压气阀打开；
[0022](5)加热结束后，保持温度恒定，关闭泄压气阀，根据需要模拟的汽车荷载计算出活塞需要下压的高度；
[0023](6)开启UTM材料试验机，试验机带动往复运动活塞施加往复荷载，实现对混合料中水流的压入与吸出作用；
[0024](7)记录试验温度、冲刷过程中水压表的值，待冲刷完毕后，导出UTM材料试验机的应力应变曲线，完成试验。
[0025]综上所述，相比于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0026]1、本专利技术通过设置于上腔体与下腔体的动水压力传感器，实时监测动水冲刷过程中进出试件截面的动水压力。并且用气体推动水的“挤压
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置，包括压力容器、往复运动活塞、试件、水体，其特征在于，所述试件固定且浸没于压力容器下部的水体中，且试件与压力容器底之间存在水体容纳空间；所述往复运动活塞设置在压力容器的上部，且往复运动活塞与压力容器下部的水体之间存在气体容纳空间。2.如权利要求1所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置，其特征在于，所述压力容器下部的水体中设有控温装置。3.如权利要求1所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置，其特征在于，所述试件与压力容器底之间的水体容纳空间设有用于注水和放水的阀门和连通压力容器上部的压力回路系统。4.如权利要求1所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置，其特征在于，所述压力容器内设有固定试件的结构。5.如权利要求4所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置，其特征在于，所述固定试件的结构包括试件下方的漏网层以及试件上方的限位装置。6.如权利要求1所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置，其特征在于，所述试件的上下方均设有用于测量水体压强的压力表。7.如权利要求1所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置，其特征在于，所述压力容器的顶端上盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：任东亚，尚静，苏绍南，徐杰，陈栩，曹超飞，黄明星，李学友，艾长发，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：