[发明专利]同时测试大空隙沥青混合料八向渗水系数的装置及方法

说明书

本发明公开了同时测试大空隙沥青混合料八向渗水系数的装置及方法，该装置包括水箱、三级支架系统、渗水系统和排水收集系统，水箱底部开设有出水孔，水箱的侧壁开设有溢流水管，渗水系统包括顶盖和渗水筒，排水收集系统通过对应的软管与渗水筒的8个通孔接通。该方法包含以下步骤：步骤一：制备大空隙沥青混合料竖向试样和径向试样；步骤二：选取测试渗水系数装置；步骤三：测试混合料竖向试样的八向渗水系数；步骤四：测试径向试样的八向渗水系数。本发明装置结构简单，操作便捷，能测试混合料水平面内和竖向平面内八个方向的渗水系数，从而能从三维空间上分析渗水性能的方向差异性，以全面评价大空隙混合料的渗水性能。

技术领域

本发明涉及同时测试大空隙沥青混合料八向渗水系数的装置及方法，属于沥青混合料渗透性能的测试与评价技术领域。

背景技术

大空隙沥青混合料以其优良的抗滑、降噪、雨天排水、防眩光等功能，在沥青路面中得到了较大范围内的应用。这些功能的存在主要依赖于大空隙沥青混合料内部丰富的连通空隙。在大空隙沥青混合料设计过程中，通常采用两种方法保障混合料内部丰富的连通空隙。第一种方法是对沥青混合料的总空隙率或者连通空隙率提出要求；另一种方法考虑到大空隙沥青混合料内的连通空隙是渗水和排水通道，连通空隙越丰富，渗水和排水的效率越高，因此测试大空隙沥青混合料的渗水系数，以渗水系数的大小反映混合料内部连通空隙的程度。由于渗水系数直接反映了与连通空隙紧密相关的沥青混合料渗水性能，相比于总空隙率，测试渗水系数显得更有效和直观。因此，为了保证大空隙沥青混合料铺筑于路面后具有良好的抗滑、排水、降噪等功能，在大空隙沥青混合料设计过程中测试其渗水性能十分关键。

目前，对沥青混合料渗水系数的室内和野外现场测试通常假定其各个方向的渗水系数是相同的。但是，沥青混合料作为一种非均质、各向异性的材料，其内部的空隙结构具有方向差异性，这种差异性会导致渗水性能具有方向的差异性。2004年，Al-Omari和Masad使用有限差分法来模拟水在沥青混合料空隙结构内的流动，并且计算了8种沥青混合料径向、横向和竖向的渗水系数，发现径向和横向的渗水系数差异不大，但竖向渗水系数远小于径向和横向的渗水系数。2005年，Hunter和Airey进行的宏观尺度模拟研究也发现路面沥青混合料内部的水流主要是沿平行于路表的水平方向，而竖向很少有渗水。2007年Kutay等人采用X-ray CT建立了密级配沥青混合料内部的三维空隙结构，并数值模拟了水在三维空隙结构中的流动，发现试件水平向的渗水系数比竖向渗水系数最大能高出2个数量级。

考虑到密级配沥青混合料在渗水性能上的方向差异性，以及渗水性能对于大空隙沥青混合料的重要性，一些学者研究了大空隙沥青混合料渗水性能的方向性。2007年，Masad等人在X-ray CT扫描所得图像的基础上，保留连通空隙作为排水通道，并分析了连通空隙方向性与渗水系数的方向性，认为相比于竖直方向，空隙在水平方向上提供了更多的排水通道，在数值模拟的多组沥青混合料中，密级配混合料水平向与竖向渗水系数的比值范围为8.35-11.40，大空隙沥青混合料水平向与竖向渗水系数的比值范围是1.65～4.02。2012年，Gruber等采用X-ray CT获得了大空隙沥青混合料内部空隙的三维网状结构，并数值模拟了水在三维空隙结构内的流动，发现了大空隙沥青混合料三个方向的渗水系数差异达到了50％左右，这一结果与Masad等人的结果差异较大。

总结已有的研究可以发现：(1)相比于密级配沥青混合料，针对大空隙沥青混合料渗水方向差异的研究并不多，且不同研究者得到的渗水系数方向差异程度也不相同。(2)大空隙混合料渗水系数方向差异性的已有研究采用的仅仅是数值模拟方法，采用室内试验的方法直接测试同一大空隙沥青混合料试件在不同方向的渗水系数还未见报道。为此，十分有必要发明一种测试大空隙沥青混合料多个方向渗水系数的装置及方法。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种同时测试大空隙沥青混合料八个方向渗水系数的装置及方法，解决目前大空隙沥青混合料多方向渗水系数依赖于数值模拟，而在实验室内无法同时测试的问题，其具体技术方案如下：