一种水稳材料冲刷试验装置的制作方法

本发明涉及岩土工程技术与材料科学领域，尤其涉及一种水稳材料冲刷试验装置。

背景技术：

水稳材料一般用作道面半刚性基层，具有强度高、扩散应力强且造价低的特点，有一定的板体性、抗拉强度、抗疲劳强度以及良好的水稳定性质，水稳基层广泛应用于水泥路面和沥青路面。据显示，截至2016年底，中国公路里程达到469.63万公里。其中85％以上使用的是以水泥、石灰、粉煤灰等为结合料的半刚性基层。而水泥稳定类材料在基层、底基层应用最为广泛。

中国气候以热带、亚热带季风气候为主，降水量充足。有数据表明，中国道路工程水损害现象普遍。同时，超速重载以及温度等载荷作用影响，加剧了道路水损灾害，严重影响了道路使用性能与寿命。半刚性基层路面结构水损病害工程实例勘察与分析揭示，路面基层首先水稳破坏，再扩散到路面面层，最终导致整个路面结构的水损病害破坏，成为最主要破坏形式。水稳基层作为道路承上启下的结构层，一定程度控制道路服役寿命与运营质量。水稳半刚性材料的体积安定性能及收缩应变，导致水稳基层收缩裂缝开裂，且造成沥青路面的反射性裂缝道面结构基损伤。环境营力作用特征与道面结构特点，无法完全避免道面结构基层表面局部滞水、集聚与扩散现象，因此轮载激振荷载以及温度胀缩反复作用，形成了水稳基层局部动水压力循环作用及其材料局部的超静孔压集聚，近年来这一破坏现象被称之为水稳材料的冲刷问题。道路结构内部局部冲刷效应，可导致结构层胶凝材料与骨料，骨料与骨料之间胶结损伤，引起集料离析等病害。

传统水稳材料的研究重点在于强度及其开裂问题，且目前已趋于成熟，但对于水稳材料的冲刷性能评价，目前为止没有统一的试验装置，更没有标准的试验方法与评价标准。因此，水稳半刚性基层材料研究中，半刚性材料基层冲刷损伤机制、试验评价与稳定控制方法等研究，成为延长路面耐久性、改善路面质量与降低道路养护维修成本长期性研究课题。相应的试验研究设备也亟待开发。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种水稳材料冲刷试验装置，能够适用于水稳材料冲刷性能的室内试验评价，且可为水稳半刚性材料工程应用提供依据。

技术方案：本发明包括位于配重箱底部的击打板，所述击打板的下方设有放置水稳材料的击实筒，所述的击打板表面设有若干孔洞，击打板上连接有水循环装置，所述的击实筒置于外筒内，击实筒通过两侧的试样稳定杆与外筒连接，所述的外筒顶部安装有密封盖。

所述的击实筒顶部安装有护筒，用于保护试样边缘不被压力破坏，形成更贴切实际的冲刷效果的破坏形式。

所述击打板的直径小于护筒内径，防止击打板与护筒之间的摩擦阻力，更为了方便水稳材料上表面的水通过击打板四周与护筒之间的空隙流进流出。

所述密封盖的内径小于击打板的直径，防止水溅出进而造成冲刷材料损失。

所述的外筒内注有水，水位深度能够淹没水稳材料。

所述的水循环装置包括防回流装置、水泵与过滤器，用于将外筒内的水引入击打板。

所述防回流装置的一端与击打板连接，另一端通过水泵与过滤器连接，通过水泵将外筒内的水引入击打板，保证了试验过程中水稳材料表面的水量充足。

所述配重箱的重量能够调节，使得水稳材料表面的冲刷压力为0.2～0.8mpa。

有益效果：本发明的制样采用水稳振动成型，制备简单，操作方便灵活，采用击实筒养护可最大程度地避免养护过程中对水稳材料的干扰，冲刷试验具有良好的学术研究价值，该装置具有极好的应用推广前景。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部放大图；

图3为本发明的击打板俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括水稳材料1、配重箱2、护筒3、试样稳定杆4、击实筒5、击打板6、水7、外筒8、垫块9、螺栓10、外筒密封圈11、固定杆12、外筒稳定杆13、过滤器14、密封盖15、防回流装置16和水泵17。配重箱2顶部连接有电机与控制器，配重箱2底部连接有击打板6，通过配重箱2带动击打板6进行上下运动，进而对水稳材料进行击打。配重箱2的重量能够调节，使得水稳材料表面的冲刷压力为0.2～0.8mpa。

击打板6的下方设有击实筒5，击实筒5内部放置有垫块9，垫块9表面放置有水稳材料1，击实筒5的顶部套有护筒3，用于保护试样边缘不被压力破坏，形成更贴切实际的冲刷效果的破坏形式。击实筒5与垫块9置于外筒8内，通过击实筒5两侧的试样稳定杆4与外筒8连接，试样稳定杆4有助于保证试样垂直受力。外筒8内注有水7，水位深度能够淹没水稳材料1。外筒8通过两侧的外筒稳定杆13固定在固定杆12上。外筒8顶部连接有密封盖15，密封盖15的内径小于击打板6的直径，防止水7溅出,进而造成冲刷材料损失。采用击实筒5使水稳材料1采用振动击实成样后直接和击实筒5一起养护，带筒进行冲刷试验可最大程度避免试样被干扰。

击打板6的表面设有若干孔洞，试验过程中水7通过击打板6的孔洞流向水稳材料1表面，防止频率过快时，周围补水不及时，从而可以做高频率试验，保证了试验效果。击打板6的直径小于护筒3内径，防止击打板6与护筒3之间的摩擦阻力，更为了方便水稳材料1上表面的水通过击打板6四周与护筒3之间的空隙流进流出。击打板6在试样表面振动可以使试样具有“冲刷”和“泵吸”双重效果，也可防止摩擦阻力，方便水7在试样表面出入。

击打板6上还连接有水循环装置，包括防回流装置16、水泵17与过滤器14，防回流装置16的一端连接击打板6，另一端通过水泵17与过滤器14连接，通过水泵17将外筒8内的水7引入击打板6，保证了试验过程中水稳材料1表面的水量充足。外筒8的底部通过螺栓10与外筒8的筒身连接，且在连接处设有密封圈11。密封的外筒8不仅有蓄水功能，重要的是收集冲刷掉的水稳材料，以作冲刷性能的二级评价，试验完成后将外筒8静止一段时间后取出材料烘干，将试样冲刷深度作为一级评价，冲刷量作为二级评价，分析方法规范，结果更为准确。

试验1：水稳珊瑚半刚性基层材料冲刷试验

(1)试样制作：水稳材料配备好之后采用振动击实仪制样，将击实筒带垫块一起放入标准养护箱养护，龄期达到之后进行冲刷试验；

(2)构件装配：安装密封外筒，并利用外筒稳定杆将其固定在固定杆上，将装有水稳材料试样的击实筒放入外筒，连接好试样稳定杆，可防止试验过程中试样偏离，套上护筒，保护材料边缘，加水没过水稳材料3厘米左右，调节控制箱的时间和频率，选用合适的配重箱重量，打开水泵，安装密封盖后开始试验；

(3)试验分析：试样振动结束后，取出击实筒，测量水稳材料表层最大冲刷深度和最小冲刷深度，作水稳材料冲刷性能指标一级评价，将外筒内的水静置一段时间，取出冲刷掉的水稳材料，烘干称重，作为冲刷性能指标二级评价，也可与原始材料重量相比较得出冲刷重量比指标。

试验2：水稳材料无围压下的冲刷试验

(1)试样制作：水稳材料配备好之后采用振动击实仪制样，脱模放入养护箱养护一定龄期后进行冲刷试验；

(2)构件装配：安装密封外筒，并利用外筒稳定杆将其固定在固定杆上，将水稳材料置于外筒内的垫块上，内部稳定杆直接与水稳材料相接，同样防止试验过程中试样的偏离，加水没过水稳材料3厘米左右，调节控制箱的时间和频率，选用合适的配重箱重量，打开水泵，安装密封盖后开始试验；

(3)试验分析：试样振动结束后，取出击实筒，测量水稳材料表层最大冲刷深度和最小冲刷深度，作水稳材料冲刷性能指标一级评价；将外筒内的水静置一段时间，取出冲刷掉的水稳材料，烘干称重，作为冲刷性能指标二级评价，也可与原始材料重量相比较得出冲刷重量比指标。

本发明试验2与试验1的主要不同在于，试验1的试样被很好地保护起来，包括护筒和击实筒，试验过程中，试样只有上表面受到冲刷作用；试验2释放了试样围压，试样完整暴露在水中，针对实际恶劣条件下更具相似性。