模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统及其测试方法

本发明属于道路工程材料渗流试验领域，具体涉及一种可模拟车辆荷载动态作用的沥青混凝土动力渗流测试系统。

背景技术：

1、沥青混凝土作为一种多孔介质材料，渗透特性是决定沥青路面外在服役性能的基本属性。路表水经由空隙可轻易入侵到沥青混凝土内部，并在空隙中扩展和传输，尤其是在车辆荷载作用下，水受到动态的车辆荷载作用，转换为动态的水压力，并驱动水分入侵到更广泛的空隙结构当中，形成沥青混凝土的动力渗流。沥青混凝土的动力渗流是沥青路面最常见、最典型的渗流模式，造成微细观结构微裂缝的发展，诱发沥青-集料界面粘附性破坏，最终导致沥青路面的松散、剥落等病害。

2、然而现阶段的沥青混凝土渗流行为表征多集中在静态压力层面，忽视了车辆荷载作用下沥青混凝土的动力渗流模拟，例如专利(专利号为zl201610101590.6)提出了沥青混凝土的恒压渗流测试装置，采用恒定水压力测试沥青混凝土的渗透流量；专利(专利号为zl201810631705.1)提出了基于常水头的沥青混凝土多向渗流测试装置，采用稳定的水头高度作用沥青混凝土，进而测试沥青混凝土在不同流向上的渗流特征。也有部分专利初步采用循环压力来模拟车辆荷载对沥青路面的动力作用，专利(申请号为cn202211167499.6)提出了采用循环压力施加的方式模拟动水冲刷对沥青混凝土性能的影响，但该装置的水压力和频率与真实车辆荷载差异较大，且由于采用有限、间歇的压力循环，动力渗流特征监测不连续；测试周期仅为1h，无法获得沥青混凝土动力渗流演变规律，难以反映真实沥青路面在往复长时间车辆荷载作用下的动力渗流行为。

技术实现思路

1、本发明针对沥青混凝土动力渗流行为测试装置缺失，测试方法与真实路面渗流差异较大，无法实现沥青混凝土长时间动力渗流特征演变评价的问题，而提供一种模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统。

2、本发明模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统包括脉冲压力发生装置和动力渗流测试装置，其中脉冲压力发生装置包括柱塞泵、高频压力传感器、脉冲比例阀、换向阀和液压系统，在柱塞泵的柱塞上设置有高频压力传感器，液压系统的介质口通过液压管与柱塞泵的泵腔相连通，在液压管上设置有换向阀和脉冲比例阀；

3、所述的动力渗流测试装置包括上盖板、套筒、下底板、沥青混凝土试件、热缩管和限位器，下底板的上表面中心处设置有下承台，上盖板的下表面中心处设置有上承台，套筒竖直设置在下底板上，套筒的上下端面均带有围沿，上盖板设置在套筒的上端面，套筒分别与下底板和上盖板通过螺栓连接；

4、在下承台和上承台之间设置有沥青混凝土试件，沥青混凝土试件与下承台和上承台的接触处均设置有限位器，热缩管套设在下承台、上承台和沥青混凝土试件的外部形成沥青混凝土组件，沥青混凝土组件与套筒的内筒壁之间的空腔作为围压腔，在上承台的内部开有注水腔，注水腔的上部开口为脉冲压力入口，注水腔的下部为腔槽，在上盖板上还开有围压入口；

5、在下承台的内部开有渗流腔，渗流腔的上部为腔槽，渗流腔的下部沿下底板的径向延伸出渗流量采集口，在下底板上还开有围压出口，围压出口与围压腔相连通。

6、本发明模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试方法按照以下步骤实现；

7、一、将套筒(pc材质)套设在沥青混凝土试件，在套筒与沥青混凝土试件之间填充有胶黏剂，胶黏剂固化后得到带有套筒的沥青混凝土试样；

8、二、将带有套筒的沥青混凝土试样放置在下底板的下承台上，带有套筒的沥青混凝土试样的上表面和下表面分别安装限位器，保证沥青混凝土试样处于竖直状态，将套筒安装在下底板上并通过螺栓连接，热缩管套设在带有套筒的沥青混凝土试样上，安装上盖板，上盖板上的上承台与沥青混凝土试样之间设置有限位器，上盖板与套筒通过螺栓连接，完成动力渗流测试装置的装配；

9、三、将装配好的动力渗流测试装置放入烘箱中，升高温度使热缩管受热变形，自然冷却后，完成热缩处理；

10、四、将围压出口关闭，从围压入口向围压腔中注水，围压入口连接压力泵，通过压力泵施加围压；

11、五、从脉冲压力入口向注水腔中注水，通过柱塞泵的柱塞经注水向沥青混凝土试件输出脉冲水压力，渗流量采集口连接自动采集天平，控制脉冲水压力的频率和幅值进行动力渗流，实时记录渗流量采集口位置的渗流量，即动力渗流流量；

12、六、通过动力渗流流量绘制沥青混凝土的动力渗流曲线，直至动力渗流平台期出现，完成沥青混凝土动力渗流的测试。

13、本发明模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统由脉冲压力发生装置和动力渗流测试装置组成。其中脉冲压力发生装置以清水为压力介质，储存在水箱当中，通过注水泵将清水注入脉冲柱塞泵当中，通过打开泄压阀，可保证脉冲柱塞泵腔体内充满水并排除空气；脉冲柱塞泵出口处安装高精度高频压力传感器以实时监测输出脉冲压力，压力传感器信号传输至计算机，计算机根据压力监测曲线与目标压力脉冲曲线之间的差异，实时将修正信号传输给脉冲比例阀，脉冲比例阀通过调节液压系统的液压输出比例，进而调整脉冲柱塞泵的压力输出曲线，以保证输出压力的稳定；设备动力来源为液压系统，其出口处安置换向阀以实现压力的往复变化，通过压力表来监测液压系统的运行稳定性；输出的脉冲水压力接到被测沥青混凝土试件上，由此实现脉冲压力的施加。

14、本发明模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统及其测试方法包括以下有益效果：

15、(1)现有沥青混凝土渗流测试装置多采用静态水压测试，部分动态水压测试也仅仅施加了动态往复荷载，与真实沥青路面车辆荷载作用导致的动水压力响应相差较大。本发明采用脉冲水压力模拟沥青路面真实车辆荷载作用，并根据车辆荷载的车速、轴距、荷载等特征确定脉冲压力的幅值和频率等关键参数，可以实现真实沥青路面动水压力的模拟。

16、(2)现有动态渗流测试装置仅可实现1h以内，间断时间点动态渗流流量特征，难以模拟真实沥青路面的动力渗流演变。本发明提出了基于围压、渗流压分离式的沥青混凝土单向动力渗流测试夹具和方法，可实现48小时以上的连续动力渗流特征监测，实现沥青混凝土长时间连续动力渗流行为评价。

技术特征：

1.模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统，其特征在于该沥青混凝土动力渗流测试系统包括脉冲压力发生装置和动力渗流测试装置，其中脉冲压力发生装置包括柱塞泵(20-1)、高频压力传感器(20-2)、脉冲比例阀(20-4)、换向阀(20-5)和液压系统(20-7)，在柱塞泵(20-1)的柱塞上设置有高频压力传感器(20-2)，液压系统(20-7)的介质口通过液压管与柱塞泵(20-1)的泵腔相连通，在液压管上设置有换向阀(20-5)和脉冲比例阀(20-4)；

2.根据权利要求1所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统，其特征在于柱塞泵(20-1)的泵腔内的压力介质为水。

3.根据权利要求1所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统，其特征在于脉冲压力发生装置还包括水箱(20-8)和注水泵(20-9)，水箱(20-8)的出水口通过管路与柱塞泵(20-1)的泵腔相通，在该管路上设置有注水泵(20-9)。

4.根据权利要求1所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统，其特征在于热缩管(5)与下承台(3-1)之间设置有橡胶圈(10)，热缩管(5)与上承台(1-1)之间也设置有橡胶圈(10)。

5.根据权利要求1所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统，其特征在于限位器(11)为短管状，短管的内壁带有环状凸缘，环状凸缘位于腔槽与沥青混凝土试件(4)之间。

6.根据权利要求1所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统，其特征在于沥青混凝土试件(4)套设在套筒(4-1)中，沥青混凝土试件(4)与套筒(4-1)之间相粘接。

7.模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试方法，其特征在于该测试方法按照以下步骤实现；

8.根据权利要求7所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试方法，其特征在于步骤三中以100℃的温度处理4h使热缩管受热变形。

9.根据权利要求7所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试方法，其特征在于步骤四中通过压力泵施加围压的大小为1.2mpa。

10.根据权利要求7所述的模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试方法，其特征在于步骤五中根据沥青路面车辆荷载的车速、轴距以及荷载确定脉冲水压力的等效脉冲频率，等效脉冲频率的计算公式如下：

技术总结
模拟车辆荷载作用的沥青混凝土动力渗流测试系统及其测试方法，本发明针对沥青混凝土动力渗流测试方法与真实路面渗流差异较大，无法实现沥青混凝土长时间动力渗流特征演变评价的问题。本发明沥青混凝土动力渗流测试系统包括脉冲压力发生装置和动力渗流测试装置，液压系统的介质口通过液压管与柱塞泵的泵腔相连通，动力渗流测试装置中下底板的上表面设置有下承台，上盖板的下表面设置有上承台，在下承台和上承台之间设置有试件，沥青混凝土组件与套筒的内筒壁之间的空腔作为围压腔。本发明采用脉冲水压力模拟沥青路面真实车辆荷载作用，根据车辆荷载的车速、轴距、荷载等特征确定脉冲压力的幅值和频率等参数，实现真实沥青路面动水压力的模拟。

技术研发人员：徐慧宁,石浩,卞新兴,李志伟
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15