一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法,在振動臺上面設置一個雙層圓柱形透明塑料圓桶，在沖刷桶四周設置四個可調(diào)節(jié)給水壓力管道為沖刷桶內(nèi)水壓進行加壓供給水流壓力，圓桶內(nèi)壁環(huán)向和豎向設置可調(diào)方向噴水嘴，噴水嘴端部設置定位裝置，對定位系統(tǒng)進行試驗時間—旋轉(zhuǎn)方向編程，通過電腦程序控制模擬雨滴對材料沖刷作用。通過設置氣動活塞上下移動保證壓桿上下移動，壓桿對彈簧進行壓縮沖擊，壓縮沖擊力直接作用壓板及橡膠板模擬汽車輪載對材料瞬時沖擊作用，通過調(diào)節(jié)氣動活塞運動幅度模擬車輛輪載對路面材料沖擊力大小。評價抗沖刷性能指標包括沖刷物占總質(zhì)量百分比及沖刷后試件強度與原試件強度百分比，本發(fā)明值得推廣。
【專利說明】-種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗領域，特別是設及一種 水泥穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類、石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類無機結(jié)合料穩(wěn)定基層抗沖刷性能試驗裝置 及試驗方法。

【背景技術】
[0002] 目前我國路面基層破壞主要因素為車輛超重荷載和水損壞，特別對于路面基層半 剛性材料尤為嚴重，水進入路面基層同時車輛荷載對路面基層瞬間荷載作用下產(chǎn)生高壓動 水壓力導致基層材料出現(xiàn)微損傷，長期荷載作用致使路面基層材料之間強度破壞，基層承 載力不足問題，對應路面位置逐步出現(xiàn)破壞形式，因此路面基層材料在車輛荷載和水的共 同作用對材料沖刷性能直接決定路面使用壽命，因此需要研究車輛荷載和水共同作用對材 料沖刷性能為路面基層材料設計提供一定資料。在《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī) 程》（JTG E51-2009)中提出材料抗沖刷試驗方法，由于該試驗設備價格昂貴導致不能廣泛 應用，目前我國很多科研院所在對抗沖刷試驗理解的基礎上進行自行設計，適用于本單位 所需抗沖刷試驗設備，由于設備參數(shù)不同、評價結(jié)果各異。
[0003] 目前查閱資料專利CN104198367A提出將試件懸掛，在試件下面采用順時針、逆時 針旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)模擬水流對試件沖刷作用，將沖刷物質(zhì)量和試件總質(zhì)量比作為評價材料抗 沖刷指標。
[0004] CN103344517A提出在動S軸儀壓力室內(nèi)，通過軸向加壓系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)及可調(diào)頻 調(diào)壓、動水壓力發(fā)生等因素模擬動水壓力對材料沖刷作用。
[0005] CN102183452B提出沖刷動水壓力、沖刷次數(shù)、沖刷頻率、沖刷角度等因素對材料沖 巧IJ，考慮因素全面但存在不足，沒有更加真實模擬水對材料沖刷模擬作用。
[0006] 雨水對材料沖刷作用通常分為兩步，第一步是雨點對材料沖刷作用，即點對材料 沖刷作用，第二部為水流對材料沖刷作用。為了更加真實準確模擬水對材料沖刷作用，包括 雨點對材料沖刷作用及水流對試件沖刷作用，同時模擬在不同交通量狀況下、不同軸載對 路面基層作用下水對材料沖刷作用，需要研制一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試 驗方法，綜合評價路面基層材料抗沖刷性能具有更加重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案： 本發(fā)明目的在于提供一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法，在本試驗裝 置下面設置一套振動臺，振動臺頻率范圍為0-10曲Z間，通過調(diào)節(jié)頻率來調(diào)整振動臺振動 幅度，產(chǎn)生水流方向?qū)υ嚰砻孢M行預沖刷，將試件表面未粘結(jié)或松散顆粒沖刷掉，保證試 驗的準確性。
[000引在振動臺上面設置一個沖刷桶，在沖刷桶底面固定一底座，底座與振動臺頂板通 過螺栓進行固定，在底座上面設置一套下固定器，下固定器形狀為圓臺形，圓臺形下邊緣距 離沖刷桶邊緣為2cm，圓臺形坡度為1:3，在下固定器頂面設置一個凹槽用于穩(wěn)定試件，凹 槽內(nèi)徑比試件直徑大2mm，在凹槽內(nèi)放置防摩擦±工布，±工布上面放置試件，試件頂面采 用壓板給予穩(wěn)定，在試件頂面設置一套瞬時加載裝置用于對試件進行瞬時加載模擬車輛荷 載對路面基層的瞬時作用。
[0009] 沖刷桶為雙層圓柱形透明塑料圓桶，在雙層圓柱形透明塑料圓桶外表面設置水位 刻度尺，內(nèi)徑25畑1，外徑為35畑1，高度為30畑1，圓桶底與圓桶壁為一整體，在圓桶桶蓋頂端 中屯、位置設置一個圓孔，孔徑大小與壓桿直徑相匹配。在圓桶桶蓋設置一塊與圓桶直徑大 20mm鋼板，為氣動活塞提供穩(wěn)定支撐。
[0010] 在雙層圓柱形透明塑料圓桶內(nèi)壁環(huán)向每間隔22.5°、豎向每間隔3cm設置一個電 腦可調(diào)方向噴水嘴，在圓筒環(huán)向設置16個噴水嘴，豎向設置13個噴水嘴，共計208個噴嘴， 通過電腦程序通過定位接收器控制不同噴水嘴在不同時間的噴水方向，模擬復雜條件下雨 點從不同方向?qū)Σ牧蠜_刷作用。
[0011] 在密封雙圓柱形沖刷桶中部四周均勻布置四個可調(diào)節(jié)給水壓力管道，保證圓桶內(nèi) 部水壓恒壓狀態(tài)，水壓控制通過加壓累為沖刷桶內(nèi)水進行加壓。
[0012] 電腦可調(diào)方向噴水嘴，在噴水嘴端部設置一個定位接受器用于控制噴嘴旋轉(zhuǎn)方 向，通過無線與電腦連接，通過對208個噴水嘴端部接收器進行編程，通過208個試驗通道 控制噴頭時間-噴頭方向關系曲線，模擬風荷載作用下水流從不同方向、不同角度對試件 沖刷作用。
[0013] 瞬時加載裝置包括壓板、壓桿、彈黃、橡膠板、氣動活塞、平衡桿，在壓板上面設置 橡膠板，橡膠板面呈現(xiàn)大孔槽形式，模擬汽車輪胎結(jié)構(gòu)形式，壓板上端連接壓桿，在壓板與 桶蓋之間設置彈黃，壓桿直接穿過桶蓋與支撐桿較接，在支撐桿中間位置設置一個氣動活 塞，通過氣動活塞上下移動能夠保證壓桿上下移動，對彈黃進行壓縮沖擊，壓縮沖擊力直接 作用給壓板及橡膠板，模擬汽車輪載對材料瞬時作用，通過調(diào)節(jié)氣動活塞運動幅度模擬車 輛輪載對路面材料沖擊力。
[0014] 本發(fā)明先采用電腦可調(diào)方向噴水嘴直接作用試件模擬雨點對試件沖刷作用，將沖 刷桶內(nèi)注水至試件表面，開動振動臺使水產(chǎn)生一定流向模擬水流對試件沖刷作用。分兩個 步驟進行模擬雨水對路面材料沖刷影響，對于評價材料抗沖刷性能提出綜合評價法，分別 對沖刷物占總質(zhì)量百分比及沖刷后試件強度與原試件強度百分比進行綜合評價，其中沖刷 物占總質(zhì)量百分比占綜合評價抗沖刷性能70%，沖刷后試件強度與原試件強度百分比占綜 合評價抗沖刷性能30%。
[0015] 一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法，包括： 1)檢查設備工作性能，同時選取同組試件不少于4組，分別進行無側(cè)限抗壓強度試驗 和抗 沖刷性能試驗，無側(cè)限抗壓強度值為P。
[0016] 2)將試件放入下固定器的凹槽內(nèi)，梓緊沖刷桶頂蓋，調(diào)試瞬時加載裝置使壓板與 試件頂面 重合。
[0017] 3)開啟可調(diào)給水有壓管道，低壓向沖刷桶內(nèi)注水，使水面高度達到試件頂面為止。
[001引 4)開啟振動臺對試件進行預沖刷，頻率為5曲Z，將試件表面未粘結(jié)或松散顆粒沖 刷掉，振動時間為3min，打開排水管將污水排出，取出試件進行稱重，記為M，將試件放置原 處準備正式試驗。
[0019] 5)開啟可調(diào)給水有壓管道，使水壓逐步增大到工作水壓0. 3MI^a為止，同時開動電 腦可調(diào)方向噴水嘴，在電腦程序中設置每個噴嘴在不同時間具有不同噴水方向，模擬雨點 在復雜條件下對材料沖刷作用。
[0020] 6)噴水9min后停止噴水，然后低壓向沖刷桶內(nèi)注水至試件高度，再次開啟振動 臺，使水產(chǎn)生流速對試件進行沖刷，模擬水流大小對材料的沖刷作用。
[0021] 7)水流沖刷9min后關閉振動臺，開啟可調(diào)給水有壓管道中壓對試件進行沖洗，將 沖刷物通過排水管至收集槽，最終排至回收槽。
[0022] 8)將回收槽內(nèi)污物沉淀蒸發(fā)后進行稱重，記為Ml。
[0023] 9)將試件重復進行上述操作，分別稱重質(zhì)量為M2、M3。
[0024] 10)將沖刷試驗后試件進行無側(cè)限抗壓強度試驗，強度為Pi。
[002引 11)抗沖刷系數(shù)

【權利要求】
1. 一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法，包括沖刷桶，其中沖刷桶為雙 層圓柱形透明塑料圓桶，在雙層圓柱形透明塑料圓桶外表面設置水位刻度尺，內(nèi)徑25cm，夕卜 徑為35cm，高度為30cm，圓桶底與圓桶壁為一個整體，圓桶底與圓桶壁為一整體，在圓桶桶 蓋頂端中心位置設置一個圓孔，孔徑大小與壓桿直徑相匹配，在圓桶桶蓋設置一塊與圓桶 直徑大20mm鋼板，為氣動活塞提供穩(wěn)定支撐。
2. 據(jù)權利要求書1所述一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法，其特征在 于在雙層圓柱形透明塑料圓桶內(nèi)壁環(huán)向每間隔22. 5°、豎向每間隔3cm設置一個電腦可調(diào) 方向噴水嘴，即在圓筒環(huán)向設置16個噴水嘴，豎向設置13個噴水嘴，共計208個噴嘴，在 噴水嘴端部設置一個定位接受器用于控制噴嘴旋轉(zhuǎn)方向，通過無線與電腦連接，通過對208 個噴水嘴端部接收器進行編程，通過208個試驗通道控制噴頭時間-噴頭方向關系曲線，模 擬風荷載作用下水流從不同方向、不同角度對試件沖刷作用。
3. 根據(jù)權利要求書1所述一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法，其特征 在于在密封雙圓柱形沖刷桶中間四周均勻布置四個可調(diào)節(jié)給水壓力管道，滿足雙層圓柱形 透明塑料圓桶內(nèi)部水壓要求，水壓控制通過加壓泵為沖刷桶內(nèi)水進行加壓，然后水通過噴 水嘴噴向試件表面模擬水壓對材料沖刷作用。
4. 根據(jù)權利要求書1所述一種路面基層材料抗沖刷性能試驗裝置及試驗方法，其特征 在于瞬時加載裝置包括壓板、壓桿、彈簧、橡膠板、氣動活塞、平衡桿，在壓板上面設置橡膠 板，橡膠板面呈現(xiàn)大孔槽形式，模擬汽車輪胎結(jié)構(gòu)形式，壓板上端連接壓桿，在壓板與桶蓋 之間設置彈簧，壓桿直接穿過桶蓋與支撐桿鉸接，在支撐桿中間位置設置一個氣動活塞，通 過氣動活塞上下移動能夠保證壓桿上下移動，對彈簧進行壓縮沖擊，壓縮沖擊力直接作用 給壓板及橡膠板，模擬汽車輪載對材料瞬時作用，通過調(diào)節(jié)氣動活塞運動幅度模擬車輛輪 載對路面材料沖擊力。
5. 分兩個步驟進行模擬雨水對路面材料沖刷影響，對于評價材料抗沖刷性能提出綜合 評價法，分別對沖刷物占總質(zhì)量百分比及沖刷后試件強度與原試件強度百分比進行綜合評 價，其中沖刷物占總質(zhì)量百分比占綜合評價抗沖刷性能70%，沖刷后試件強度與原試件強度 百分比占綜合評價抗沖刷性能30%。
【文檔編號】G01N3/36GK104502216SQ201510013775
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月13日 優(yōu)先權日:2015年1月13日
【發(fā)明者】劉峰, 韓延清, 何曉光, 邢文站, 李春燕, 王喜剛, 范海英, 于泳 申請人:遼寧科技學院