用于透水瀝青混凝土車轍板試件的滲透系數測定裝置及其測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及道路工程材料滲透系數測定技術領域，尤其是一種用于透水瀝青混凝 土車轍板試件的常水頭豎向滲透系數測定裝置及其測試方法。
【背景技術】
[0002] 透水瀝青路面作為一種環保型道路結構層，具有排水、抗滑、降噪等諸多優點。其 很好地解決了路面徑流雨水的滲透問題，同時又能夠補給地下水，其充分的儲滲能力和減 少徑流污染負荷能力受到國內外道路工程領域的廣泛關注。
[0003] 滲透系數是反映孔隙介質排水能力的一個最有效直接的指標，室內測定滲透系數 的儀器一般分為常水頭滲透儀和變水頭滲透儀兩種。不同儀器的差別只是在于形式、量測 精度和使用范圍上的不同，其工作原理大多基于Darcy定律。對于透水性瀝青混合料，其 滲透系數通常在1X10Ws以上，采用常水頭方法比較合理。
[0004] 對于透水瀝青混凝土滲透系數測定，目前國內外還沒有統一的試驗方法，主要使 用自行設計的滲透系數測定裝置。通過調查發現，國內外現有的滲透系數測定裝置均不同 程度地存在以下問題：一、側壁側漏問題沒有得到良好地解決；二、對水力梯度的控制缺乏 靈活性，實際應用并不廣泛；三、裝置結構復雜，實際操作繁瑣。此外，實驗室進行試驗的材 料大多為擊實法成型的馬歇爾試件，然而這種試件體積小，單個試件差異較大，會影響測定 數據的精度，而碾壓法成型的車轍板試件則能避免以上問題，并能夠較好模擬實際路面情 況，但目前還沒有針對車轍板試件設計的滲透系數測定裝置。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的主要是針對現有滲透系數測定裝置存在的不足，提供了一種適用于 透水瀝青混凝土車轍板試件的常水頭豎向滲透系數測定裝置及其測試方法。該裝置結構設 計合理，密閉性好，操作簡便，可實現水力梯度的靈活控制，并良好的解決了側壁滲漏問題。
[0006] 為實現以上目的，本發明的技術方案如下：
[0007] -種用于透水瀝青混凝土車轍板試件滲透系數測定裝置，包括測試裝置和供水裝 置，所述測試裝置包括工作平臺、溢流水槽、上套筒、下套筒、第一法蘭、第二法蘭、量筒、溫 度計；工作平臺上設置所述溢流水槽，溢流水槽上設有溢流口和排水口，溢流口下方設置所 述量筒；溢流水槽內設置所述下套筒，所述下套筒與所述溢流水槽相連通；所述下套筒上 方設置相連接的第一、二法蘭，第一、二法蘭之間設置所述透水瀝青混凝土車轍板試件，第 二法蘭上方設置所述上套筒，上套筒上設有溢流孔；所述溫度計設置在所述溢流水槽中； 上、下套筒為管狀；
[0008] 所述供水裝置包括儲水桶、水栗、電源開關，儲水桶通過供水導管、水栗向所述上 套筒注水，電源開關控制水栗運作。
[0009] 優選地，所述第一、二法蘭在靠近邊緣處設有一圈凹槽，上下套筒筒壁嵌于對應的 凹槽中并膠結；所述下套筒側壁底部設有若干個與溢流水槽貫通的條形孔；所述上、下套 筒的截面尺寸相同，上、下套筒均為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA優質有機玻璃澆筑管，上、下套 筒內徑控制在420mm-450mm之間。〇
[0010] 優選地，所述透水瀝青混凝土車轍板試件為采用碾壓法成型的透水瀝青混凝土車 轍板試件，試件的四個側面以及上、下表面邊緣采用環氧樹脂涂料進行空隙密封，試件尺寸 為長 300mm X 寬 300mm X 厚 50mm。
[0011] 優選地，所述溢流水槽是由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有機玻璃澆筑管和聚甲基丙 烯酸甲酯PMMA有機玻璃圓形底板膠結而成，膠結處不漏水。
[0012] 優選地，所述第一、二法蘭外邊緣與凹槽之間設有8個螺孔，相鄰螺孔間距相同， 第一、二法蘭的外徑大于上、下套筒的外徑，第一、二法蘭的厚度大于上、下套筒的厚度；第 一、二法蘭中央設有正方形開孔，長螺栓穿過螺孔并用螺母安裝固定所述透水瀝青混凝土 車轍板試件。
[0013] 優選地，所述第一、二法蘭與所述透水瀝青混凝土車轍板試件表面接觸處各放置 一條橡膠密封墊，橡膠密封墊為條形正方形，橡膠密封墊內邊緣與所述第一、二法蘭中央正 方形開孔尺寸相同。
[0014] 優選地，所述電源開關上設有水栗電控，水栗電控通過導線連接所述水栗。
[0015] 優選地，所述上套筒外側壁上開有5個溢流口，溢流口上設有閥門，相鄰兩個溢流 口之間距離相同，5個溢流口布設在同一豎直線上。
[0016] 優選地，所述溫度計為電子溫度計，電子溫度計底部在溢流水槽的溢水口下邊緣 水平線以下，電子溫度計的數顯屏幕高于溢流水槽的上邊緣。
[0017] 用于透水瀝青混凝土車轍板試件滲透系數測定裝置的測試方法，其特征是，包括 以下步驟：
[0018] (1)將密封完成的透水瀝青混凝土車轍板試件放入Corelok真空密度儀中抽真 空，而后將試件放入清水中靜置2h，使其為飽水狀態；
[0019] (2)滲透系數測定裝置的密閉性檢查完畢后，將試件置于第一、二法蘭之間，并使 用螺栓和螺母固定，使得試件與套筒緊密貼合，水無法從側面流出；
[0020] (3)向儲水桶內注入清水，打開電源開關，向上套筒1內緩慢注水，水流自上而下 通過整個試件，當試件內部無氣泡排出后，打開溢流水槽溢流口和上套筒的一個溢流口，關 閉其他溢流口，使試件處在滲透狀態；
[0021] (4)調節供水水流大小，使得水流穩定溢出，即水頭差Ah保持不變；
[0022] (5)在按下秒表的同時，記錄量筒的初始讀數仏，過一定的時間t，記錄此時量筒的 讀數Q 2，并記錄此時的水溫T，則（Q2-Qi)即試件在t時間內通過的流量，記為Q。
[0023] (6)透水系數按照以下公式來計算，計算精確至1. 0X 10 2mm/s，并將結果換算為 水溫為20°C時的滲透系數；
[0024]
[0025] 式中：KT為水溫T°C時的滲透系數，cm/s ;
[0026] Q為時間t秒內的滲出水量，cm3;
[0027] L為透水瀝青混凝土試件的高度，cm ;取5cm
[0028] Ah為水頭差，cm;
[0029] A為透水瀝青混凝土試件的過水斷面面積，cm2;
[0030]
[0031] 式中：K2。為水溫20°C時的滲透系數，cm ? s S
[0032] n T為水溫為T°C時水的動力粘滯系數，kPa ? s ;
[0033] (7)重復上述操作三次，計算得出的數據取平均值作為最后的結果；
[0034] (8)要探究水力梯度對滲透系數測定結果的影響，則改變水頭差A h，即改變上套 筒溢流口 3閥門的開閉組合，對同一試件重復上述操作。
[0035] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0036] 1、結構合理，操作簡便，投入成本低。
[0037] 2、透水瀝青混凝土車轍板試件四周用環氧樹脂涂料密封，同時與套筒側壁非直接 接觸，良好地解決了側壁滲漏的問題，提高了滲透系數測定的穩定性。
[0038] 3、法蘭中央的正方形開孔尺寸已定，則透水橫截面有效面積是固定值，消除了試 件與套筒間用油泥、砂漿等密封時透水橫截面有效面積的不確定性，提高了測量的精度。
[0039] 4、由于套筒與試件之間是用螺栓連接，所以只要螺栓足夠長，則試件的高度與數 量也可以根據研究的需要而調整。
[0040] 5、上套筒設置了多個溢水口，可實現水力梯度的靈活控制。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發明結構示意圖；
[0042] 圖2為測試裝置結構示意圖；
[0043] 圖3為法蘭結構示意圖；
[0044] 圖4為車轍板試件側表面密封不意圖；
[0045]圖5為該滲透系數測定裝置測得的滲透系數與水力梯度的關系圖。
[0046] 圖中，1上套筒，2上套筒溢流口，3閥門，4螺栓，5電子溫度計，6溢流水槽，7工作 平臺，8橡膠密封墊，9透水瀝青混凝土車轍板試件，10環氧樹脂涂料，11法蘭，12螺母，13 溢流水槽溢流口，14下套筒，15溢流水槽排水口，16大容量量筒，17供水導管，18儲水桶，19 電源開關，20水栗，21凹槽，22螺孔。
【具體實施方式】
[0047] 下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步說明：
[0048] 一種用于透水瀝青混凝土車轍板試件的滲透系數測定裝置，包括測定透水瀝青混 凝土車轍板試件滲透系數的測試裝置和向測試裝置供水的供水裝置。
[0049] 測試裝置包括工作平臺7、溢流水槽6、上套筒1、下套筒14、兩個法蘭11、溢流口、 橡膠密封墊8、電子溫度計5、大容量量筒16。上套筒1的上、下部均開口且外側壁上開有與 其內部相通的上套筒溢流口 2,兩個相同的法蘭11((上部的法蘭稱作第二法蘭，下部的法 蘭稱作第一法蘭，下同））在靠近邊緣處刻有一圈凹槽21與套筒膠結為一個整體。下套筒 14的上、下部均開口且靠近底部的側表面開多個條形孔，與溢流水槽6貫通。溢流水槽6設 置了一個溢流口 13和一個排水口 15。工作平臺7上表面由下至上依次為溢流水槽6、下套 筒14和第一法蘭、橡膠密封墊8、車轍板試件9、橡膠密封墊8、第二法蘭和上套筒1。車轍 板試件9置于第一、二法蘭之間，法蘭與試件上、下表面接觸處各放置一條橡膠密封墊，法 蘭上設有螺孔，通過長螺栓穿過螺孔并用螺母12安裝固定試件。
[0050] 供水裝置由儲水桶18、水栗20、電源開關19等組成，供水裝置通過供水導管17向 所述測試裝置由上至下注水，水流大小可控，流速穩定。
[0051] 試件為采用碾壓法成型的透水瀝青混凝土車轍板試件，尺寸為長300mmX寬 300mmX厚50mm。試件的四個側面以及上、下表面邊緣采用環氧樹脂涂料進行空隙密封。
[0052] 上套筒1為圓柱形，在外側壁上開有5個溢流口，相鄰兩個溢流口之間距離相同， 且布設在同一豎直線上。
[0053] 下套筒14與上套筒1的截面尺寸相同，且都為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA優質有機 玻璃饒筑管，內徑控制在420mm-450mm之間。
[0054] 溢流水槽6是由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有機玻璃澆筑管和聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA有機玻璃圓形底板膠結而成，膠結處不漏水，設有一個溢水口和一個排空閥，溢水口出 水通過導管流入量筒。
[0055] 法蘭11邊緣設有8個螺孔，相鄰兩個螺孔間距離相同，法蘭的外徑大于上、下套筒 的外徑，厚度大于上、下套筒的厚度；法蘭中央設有正方形開孔，開孔外緣有一圈刻槽，所述 刻槽寬度與上、下套筒的厚度相同，套筒壁嵌于刻槽中并膠結，膠結處不漏水。
[0056] 橡膠密封墊8兩只，為條形正方形，內緣正方形與所述法蘭中央正方形開孔尺寸 相同。
[0057] 電子溫度計5底部在溢