瀝青路面孔隙水壓力模擬測試裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及瀝青路面動水壓力分析，具體涉及一種瀝青路面孔隙水壓力模擬測試 裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 瀝青路面動水壓力對路面具有較大的破壞作用，然而對不同車輪荷載組合作用 下、不同路面孔隙類型、路面不同深度處孔隙水壓在車輪荷載作用過程不同時刻的實際變 化規律的研究較少，即未充分考慮引起動水壓力的實際條件，導致研究結論不能相互驗證。 不含氣的水具有不可壓縮的特性，其彈性模量非常大，卸載后水中應力應瞬間消散;而已有 的理論研究將瀝青路面孔隙視為水飽和狀態卻得出卸載后孔隙水壓力仍未消散的結論，其 所建立的外部水壓力與孔隙水壓力之間關系的合理性尚未得到試驗檢測結果的支持。無論 是路面現場或室內試驗的瀝青混凝土試件，其孔隙都是水不飽和的，即含氣的。以不飽和的 孔隙水為對象，開展瀝青路面動水壓力的室內模擬與測試，需解決存在的三個主要問題： 其一，瀝青路面孔隙水流模擬試驗方法設計不當，可能導致模擬試驗中孔隙水壓力響 應與路面實際情況嚴重不符。路表水在行車荷載作用下被擠入或擠出路面孔隙，當瀝青混 凝土中礦粉等脫落時被孔隙水流帶出即形成唧漿，顯然孔隙水流是由孔隙內、外部壓力差 驅動的。瀝青路面的水損壞一般呈散點狀，這是由于路面上散布著多孔隙的區域，這些區域 內有連通路面面層各層的孔隙，易受孔隙水壓的影響。對瀝青路面上平面面積小于輪胎接 地面積的點狀多孔隙區域的孔隙水壓力模擬試驗，試件的側壁可能存在連通孔隙。專利 US6799471B1利用氣壓控制水在兩容器間來回流動，兩容器中驅動水的外部壓力均是人為 設置的，這種方式所引起的試件孔隙水流將是與路面孔隙水流截然不同的；且未采取有效 措施使得水穿過瀝青混凝土試件來回流動，專利CN 102253187 B同樣存在此問題。
[0003] 其二，模擬試驗的加載方式與車輪下路表水壓相差甚遠，可能導致模擬試驗中孔 隙水壓力響應與路面實際情況嚴重不符。非飽和狀態水中氣體的壓縮將延緩水的流速，延 緩水壓傳導，施加動態荷載與靜態荷載將引起不同的孔隙水壓力響應，為此在模擬試驗中 應施加符合路面實際情況的瞬間動態外部壓力，專利CN101216401B由于排氣卸載時水霧噴 出導致壓力容器內水面降低，影響了加載速度;考慮到汽車的軸型、軸載對孔隙水壓力的影 響，例如后軸數、聯軸數對孔隙水流的影響不同，應施加不同荷載峰值、不同荷載間歇時間、 不同荷載重復次數的復雜荷載，而非僅施加單次或重復作用的半正弦荷載。
[0004]其三，測試孔隙水壓力的方式不當，可能導致測得值與真實值偏差較大。要建立外 部水壓力與孔隙水壓力之間的關系，關鍵在于孔隙水壓力的測試。由于瀝青混凝土內部孔 隙結構的復雜性、隱蔽性，為安裝傳感器在試件內鉆孔時既難以確保鉆至連通孔隙，又難以 確保不改變孔隙水流。既要在瀝青混凝土試件內鉆孔安裝傳感器并確保所鉆孔與連通孔隙 相通，又要安裝穩固傳感器，還要將傳感器數據線穿過壓力容器引出到數據采集儀，這在實 際操作上是非常困難的。另一方面，由于行駛的汽車速度快，通過路面的時間很短，路面孔 隙水壓波動歷時非常短暫，如果不采用高頻率的壓力監測采集系統，則很難準確捕捉到該 波動信息，在室內模試驗中施加作用時間很短暫的荷載時同樣需要采用高頻率的壓力采集 系統。
【發明內容】
[0005] 本發明的所要解決的技術問題是針對現有技術對瀝青路面點狀孔隙上高速移動 荷載作用模擬方法的不足，提供一種能實現孔隙水定向流動、測試動態變化的外部水壓力 作用下瀝青混凝土孔隙水壓力的響應規律的瀝青路面孔隙水壓力模擬測試裝置，并提供上 述裝置的測試方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案： 一種瀝青路面孔隙水壓力模擬測試裝置，包括瀝青混凝土試件、開口容器和壓力容器， 所述瀝青混凝土試件和所述開口容器位于壓力容器內，所述瀝青混凝土試件的底部與開口 容器的開口環形部位之間填充有粘結劑，所述瀝青混凝土試件的側壁涂覆有粘結劑，所述 開口容器的側壁設有用于測量瀝青混凝土試件外部水壓力的第一壓力傳感器和設有用于 測量瀝青混凝土試件底部水壓力的第二壓力傳感器。
[0007] 作為對上述裝置的進一步改進： 所述粘結劑為環氧樹脂或酚醛樹脂，所述第二壓力傳感器的探頭位于中空并設有外螺 紋的傳感器載體桿件內，所述開口容器通過傳感器載體桿件與壓力容器鎖緊連接。
[0008] 瀝青路面孔隙水壓力模擬測試裝置還包括第一連接管道，所述第一連接管道位于 壓力容器側壁的頂部，壓力容器的頂蓋呈凸臺狀嵌入壓力容器內，壓力容器的側壁和頂蓋 之間設有間隙。
[0009] 所述壓力容器的頂蓋與瀝青混凝土試件之間還設有活塞，活塞上設有連通活塞 上、下表面的排氣孔。
[0010]瀝青路面孔隙水壓力模擬測試裝置還包括排氣用控制閥和第二連接管道，所述第 二連接管道與第一連接管道對稱設置于壓力容器側壁，所述排氣用控制閥通過第二連接管 道與壓力容器連接。
[0011]所述壓力容器通過第一連接管道與空壓機連接，第一連接管道在沿壓力容器至空 壓機的方向上依次順序設有第二進氣用控制閥、第一進氣用控制閥和減壓閥，所述壓力容 器的頂蓋設有用于排氣的手動閥。
[0012] 所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器為工作頻率50kHz以上的動壓傳感器，所 述第一壓力傳感器的量程范圍為OMPa~l.OMPa，第二壓力傳感器量程范圍為-O.IMPa~ 1.OMPa 〇
[0013] 作為一個總的發明構思，本發明還提供上述的瀝青路面孔隙水壓力模擬測試裝置 的測試方法，包括以下步驟： 51、 將準備好的直徑不小于100mm、不超過150mm的瀝青混凝土試件置于預先填滿碎石 再灌滿水的開口容器上； 52、 將瀝青混凝土試件的底部和開口容器的開口環形部位之間填充粘結劑粘結，將瀝 青混凝土試件的側壁涂覆粘結劑，待粘結劑充分干燥、固化后，將與開口容器粘結的瀝青混 凝土試件置于壓力容器中，連接并鎖緊開口容器與壓力容器； 53、 安裝第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，向壓力容器中充滿水至設定水位，安裝活 塞，密閉壓力容器，為可編程控制器、空壓機、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器連通電源， 開啟空壓機； 54、 設定數據采集儀需采集的次數為tO; 55、 選擇控制流程開始測試，通過數據采集儀采集第一壓力傳感器和第二壓力傳感器 的數據，更新數據采集儀當前采集的次數tl; 56、 當tl<tO時，循環步驟S5,當tl=tO時，終止。
[0014] 作為對上述測試方法的進一步改進： 所述步驟S5中控制流程具體如下： S5-1、通過可編程控制器控制第一進氣用控制閥、第二進氣用控制閥的交叉開啟和關 閉，向壓力容器中充入壓縮空氣，對水和瀝青混凝土試件施加正壓力，直至壓力容器內的壓 力達到設定的目標壓力值； S5-2、通過可編程控制器控制排氣用控制閥開啟和關閉，對壓力容器泄壓至大氣壓。
[0015] 所述步驟S4中to的取值范圍為1~5，步驟S6中循環間歇時間為0~1S，所述步驟S5的 交叉開啟和關閉的順序依次為:開啟第一進氣用控制閥，開啟第二進氣用控制閥，關閉第一 進氣用控制閥同時開啟排氣用控制閥，關閉第二進氣用控制閥，關閉排氣用控制閥。
[0016] 本發明的工作原理是：將瀝青混凝土試件浸沒在水中，通過向壓力容器內充入壓 縮空氣施加正壓力時，通過水等值地向瀝青混凝土試件傳遞壓力，瀝青混凝土試件孔隙中 殘留的空氣被壓縮，外部水流入空隙。當壓力容器泄壓時，瀝青混凝土試件孔隙中被壓縮的 空氣膨脹，水從孔隙中流出。水在瀝青混凝土試件空隙中的這種流動模擬了瀝青路面空隙 中的實際情況。當施加瞬間作用的外部水壓時，由于孔隙水非飽和，