一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置及方法，属于道路工程足尺加速加载测试技术领域。该试验装置包括足尺加速加载装置、足尺道路结构和地下环境控制系统，足尺加速加载装置由环链连接的2

【技术实现步骤摘要】
一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及道路工程足尺加速加载测试
，尤其涉及一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置及方法。

技术介绍

[0002]沥青路面的水损害不仅会在我国南方高温多雨地区频繁出现，在西北干旱少雨地区也会时常显露，例如甘肃省连霍高速天水至定西部分路段的沥青路面会呈现明显松散问题。沥青路面结构的下部路基与上部空气中所存在的温度和相对湿度梯度，会驱使水气在其内部向上或向下持续进行着扩散运动，使得沥青路面结构处于不断“吸入”和“呼出”水气的动态“呼吸”状态。探索由外界温湿度环境所驱动的足尺沥青路面内部水气运动的规律，并在此基础上加以精确控制，可实现对指定水气运动状态和车辆荷载共同作用下足尺沥青路面服役表现的深入研究，这对处于干旱少雨但仍然水损害严重区域的沥青路面服役安全和设计优化具有重要意义。
[0003]为研究水气运动对沥青路面水损害的影响，现有相关研究从沥青混合料等材料试件的角度开展了丰富的室内试验探索，这为高抗水损害性能的材料设计优化奠定了坚实的研究基础。针对这些已有相关基于室内材料试件尺度所建立的水气运动规律及模型，有必要进一步将其落地，从现场沥青路面结构的足尺尺度进行有效性验证、适用性修正及应用拓展完善，以实现从材料至结构的完整角度来共同解答水气运动所致沥青路面水损害的关键科学问题。进一步地，现有相关足尺加速加载试验技术通常具备一定程度的环境控制能力，例如MLS等，但现有技术通常集中于对沥青路面上方空间环境参数的控制，无法实现对沥青路面结构下方路基部分的温湿度等环境参数进行有效调控，致使无法实现对足尺沥青路面内部水气运动的精确驱动控制。现阶段缺少从足尺沥青路面结构角度的试验方法来有效研究水气运动规律的重要科学问题。
[0004]因此，为从足尺沥青路面结构角度研究水气运动所造成的水损害问题，有必要开发一种基于沥青路面上、下方温湿度环境参数精确控制的驱动水气运动试验方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置及方法，实现从足尺结构角度研究水气运动所致水损害问题。
[0006]为解决上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置，包括足尺加速加载装置、足尺道路结构和地下环境控制系统，
[0008]所述足尺加速加载装置包括加载车辆组和上部环境控制系统，
[0009]所述足尺道路结构包括沥青路面结构层和土基结构层，
[0010]所述地下环境控制系统包括控温循环管和渗水管，
[0011]所述上部环境控制系统坐落在沥青路面结构层表面，形成封闭环境控制空间，加
载车辆组置于封闭环境控制空间内，沥青路面结构层下部为土基结构层，土基结构层底部安装控温循环管和渗水管。
[0012]所述加载车辆组由2
‑
6台加载车辆通过环链连接，通过环链的旋转来驱使加载车辆在竖直方向转动，车辆与路面接触时，在沥青路面结构层实现加载。
[0013]所述上部环境控制系统包括进风口、出风口、淋水喷头和红外加热管，进风口和出风口分别设置在上部环境控制系统相对的两侧壁上，上部环境控制系统内顶部安装红外线加热管和淋水喷头。
[0014]所述足尺道路结构内沿深度方向均匀布设温度传感器和湿度传感器，同时，在足尺道路结构内埋设应力应变传感器。
[0015]应用该试验装置的方法，包括步骤如下：
[0016]S1、根据试验要求，修建一段足尺道路结构，足尺道路结构经过晾晒后，沥青路面结构层和土基结构层整体处于干燥状态，将足尺加速加载装置整体移动并坐落至待测试验路位置，在沥青路面结构层上方形成封闭环境控制空间；
[0017]S2、打开淋水喷头模拟少量降雨工况，增大封闭环境控制空间的相对湿度，同时打开红外线加热管，使沥青路面结构层的上、下方形成相对湿度和温度的梯度差，驱使水气由上至下运动；
[0018]S3、关闭淋水喷头，继续打开红外线加热管，同时打开进风口和出风口，通过热风的循环流动带走集聚的水气，减小封闭环境控制空间中的相对湿度，使下方土基结构层中的水气自发地向上方沥青路面结构层进行扩散运动；(土基结构层中本身存在水气，由于上方空气和下方土壤的温湿度差异，会造成水气自上而下或自下而上运动)
[0019]S4、通过土基结构层中的控温循环管进行升温操作，同时设置渗水管向土基结构层底部进行渗水，增大沥青路面结构层下方的相对湿度，使得沥青路面结构层的上、下方形成相对湿度和温度的梯度差，驱使水气由下至上运动；
[0020]S5、通过湿度传感器和温度传感器对土基结构层和沥青路面结构层中的温湿度进行实时监控，调控沥青路面结构层上方和下方的环境参数以呈现指定水气运动状态，运行加载车辆，配合应力应变传感器，实现对沥青路面结构层的瞬时加载动态响应特征和持续加载疲劳服役表现的研究。
[0021]所述步骤S2中打开淋水喷头和红外线加热管，使空气温度为
‑
40～60℃，降雨强度不超过25mm/h。
[0022]所述步骤S3中打开进风口和出风口，使风速为0～10m/h。
[0023]所述步骤S4中控温循环管中采用热水和制冷剂溶液实现高温、低温的控制，使土基结构层温度为
‑
5～30℃；通过渗水管使地下水位为0～
‑
2m。
[0024]所述湿度传感器量程为0～100％RH，温度传感器量程为
‑
50～100℃。
[0025]所述加载车辆运行速度为0～30km/h。
[0026]上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0027]上述方案，基于足尺加速加载装置环境模块的精密操作，可实现对沥青路面结构层上、下方温度场和湿度场的准确调控，能够有效模拟不同工况下足尺沥青路面结构层内部的水气运动，从而实现将前期基于室内试验所建立的沥青混合料水气运动相关模型在足尺路面中进行有效性验证、适用性修正及应用拓展完善，以实现从材料至结构的完整角度
来共同解答水气运动所致沥青路面水损害的关键科学问题。
[0028]在调控足尺沥青路面结构层内部处于指定水气运动状态时，通过足尺加速加载装置对试验路进行加载，配合应力应变传感器的监测，可实现对足尺沥青路面结构层的瞬时加载动态响应特征和持续加载疲劳服役表现的有效探索。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置结构示意图。
[0031]其中附图标记说明如下：
[0032]1‑
足尺加速加载装置；2
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置，其特征在于，包括足尺加速加载装置、足尺道路结构和地下环境控制系统，所述足尺加速加载装置包括加载车辆组和上部环境控制系统，所述足尺道路结构包括沥青路面结构层和土基结构层，所述地下环境控制系统包括控温循环管和渗水管，所述上部环境控制系统坐落在沥青路面结构层表面，形成封闭环境控制空间，加载车辆组置于封闭环境控制空间内，沥青路面结构层下部为土基结构层，土基结构层底部安装控温循环管和渗水管。2.根据权利要求1所述的控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置，其特征在于，所述加载车辆组由2
‑
6台加载车辆通过环链连接，通过环链的旋转驱使加载车辆在竖直方向转动，车辆与路面接触时，在沥青路面结构层实现加载。3.根据权利要求1所述的控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置，其特征在于，所述上部环境控制系统包括进风口、出风口、淋水喷头和红外加热管，进风口和出风口分别设置在上部环境控制系统相对的两侧壁上，上部环境控制系统内顶部安装红外线加热管和淋水喷头。4.根据权利要求1所述的控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置，其特征在于，所述足尺道路结构内沿深度方向均匀布设温度传感器和湿度传感器，同时，在足尺道路结构内埋设应力应变传感器。5.应用权利要求1所述的控制足尺沥青路面内部水气运动的试验装置的方法，其特征在于，包括步骤如下：S1、根据试验要求，修建一段足尺道路结构，足尺道路结构经过晾晒后，沥青路面结构层和土基结构层整体处于干燥状态，将足尺加速加载装置整体移动并坐落至待测试验路位置，在沥青路面结构层上方形成封闭环境控制空间；S2、打开淋水喷头模拟少量降雨工况，增大封闭环境控制空间的相对湿度，同时打开红外线加热管，使沥青路面结构层的上、下方形成相对湿度和温度的梯度差，驱使水气由上至下运动；S3、关闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文涛，张卫冬，汪林兵，孙凤艳，荣华，苗英豪，杨海露，叶周景，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：