一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法
阅读说明：本技术 一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法 (Device and method for evaluating pouring uniformity of semi-flexible pavement grouting material ) 是由 刘卫东 李怀玉 李彩晓 张洪刚 易可良 陈杰 禤炜安 韦万峰 张仰鹏 焦晓东 谢 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法。该装置包括圆管、半圆凹槽、底板和侧板,侧板与底板连接形成敞口容器,底板面板上设置2道相互垂直的半圆凹槽,其两端伸出底板外,敞口容器外侧设置有4根竖直的圆管,半圆凹槽伸出容器外的部分与圆管底部连通。所述评价方法利用上述装置,将成型好的基体沥青混合料试件沿着轴向分割成四份等体积的扇形体小试件,放入所述的敞口容器进行灌注试验,通过测试所述四份小试件的灌浆前质量以及灌浆前、后的连通空隙率来计算灌注不均匀度U,U越小,灌浆料的灌注均匀性越佳。本发明可准确、高效、定量地评价灌浆料的灌注均匀性,具有操作方法简单、成本低廉等优点。(The invention relates to a device and a method for evaluating the perfusion uniformity of a grouting material for a semi-flexible pavement. The device includes pipe, semicircular groove, bottom plate and curb plate, and the curb plate is connected with the bottom plate and is formed uncovered container, sets up 2 mutually perpendicular's semicircular groove on the bottom plate panel, and outside its both ends stretched out the bottom plate, the uncovered container outside was provided with 4 vertical pipes, and semicircular groove stretches out the outer part of container and pipe bottom intercommunication. The evaluation method comprises the steps of utilizing the device to axially divide a molded matrix asphalt mixture test piece into four small fan-shaped test pieces with equal volumes, putting the small fan-shaped test pieces into the open container for a perfusion test, and calculating perfusion unevenness U by testing the quality of the four small test pieces before grouting and the communication porosity of the four small test pieces before and after grouting, wherein the smaller the U is, the better the perfusion uniformity of the grouting material is. The method can accurately, efficiently and quantitatively evaluate the pouring uniformity of the grouting material, and has the advantages of simple operation method, low cost and the like.)
技术领域
本发明属于道路工程材料工作性能测试技术领域，尤其涉及一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法。
背景技术
半柔性路面是一种新型的组合式路面，主要是指在大孔隙基体沥青混合料中灌入高流动、微膨胀、早强的水泥基材料。半柔性路面兼具水泥混凝土路面和沥青路面各自的优点，形成了一种独特的刚柔并济的新型路面材料。国内外道路研究人员认为，灌浆料的灌注均匀性是半柔性路面成败的关键性能之一。灌浆料的灌注均匀性与基体沥青混合料均匀性、灌浆料的流动性技术指标以及施工机具等因素有关，相对而言，施工机具的影响因素较好控制，为此，控制基体沥青混合料均匀性和灌浆料流动性两个重要因素是保证半柔性路面路用性能的关键。
现有规范和试验方法中，通过借鉴、创新不断丰富和发展了道路工程领域半柔性路面的灌浆料性质，如灌浆料的流动性试验方法、强度试验方法、干缩性能试验方法(申请号：201920442416.7)以及灌注率等，这对推广应用半柔性路面具有重要作用。然而，基于流锥流动度法的灌浆料流动性试验来源于《GB/T 25182预应力孔道灌浆剂》、《JT/T 946公路工程预应力孔道灌浆料(剂)》，这与半柔性路面基体沥青混合料内部孔隙的工况差异较大，同时，灌注率试验评价指标未能考虑灌注均匀性的问题。
因此，本发明提供一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法，本发明综合考虑基体沥青混合料内部孔隙的变异性对灌浆料灌注的影响，以及灌注率的变异性，可准确、高效、定量地评价灌浆料的灌注均匀性，具有操作方法简单、成本低廉等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法，本发明能有效解决基体沥青混合料内部孔隙的变异性对灌浆料灌注的影响，以及灌注率的变异性等问题，实现准确、高效、定量地评价灌浆料的灌注均匀性，具有操作方法简单、成本低廉等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置，该装置包括圆管、半圆凹槽、侧板、底板，所述圆管的材质为透明材料；
所述侧板的下边缘沿着底板的边缘与底板垂直连接，形成敞口容器；所述底板面板上设置2道相互垂直的半圆凹槽，所述半圆凹槽为下凹型，两道半圆凹槽的交点为底板的中心，其两端伸出底板外；所述敞口容器外侧设置有4根竖直的圆管，所述圆管上端开口，底部与半圆凹槽末端连接在容器外，所述半圆凹槽伸出容器外的部分与圆管底部连通。
优选地，所述圆管的直径与半圆凹槽的直径相等，直径范围为5～10mm。
优选地，所述圆管上设置有刻度，最小刻度值为1mL。
优选地，所述圆管高度与侧板高度一致。
优选地，所述侧板的材质为具有弹性的软质材料。
优选地，所述底板的材质为硬质材料。
优选地，所述底板为圆形或方形。
一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置的评价方法，包括以下步骤：
步骤1：先称取成型好的干燥基体沥青混合料试件的质量M，再将所述基体沥青混合料试件在沿着轴向分割成四份等体积扇形体小试件，先后依次测试每份干燥小试件的质量m1、m2、m3和m4和连通空隙率A1、A2、A3和A4；
步骤2：在所述的敞口容器的侧板和底板内侧上刷隔离剂，然后，将所述四份小试件放置于所述的敞口容器中，并确保所述四份小试件按照切割前的位置紧密拼接；
步骤3：将制备好的灌浆料倒入所述的敞口容器，所述圆管液面上升至所述小试件的高度且液面稳定后，停止灌浆，刮除所述四份小试件顶面多余的灌浆料，在标准条件下(温度20±2℃，相对湿度>95％)养护至规定的时间；
步骤4：将已养护好的所述四份小试件从所述敞口容器中取出，测试所述四份小试件的连通空隙率分别为a1、a2、a3和a4，通过基体沥青混合料试件灌浆前的质量及灌浆前、后的连通空隙率计算灌注不均匀度U，U越小，灌浆料的灌注均匀性越佳。
优选地，所述步骤4中灌注不均匀度U按照如下公式计算：
U＝U1+U2+U3+U4 (9-4)。
式(9-1)中，M为干燥基体沥青混合料试件的质量，mi(i＝1，2，3，4)为每份小试件干燥条件下的质量，Ai(i＝1，2，3，4)为每份小试件干燥条件下的连通空隙率，ai(i＝1，2，3，4)为每份小试件灌注后的连通空隙率，Si(i＝1，2，3，4)为每份小试件的灌注空隙率，通过灌注前每份小试件质量以及灌注前、后每份小试件的连通空隙率计算每份小试件的灌注空隙率Si；
式(9-2)中，为四份小试件的平均灌注空隙率，即基体沥青混合料试件(5)的平均灌注空隙率；
式(9-3)中，Ui(i＝1，2，3，4)为每份小试件的灌注不均匀度，通过计算每份小试件的灌注空隙率的标准差及变异系数，表征灌注率的变异性；
式(9-4)中，U为四份小试件的灌注不均匀度的总和，即基体沥青混合料试件的灌注不均匀度，灌注不均匀度U可以表征基体沥青混合料试件的均匀性、灌浆料流动性及灌注率均匀性于一体，从而实现评价灌浆料的均匀性，灌注不均匀度U越小，灌浆料的灌注均匀性越佳。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)本发明所述的一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置，所述的敞口容器的侧板的材质为具有弹性的软质材料，当试件置于敞口容器中，试件侧面与侧板可紧密接触，间隙小，灌注时无灌浆料溢出，确保灌浆料从基体沥青混合料表面和四周渗流；同时，底板有半圆凹槽，且与开口圆管相通，避免灌浆过程遇空气阻力，使得浆体顺利从试件底部流入圆管；圆管的材质为透明材料，圆管上设置有刻度，最小刻度为lmL，利用连通器原理，灌注时可以观测到灌浆料对试件的灌注情况和流动情况；通过调整底板、侧板的形状和尺寸，可满足圆柱体和长方体试件的试验要求，该装置具有良好的适应性，总之，该装置较为真实地模拟施工现场灌浆料流入基体沥青混合料的方式。
(2)半柔性路面是基体沥青混合料和灌浆料的复合体，本发明所述的一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法，通过把基体沥青混合料试件沿着轴向分割成四份等体积扇形体的小试件，将制备好的灌浆料灌入基体沥青混合料中，测试四份小试件灌注前的质量以及灌注前、后的连通空隙率，计算灌注不均匀度U，可以获得基体沥青混合料沿着轴向的四个方向上的灌注均匀性情况，从而实现评价灌浆料的均匀性，灌注不均匀度U越小，灌浆料的灌注均匀性越佳，采用的灌注均匀度指标兼顾了基体沥青混合料的变异性和灌浆料的流动性及灌注率的变异性，提高了试验测试效率，保证了试验结果的科学性和可靠性，依据试验结果来选择灌注均匀性好的灌浆料灌注基体沥青混合料，有利于延长半柔性路面的服役寿命，改善行车舒适性和安全性，此装置及评价方法操作简单、试验耗时少、效率高、成本低廉、测试结果可靠。
附图说明
图1是本发明装置的底板为圆形时的结构示意图；
图2是本发明装置的底板为圆形时的结构俯视图；
附图中，1-圆管，2-半圆凹槽，3-侧板，4-底板，5-基体沥青混合料试件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置，该装置包括圆管1、半圆凹槽2、侧板3、底板4，所述圆管1的材质为透明材料；
所述侧板3的下边缘沿着底板4的边缘与底板4垂直连接，形成敞口容器；所述底板4面板上设置2道相互垂直的半圆凹槽2，所述半圆凹槽2为下凹型，两道半圆凹槽2的交点为底板4的中心，其两端伸出底板4外，所述敞口容器外侧设置有4根竖直的圆管1，所述圆管1上端开口，底部与半圆凹槽2末端连接在容器外，所述半圆凹槽2伸出容器外的部分与圆管1底部连通，避免灌浆过程遇空气阻力，使得浆体顺利从试件底部流入圆管1；
所述圆管1直径与半圆凹槽2的直径相等，直径范围为5～10mm，圆管1上设置有刻度，最小刻度值为1mL，圆管1的高度与侧板3高度一致，利用连通器原理，灌注时可以观测到灌浆料对基体沥青混合料试件5的灌注情况和流动情况；
所述侧板3的材质为具有弹性的软质材料，当试件置于敞口容器中，试件侧面与侧板可紧密接触，灌注时无灌浆料溢出，确保灌浆料从基体沥青混合料试件5表面和四周渗流；
所述底板4为圆形结构，材质为硬质材料，侧板3与底板4形成一个圆柱体敞口容器；底板4除了可以是圆形外，还可以是方形，通过调整底板4、侧板3的形状和尺寸，可满足圆柱体试件和长方体试件的试验要求。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1的装置评价半柔性路面灌浆料的灌注均匀性的方法，包括以下步骤：
步骤1：先称取成型好的干燥基体沥青混合料试件5的质量M，再将所述基体沥青混合料试件5沿着轴向分割成四份等体积扇形体小试件，依次测试每份干燥的小试件的质量m1、m2、m3和m4和其连通空隙率A1、A2、A3和A4；
步骤2：在所述的敞口容器的侧板3内侧和底板4内侧上刷隔离剂，然后将所述四份小试件放置于所述的敞口容器中，并确保所述四份小试件按照切割前的位置紧密拼接；
步骤3：将制备好的灌浆料从所述的敞口容器正上方倒入，所述4个圆管1液面上升至所述小试件的高度且液面稳定后，停止灌浆，刮除所述四份小试件顶面多余的灌浆料，在标准条件下(温度20±2℃，相对湿度>95％)养护至规定的时间；
步骤4：将已养护好的所述四份小试件从所述敞口容器中取出，测试所述四份小试件的连通空隙率分别为a1、a2、a3和a4，通过基体沥青混合料试件5灌浆前质量及灌浆前、后的连通空隙率计算灌注不均匀度U，U越小，灌浆料的灌注均匀性越佳。
所述步骤4中灌注不均匀度U按照如下公式计算：
U＝U1+U2+U3+U4 (9-4)。
式(9-1)中：M为干燥基体沥青混合料试件5的质量，mi(i＝1，2，3，4)为每份小试件干燥条件下的质量，Ai(i＝1，2，3，4)为每份小试件干燥条件下的连通空隙率，ai(i＝1，2，3，4)为每份小试件灌注后的连通空隙率，Si(i＝1，2，3，4)为每份小试件的灌注空隙率，通过灌注前每份小试件质量以及灌注前、后每份小试件的连通空隙率计算每份小试件的灌注空隙率Si；
式(9-2)中，为四份小试件的平均灌注空隙率，即基体沥青混合料试件5的平均灌注空隙率；
式(9-3)中，Ui(i＝1，2，3，4)为每份小试件的灌注不均匀度，通过计算每份小试件的灌注空隙率的标准差及变异系数，表征灌注率的变异性；
式(9-4)中，U为四份小试件的灌注不均匀度的总和，即基体沥青混合料试件的灌注不均匀度，灌注不均匀度U可以表征基体沥青混合料试件5的均匀性、灌浆料流动性及灌注率均匀性于一体，从而实现评价灌浆料的均匀性，灌注不均匀度U越小，灌浆料的灌注均匀性越佳。
实施例3
本实施例按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20-2011)T0702-2011成型Φ101.6mm×63.5mm圆柱体试件，制备基体沥青混合料试件5，该基体沥青混合料试件5的SFAC-13级配如表1所示，油石比3.5％，目标孔隙率28％。
表1 SFAC-13级配
利用上述实施例1和实施例2的半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法步骤实施：
步骤1中，测得成型好的干燥基体沥青混合料5的质量M＝1051.3g，再将所述基体沥青混合料试件5沿着轴向分割成等体积扇形体的四份小试件，测试得到每份干燥小试件的质量m1＝269.7g、m2＝255.6g、m3＝255.9g和m4＝270.1g，及按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20-2011)的压实沥青混合料密度试验测得的连通空隙率A1＝22.4％、A2＝20.7％、A3＝21.5％和A4＝22.1％；
经过步骤2和步骤3的灌浆、养护后，步骤4中测得四份小试件的连通空隙率分别为a1＝1.4％、a2＝1.7％、a3＝1.6％和a4＝1.5％。根据上述测试数据代入式(9-1)、式(9-2)、式(9-3)、式(9-4)，计算出灌注不均匀度U＝1.2。
实施例4
本实施例采用与实施例3相同的半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置和评价方法，制备基体沥青混合料试件5的SFAC-13级配如表2所示，油石比3.8％，目标孔隙率24％。
表2 SFAC-13级配
利用上述半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价装置及评价方法步骤实施：
步骤1中，测得干燥基体沥青混合料5的质量M＝1087.3g，再将所述基体沥青混合料试件(5)沿着轴向分割成等体积扇形体的四份小试件，测试得到每份干燥小试件的质量m1＝262.2g、m2＝276.4g、m3＝282.6g和m4＝266.1g，及按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20-2011)的压实沥青混合料密度试验测得的连通空隙率A1＝16.5％、A2＝18.4％、A3＝18.1％和A4＝16.5％；
经过步骤2和步骤3的灌浆、养护后，步骤4中测得四份小试件的连通空隙率分别为a1＝3.4％、a2＝3.3％、a3＝3.1％和a4＝3.3％。根据上述测试数据代入式(9-1)、式(9-2)、式(9-3)、式(9-4)，计算出灌注不均匀度U＝2.1。
通过实施例3和实施例4的灌注不均匀度U的计算数值，评价结果显示实施例3的灌浆料的灌注均匀度优于实施例4。
本发明提出的一种半柔性路面灌浆料的灌注均匀性评价方法是应用所设计的装置，基于实际半柔性路面材料的试验数据得来，具有可靠性，综上，本发明的装置及评价方法设计思路科学合理，简单易行，试验结果真实可靠。
本发明所有实施例未详尽描述之处均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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