(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211139996.5 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 (72)发明人 任东亚　尚静　苏绍南　徐杰　 陈栩　曹超飞　黄明星　李学友　 艾长发　 (74)专利代理 机构 北京云嘉 湃富知识产权代理 有限公司 1 1678 专利代理师 刘士畅 (51)Int.Cl. G01N 3/56(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置 及其使用方法 (57)摘要 本发明公开了一种高频往复变向路面材料 冲刷作用装置及其使用方法， 涉及沥青 路面动力 模拟装置技术领域， 包括压力容器、 往复运动活 塞、 试件、 水体， 所述试件固定且浸没于压力容器 下部的水体中， 且试件与压力容器底之间存在水 体容纳空间； 所述往复运动活塞设置在压力容器 的上部， 且往复运动活塞与压力容器下部的水体 之间存在气体容纳空间。 本发明试验机活塞通过 气动间接作用水体， 通过调节活塞杆运动对被测 试件两个端面的水体施加荷载的方式， 实现对沥 青混合料中水流的压入与吸出作用， 模拟产生0 ‑ 1MPa， 频率为0 ‑20Hz的高频往复动水压力， 既可 以实现高频， 又因为本发明活塞通过推动气压变 化实现， 其往复更容易， 在一定程度上能有效减 少试验机的能耗。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115452639 A 2022.12.09 CN 115452639 A 1.一种高频往复变向路面材料冲刷作用装置， 包括压力容器、 往复运动活塞、 试件、 水 体， 其特征在于， 所述试件固定且浸没于压力容器下部的水体中， 且 试件与压力容器底之间 存在水体容纳空间； 所述往复运动活塞设置在压力容器的上部， 且往复运动活塞与压力容 器下部的水体之间存在气体容纳空间。 2.如权利要求1所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述压力容 器下部的水体中设有控温装置 。 3.如权利要求1所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述试件与 压力容器底之间的水体容纳空间设有用于注水和 放水的阀门和连通压力容器上部的压力 回路系统。 4.如权利要求1所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述压力容 器内设有固定试件的结构。 5.如权利要求4所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述固定试 件的结构包括试件下 方的漏网层以及试件上 方的限位装置 。 6.如权利要求1所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述试件的 上下方均设有用于测量水体压强的压力表。 7.如权利要求1所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述压力容 器的顶端上盖设有气体泄压阀门。 8.如权利要求1所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述往 复运 动活塞的上端贯穿压力容器的顶端上盖， 且往复运动活塞的上端设置连接外接动力源的连 接结构。 9.如权利要求8所述的高频往 复变向路面材料冲刷作用装置， 其特征在于， 所述往 复运 动活塞的下端活塞部 外侧面包裹有由硅胶制成的密封活塞 套。 10.如权利要求1～9任意一项所述的高频往复变向路面材料冲刷作用装置的使用方 法， 其特征在于， 包括如下步骤： (1)实验室预制沥青混合料 试件； (2)将沥青混合料 试件置于压力容器内部， 并用限位装置固定； (3)将往复运动活塞表面抹上润滑油并与U TM材料试验机连接； (4)通过接水管向压力容器内部添加试验用水， 并用控温装置将水加热至试验所需温 度， 加热时泄压气阀打开； (5)加热结束后， 保持温度恒定， 关闭泄压气阀， 根据需要模拟的汽车荷载计算出活塞 需要下压的高度； (6)开启UTM材料试验机， 试验机带动往复运动活塞施加往复荷载， 实现对混合料中水 流的压入与吸出作用； (7)记录试验温度、 冲刷过程中水压表的值， 待冲刷完毕后， 导出UTM材料试验机的应力 应变曲线， 完成试验。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115452639 A 2一种高频往复变向路面材料冲刷作用装 置及其使用方 法 技术领域 [0001]本发明涉及沥青路面动力模拟装置技术领域， 具体涉及 一种高频往复变向路面材 料冲刷作用装置及其使用方法。 背景技术 [0002]近年来， 随着公路桥梁建设速度加快， 水泥混凝土桥面数量日益增多， 现阶段水泥 混凝土桥面铺装常采用密实类沥青混凝土。 由于桥梁作为悬空结构， 其铺装层压实条件比 路基段更困难， 常致使桥面沥青铺 装现场空隙率高、 局部离析等初始 缺陷， 进而导致路表 雨 水易从局部离析或裂缝处进入桥面铺装结构内部， 并在铺装层内部连通空隙内流动， 但由 于受桥面结构边界条件制约， 铺装层内的滞 留水往外渗流或蒸发的速度非常缓慢， 在重车 高速行驶作用下， 车辆轮胎会驱使水对铺装结构不 断施加高频 “挤压”和“泵吸”往复作用， 将加剧桥面沥青铺装结构动态响应， 在正负压力交替作用下， 路面孔隙中的水上下运动产 生高速水流对混合料 空隙壁面产生机械冲刷和磨蚀作用， 加剧铺面结构内部空隙结构的变 化。 而空隙结构的改变， 反过来将进一步影响铺面结构内部渗透性能与空隙水压力的分布。 其结构内部所形成的循环动态孔隙水压力环境会不断侵 蚀沥青混凝土空隙结构， 从而导致 界面粘结 退化， 并造成铺装材 料疲劳累积。 [0003]在日常道 路中车辆的行驶速度很快， 并且有研究表明对于动水压力来说， 正、 负孔 隙水压力的幅值 都会随着车速的变化而显著加快。 动水压力对 车速有着更高的敏感性， “轻 车快速行驶 ”相较于“重车慢速行驶 ”会产生更大的孔隙水压力， 进而对沥青路面结构产生 更大的影响。 所以无论是从模拟真实的道路情况， 还是更好地创造动水冲刷环境评估路面 结构性能， 实现高频次的正、 负动水压力转换十分重要。 [0004]为模拟轮胎作用于表面径流沥青路面上所形成的动态水力冲刷过程， 并进一步研 究由此所导致的沥青混合料水损坏问题。 根据所形成循环动水压力环境的工作原理， 现有 的模拟动水压力环境新试验设备主要包括气压式、 活塞式和其他类型。 现有的模拟动水压 力环境的仪器主要可以分为气压式和活塞式两种。 气压式的问题在于每次都需要经历 “施 加正压‑泄压至常压 ‑施加负压”等过程， 时间长只能到到0.25HZ左右， 与实际沥青路面受到 高频动水压力作用情况存在差异(10～20HZ)； 而活塞式的问题在于单纯靠活塞在 浸水状态 下实现水上下移动产生动水压力， 靠实验机实现高频价格将十分昂贵， 不具备较好的推广 性， 需要在高频加载与高性价比之间平衡， 比如专利公开号为CN102706760A、 CN110108587A 的专利申请文件。 因此很有必要进一步研发能够模拟车轮荷载作用下的路面高频往复变向 路面材料冲刷作用装置 。 发明内容 [0005]针对现有技术中的上述问题， 本发明提供一种高频往复变向路面材料冲刷作用装 置， 研发不同温度下高频动水冲刷模拟装置和试验方法， 更好地测试重复动水冲刷效应对 空隙水压力的影响， 特别是水压力作用方向周期往复对试件孔隙结构扩展、 渗透系数增大、说　明　书 1/5 页 3 CN 115452639 A 3