专利摘要

本发明公开了一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试装置及方法，测试装置包括有机玻璃制成的圆筒容器、雾化器、温湿度控制器、应变测试仪和CT扫描仪。首先采用CT扫描仪扫描多孔沥青混合料马歇尔试件，重构获得试件三维模型，然后在试件侧面沿周向粘贴多张电阻应变片，将试件放入圆筒容器中并将圆筒容器放入冰箱中，然后将雾化器雾化的水气导入圆筒容器内，利用温湿度控制器使圆筒容器内湿度稳定在96%~98%之间，利用应变测试仪采集电阻应变片读数，计算不均匀系数评价多孔沥青混合料变形不均匀性，最后再次扫描试件并重构模型，利用布尔运算测得凝霜深度。本发明能够定量评价多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性。

权利要求

1.一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

成型多孔沥青混合料马歇尔试件，并采用CT扫描仪扫描，重构获得试件三维模型；

在试件侧面由上到下沿周向等间距粘贴多个电阻应变片；

将粘贴电阻应变片的试件置于冷冻条件下，先静置第一时间，然后从试件表面上方导入水气同时保证水气不从试件侧面和底面导入，并将试件表面上方的湿度保持在96％～98％之间、温度保持在凝霜温度第二时间；

利用应变测试仪检测多个电阻应变片的应变，记录各电阻应变片的读数，由所述读数计算算术平均值和标准差σ，然后按照公式计算出不均匀系数k，用以评价试件凝霜变形的不均匀性；

重新扫描凝霜后的试件，重构凝霜后试件三维模型，采用布尔运算，得到试件孔隙内凝霜三维结构及其深度。

2.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，利用雾化器将水气从试件表面上方导入。

3.根据权利要求2所述的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，利用温湿度控制器控制雾化器将试件表面上方的湿度稳定保持在96％～98％之间。

4.根据权利要求3所述的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，所述温湿度控制器监测试件表面上方的湿度，当湿度低于96％时开启雾化器，当湿度高于98％时关闭雾化器。

5.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，所述凝霜温度为-5℃，所述第一时间为0.5h，第二时间为4h。

6.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，多个电阻应变片采用防水橡胶胶水粘贴在试件侧面上。

7.根据权利要求1所述的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，其特征在于，所述电阻应变片的尺寸为栅长10mm×栅宽3mm。

说明书

技术领域

本发明属于多孔沥青路面抗冻性能评价领域，具体涉及一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性的测试装置及方法。

背景技术

随着多孔沥青路面的推广应用，在实现排水、降噪、抗滑、防眩光和除污等功能的同时，也出现了许多问题，除了常见的孔隙堵塞、松散等损坏之外，夜晚气温降低，空气容纳饱和水气量下降，多余水气附着在多孔路面的表面凝结成霜，由于路面多孔隙，路表温度较低，凝霜量往往很大，在低温高湿地区甚至会出现路表“黑冰”，严重降低路表抗滑性能，极易诱发交通事故，造成严重生命财产损失。可见，凝霜和冰冻是低温高湿地区多孔沥青混合料应用的重要障碍。

围绕多孔沥青混合料冰冻损伤的问题，近年来道路工作者在混合料早期冻胀应力测试、冻融循环过程的室内模拟方法、冻融后混合料性能衰减规律等方面开展了一系列研究，取得了一些成果，目前普遍认为：混合料内部孔隙水凝冰时体积膨胀，孔隙壁受到冰的冻胀压应力，若混合料受到约束，这种压应力得不到有效释放和消散，则在整个混合料结构内部产生冻胀应力，引起冻胀损伤，导致多孔混合料冻融耐久性不足。

与混合料内部冰冻不同的是：霜冻引起的冻胀损伤主要在混合料表面及上部孔隙出现，混合料下部则受冻收缩，上下变形不均匀。而目前尚未开展多孔沥青混合料表面凝霜的研究，对于霜在多孔混合料孔隙内凝结的深度、表面凝霜引起的变形/应力均匀性等尚不明确。因此，设计一种简单、快捷的方法进行多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性的测试，对于深入理解和准确把握多孔沥青混合料霜冻损伤本质特征，提高多孔沥青混合料在高湿地区的推广应用具有重要价值。

发明内容

针对现有技术缺少对多孔沥青混合料表面凝霜研究的不足，本发明提供一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性的测试装置及方法，以定量评价混合料霜冻损伤程度。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

根据本发明的一方面，一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试装置，包括带有顶盖的圆筒容器、雾化器、温湿度控制器、应变测试仪和CT扫描仪。

圆筒容器用于盛放待测多孔沥青混合料马歇尔试件，圆筒容器筒壁底部、中部及上部分别设置有第一圆孔、第二圆孔和第三圆孔，圆筒容器顶盖中心处留有第四圆孔，其中第二圆孔的位置高于试件上表面；所述试件由上到下沿其周向等间距粘贴有多个电阻应变片并且其顶部套设有橡胶密封圈，所述橡胶密封圈使得试件与圆筒容器筒壁之间的空隙形成密封，所述多个电阻应变片通过导线与应变测试仪电连接，所述导线从第一圆孔引出；所述第二圆孔和第三圆孔分别插设有温湿度控制器的温湿度一体探头，温湿度控制器与雾化器电连接，雾化器与第四圆孔连通；

CT扫描仪用于扫描所述马歇尔试件。

根据本发明的另一方面，一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法，包括以下步骤：

成型多孔沥青混合料马歇尔试件，并采用CT扫描仪扫描，重构获得试件三维模型；

在试件侧面由上到下沿周向等间距粘贴多个电阻应变片；

将粘贴电阻应变片的试件置于冷冻条件下，先静置第一时间，然后从试件表面上方导入水气同时保证水气不从试件侧面和底面导入，并将试件表面上方的湿度保持在96％～98％之间、温度保持在凝霜温度第二时间；

利用应变测试仪检测多个电阻应变片的应变，记录各电阻应变片的读数，由所述读数计算算术平均值 和标准差σ，然后按照公式 计算出不均匀系数k，用以评价试件凝霜变形的不均匀性；

重新扫描凝霜后的试件，重构凝霜后试件三维模型，采用布尔运算，得到试件孔隙内凝霜三维结构及其深度。

进一步的，所述从试件表面上方导入水气，具体为：利用雾化器将水气从试件表面上方导入。

进一步的，将试件表面上方的湿度稳定保持在96％～98％之间，具体为：利用温湿度控制器控制雾化器将试件表面上方的湿度稳定保持在96％～98％之间。

进一步的，上述利用温湿度控制器控制雾化器将试件表面上方的湿度稳定保持在96％～98％之间，具体为：所述温湿度控制器监测试件表面上方的湿度，当湿度低于96％时开启雾化器，当湿度高于98％时关闭雾化器。

优选的，所述凝霜温度为-5℃，所述第一时间为0.5h，第二时间为4h。

优选的，所述多个电阻应变片采用防水橡胶胶水粘贴在试件侧面上。

优选的，所述电阻应变片的尺寸为栅长10mm×栅宽3mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够分析多孔沥青混合料凝霜变形过程特征，定量评价混合料表面凝霜深度和混合料上下变形的不均匀性，准确把握多孔沥青混合料霜冻损伤程度，为低温高湿地区多孔沥青混合料的使用性能提供了评价指标。

附图说明

图1是本发明实施例的圆筒容器立体结构示意图；

图2是本发明实施例的多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试装置试验布置示意图。

图中，1多孔沥青混合料马歇尔试件；2电阻应变片；3O型橡胶密封圈；4温湿度一体探头；5第一圆孔；6第二圆孔；7第三圆孔；8第四圆孔；9圆筒容器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

(1)多孔沥青混合料表面凝霜需要考虑的关键问题

为了模拟多孔沥青混合料的凝霜过程，需要营造一个高湿低温的环境，因此所设计的模拟装置必须能够监测内部温湿度，同时需要提供湿气并保证湿度稳定。为解决这个问题，可以在装置侧面开有两个圆孔，监测不同位置温湿度，确保没有湿度差异，同时装置顶端留有一个圆孔以便导入水气。其中，水气可由雾化器提供。为保持装置内湿度稳定在设定范围内，利用温湿度控制器控制雾化器的运行，湿度低于96％时自动开启雾化器，高于98％时关闭雾化器。装置整体放于冰箱中，设置冷冻温度便能营造低温的环境。为了避免水气从混合料试件与装置壁之间的缝隙扩散到试件底部，模拟时在试件顶部套上一个橡胶密封圈。

多孔沥青混合料的凝霜过程是：当气温降低，空气容纳水气的能力下降，多余水气通过多孔沥青混合料的连通孔隙到达混合料内部，在表面和内部凝结成冰霜。水气凝结成冰霜，体积膨胀会对孔隙壁产生压应力，从而引起多孔沥青混合料被“撑开”，没有水气的地方混合料受冻体积收缩，导致混合料变形不均匀。因此，凝霜对多孔混合料带来的不利影响不仅要考虑凝霜深度，还需要考虑上下变形不均匀性造成的性能衰减。

为了测试凝霜深度，一种简易并准确的方法是利用电子计算机X射线断层扫描仪(简称CT扫描仪)扫描试件，由于冰与孔隙空气性质不同，通过扫描可以明显得到孔隙内的凝霜深度。而凝霜结冰导致多孔沥青混合料外轮廓体积膨胀或受冻收缩，这种体积变化一般较小，且混合料试件在不同部位的变形量可能并不相同，导致一般方法难以直接测量出试件尺寸在凝霜前后的变化。通过在混合料侧面粘贴电阻应变片则能够准确测得不同部位的应变，为了将电阻应变片导线从装置内导出，可以在装置底部开有一个圆孔。

(2)多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试装置

如图1至2所示，一种多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试装置，包括圆筒容器9、雾化器、温湿度控制器、应变测试仪和CT扫描仪(图中未画出)。其中，圆筒容器9由透明有机玻璃制成。

圆筒容器9用于盛放待测多孔沥青混合料马歇尔试件1。圆筒容器9内径120mm、高度150mm，底部密封，顶部设有顶盖，顶盖与圆筒容器9的筒壁通过螺纹连接，顶盖中心留有直径20mm的第四圆孔8以便通入水气。第四圆孔8通过塑料胶管与雾化器连通。圆筒容器9的筒壁侧面距离底部85mm、135mm处分别开设有直径10mm的第二圆孔6和第三圆孔7，便于插入温湿度控制器的温湿度一体探头4以测量圆筒容器9内不同位置的温湿度。在筒壁底部也开有一个直径10mm的第一圆孔5，用来引出导线。

所述试件1侧面由上到下沿其周向等间距粘贴有5个电阻应变片2并且其顶部套设有O型橡胶密封圈3，所述O型橡胶密封圈3使得试件1与圆筒容器9筒壁之间的空隙形成密封，防止水气从试件1与圆筒容器9筒壁之间的缝隙扩散到试件1底部。所述5个电阻应变片2通过从第一圆孔5引出的导线与应变测试仪电连接。

所述温湿度控制器用于控制圆筒容器9内的温度，并与雾化器电连接以控制圆筒容器9内的湿度。

所述CT扫描仪用于扫描所述试件1。

(3)多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法

利用上述(2)测试装置对多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性进行测试的方法，包括以下步骤：

步骤S1：成型多孔沥青混合料标准马歇尔试件1，采用CT扫描仪扫描，并重构出试件三维模型，在试件1侧面从上到下沿环向采用胶粘剂粘贴5枚电阻应变片，电阻应变片栅长10mm×栅宽3mm，试件1顶部套上内径100mm、线径10mm的O型橡胶密封圈3，将试件1放入圆筒容器9中；其中，胶粘剂可以是密封防水橡胶胶水，例如704硅橡胶；

步骤S2：将连接电阻应变片2的导线从圆筒容器9底部第一圆孔5引出，连接到静态应变测试仪上，将含有试件1的圆筒容器9放入冰箱内，设定温度-5℃，静置0.5h；

步骤S3：通过塑料胶管将雾化器生成的水气导入圆筒容器9内，通过筒壁侧面第二圆孔6和第三圆孔7将温湿度控制器的温湿度一体探头4伸入圆筒容器9内以监测温湿度，湿度低于96％时温湿度控制器会自动开启雾化器，高于98％时会关闭雾化器，使湿度稳定在96％～98％之间；

步骤S4：静置4h后，记录应变测试仪采集的各电阻应变片2变形读数，计算算术平均值 和标准差σ，按照公式 计算不均匀系数k，用以评价多孔沥青混合料霜冻变形的不均匀性；从圆筒容器9中取出试件1，重新扫描，重构凝霜后试件三维模型，采用布尔运算，得到试件1孔隙内凝霜三维结构及其深度h。

实施例

下面通过实施例说明不同湿度下多孔沥青混合料霜冻变形测试方法。实施例中待评价的多孔沥青混合料为OGFC-13，其级配、沥青用量BC、空隙率VV见表1。

表1实施例采用的OGFC-13

(1)试件制备与仪器布置

按表1级配成型多孔混合料马歇尔试件，在室温下存放24h后脱模，利用游标卡尺测量多孔混合料马歇尔试件直径为101.6mm，高度为63.5mm。利用Discovery CT750HD型医用CT仪扫描试件，将扫描的图像导入软件Mimics，重构出试件三维模型。

然后利用704硅橡胶将5枚型号BX120-5AA的电阻应变片2等距粘贴在试件侧面，电阻应变片2尺寸为栅长10mm×栅宽3mm，25℃下静置6h待704硅橡胶固化完全，之后在试件顶部套上内径100mm、线径10mm的O型橡胶密封圈3。

注意不要损坏电阻应变片2，然后将试件放入圆筒容器9中，从圆筒容器9底部第一圆孔5将电阻应变片2导线引出，连接到DH-3818静态应变测试仪，设置测试仪灵敏系数等修正参数。

(2)霜冻模拟

将装有混合料试件的圆筒容器9放入温度设定为-5℃的冰箱冷冻室内，静置0.5h，然后将贝龙668型温湿度控制器的温湿度一体探头4从圆筒容器9侧面第二圆孔6和第三圆孔7伸入容器内，测得不同高度处温度都稳定在-5℃。

采用402B型超声雾化器，利用塑料胶管将雾化的水气从顶部第四圆孔8导进圆筒容器9内，将贝龙668型温湿度控制器设置为加湿模式，开启湿度定为96％，关闭湿度定为98％，当温湿度一体探头4检测到湿度低于96％时，控制器会自动开启雾化器，高于98％时控制器会关闭雾化器，从而使内部湿度稳定在96％～98％之间。

(3)数据处理

静置4h后，记录应变测试仪采集的各电阻应变片2的变形读数，分别为-178με、-312με、-365με、-348με、-362με，计算出变形算术平均值 变形标准差σ＝78.15με，按照公式 得到不均匀系数k≈0.216。

从圆筒容器9中取出试件，利用Discovery CT750HD型医用CT仪重新扫描试件，重构凝霜后试件三维模型，采用布尔运算，得到试件孔隙内凝霜三维结构及其深度h＝21.5mm。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

多孔沥青混合料表面凝霜深度与变形不均匀性测试方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。