1 渗水性能测试方法分析
目前, 排水层材料渗透性能的测定多采用路面渗水仪所测得的渗水系数来代替, 而在水文地质研究中是用渗透系数作为材料的固有性质和计算依据。渗透系数的测试方法按照水头状况分为常水头法和变水头法2种。一般粘质土与细粒土等渗透性能较差的材料, 渗透系数K小于10-3cm/s, 由于流量太小而难以准确测定, 常采用变水头法测定其渗透系数。常水头渗透试验适用于渗透系数较大的砂类土等材料, 多孔混凝土的渗透系数通常较大 (大于10-2cm/s) , 因此可采用常水头法测定其渗透系数。
国家标准水利部《土工试验方法标准》 (GBJ 123-88) 采用常水头试验和变水头试验分别测试粗粒土和细粒土;水利部《土工试验规程》 (SL237-1999) 采用常水头渗透仪 (70型渗透仪) 测试粗粒土 (砂质土) , 采用变水头渗透试验测试细粒土 (粘质土和粉质土) ;交通部行业标准《公路土工试验规程》 (JTJ 051-93) 采用常水头试验测试砂类土和含水量砾石的无凝聚性土, 采用变水头渗透试验测试于粘质土;交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》采用变水头渗透试验测试沥青路面。
上述分析表明:一般情况下, 渗透系数小的物质常采用变水头测试法, 渗透系数大的物质采用常水头测试法, 而现行我国规范中, 对沥青路面, 无论空隙率大小, 都采用变水头测试方法, 在这种情况下, 对于大空隙沥青路面, 常规的变水头试验方法已不能满足。
2 渗透仪分析
渗透系数 (渗水系数) 作为排水层材料的一个重要指标, 在测试方法上却没有得到发展和完善。用于室内渗透系数测定的渗透仪多用于土的测定。室内测定渗透系数的仪器按照渗透试验原理的不同, 一般有常水头渗透仪和变水头渗透仪两种。不同仪器的差别只是在于形式和测量精度上的不同。这两种试验方法在国内外都得到了广泛的应用。一般认为常水头渗透试验适用于渗透系数较大的材料, 变水头渗透试验适用于渗透系数较小的材料。
2.1 土样渗透仪
关于多孔混凝土渗透系数的测定, 目前尚无统一的试验方法, 常见渗透仪主要用于土样渗透系数的测定。日本JIS A1218T-1979规定了试验室内测试饱和状态土渗透系数的试验方法。美国AASHTO T215-70JA STM D2434-74提出了粒状土渗透性 (常水头) 标准试验方法, 并设计出ASTM常水头渗透仪。国内已形成标准的常水头渗透仪主要有70型渗透仪。相对于常水头渗透仪, 变水头渗透仪种类繁多, 装置复杂, 主要有南55型变水头渗透仪及土样管渗透仪。
上述几类渗透仪仅适用于粒状土渗透系数的测定, 土样先松散装人渗透仪, 而后锤击到一定位置, 没有考虑侧壁渗漏问题, 对于已成型试件不适用。
2.2 大空隙材料渗透仪
对于大空隙材料渗透系数的测定, 国内外一些单位自行设计出几种渗透仪。
清华大学杨静利用变水头渗透仪测试透水性混凝土路面材料的渗透系数, 该设备为两端开口的有机玻璃方框, 尺寸为10cm×10cm×30cm, 渗透仪正面刻有刻度 (单位:cm) , 可用于计量。测量前, 先将试件四周用蜡封好, 然后将渗透仪置于试件上方, 渗透仪和试件之间用半热的蜡条封好, 待蜡条冷却后, 向渗透仪中加水至20cm刻度以上, 待水面下降至16cm刻度时开始计时, 下降至14cm刻度时再计时一次。渗透系数计算式为:
式中:H为水位下降高度, 一般取2cm∆t为水位下降H (一般从16cm降至14cm) 的时间 (s) 。
这种方法测出的仅仅是水流通过试件的速度, 无法控制水力梯度的大小, 且对于高透水性材料, 水渗透太快, 很难测得水位下降2cm所用时间。日本混凝土工学协会为测定透水性路面大孔混凝土的渗透性, 参考JIS A1218规定的土样透水性试验方法, 设计出试验装置见图1。
首先, 在透水圆筒4内浇筑按设计配合比拌制的大孔混凝土5, 经过必要的养护后, 将透水圆筒1架空, 搁置在定位水桶3内, 定位水桶的上部设有出水管6, 溢水管2与出水管6之间的水位差即为试验中的水头。试验时从透水圆套筒的上部注水, 水在透水圆筒内透过大孔混凝土后进人定位水桶, 最后从定位水桶的出水管排出, 注水时多余的水量从溢水管溢出。当注人的水量与从出水管排出的水量和溢水管溢出的水量取得平衡后, 在启动秒表计时的同时, 用量筒7计量从出水管排出的水量, 并测量当时的水温, 即可计算出大孔混凝土的渗透系数。
这种方法最大的特点是排水材料需现浇在透水圆筒内, 难免与实际试件成型方法不一致, 需养护的时间延长了测试的周期。此外, 对于水力梯度的控制也缺乏灵活性。
上述2种渗透系数的测试方法是目前比较常见的, 此外, 还有一些单位根据需要设计出其他形式的渗透仪。这些方法对于多孔混凝土渗透系数的测定都不够理想, 因此有必要针对多孔混凝土这类材料的特性, 研制适宜的渗透仪。
3 结语
大量国外研究资料和国内现场实验结果表明:现有规范中沥青路面渗水系数测试方法并不适用于大空隙沥青路面, 该法所得的渗水系数 (ml/min) 和大量国外渗透系数 (cm/s) 之间无法建立相关性。
大空隙材料的渗透仪设计标准不一样式较多, 而不同仪器得到的测试结果之间存在较大的人为误差, 因此有必要对现有道路规范中的渗水方法进行改进和完善以便适合大空隙沥青混合料的渗水性能测试。
摘要：大空隙沥青路面由于其空隙率大, 具有抗滑、降噪、环保等优点, 已经逐渐得到推广和应用。针对我国现行道路规范中大空隙沥青路面渗水性能测试方法的特点, 分析渗水性能测试方法和渗透仪的研究现状。
关键词：大空隙沥青路面,渗水系数,渗透系数
参考文献
[1] 中华人民共和国水利部.土工试验方法标准 (GB/T50123-1999) [S].北京:中国计划出版社, 1999, 9:77～82.
[2] 南京水利科学研究院编.土工试验规程 (SL237-1999) [S].北京:中国水利水电出版社.1999, 12:120～129.
[3] 交通部公路科学研究所.公路土工试验规程 (JTJ051-93) [M].北京:人民交通出版社.1993, 12.