CN102095681A

CN102095681A - 路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪

Info

Publication number: CN102095681A
Application number: CN2010106045741A
Authority: CN
Inventors: 朱耀庭; 雷茂锦; 时宁; 赵华; 刘永明
Original assignee: Jiangxi Traffic & Transportation Technology Creative Center; JIANGSU TRAFFIC RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: Jiangxi Traffic & Transportation Technology Creative Center; JIANGSU TRAFFIC RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种路面层间粘结浸水抗剪强度检测装置，包括下底座、浸水箱、固定试件的夹紧机构、活动板、加载压头，在浸水箱上设有固定试件的下夹头，浸水箱水体通过保温管与恒温槽连接形成恒温水循环系统，试件固定在上夹头和下夹头之间并完全浸于水体之中，上夹头与活动板通过滚轴连接，位于活动板上方的加载压头与加载设备相连接，由加载设备的控制系统进行数据采集及控制。本发明机械结构合理，自动化程度高，使用操作简单方便，能有效地检测路面层间粘结浸水抗剪强度，适用于路面层间结构的性能研究、室内试验以及工程检测。

Description

路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪

技术领域

本发明涉及一种抗剪强度检测试验仪器，尤其是涉及一种路面层间粘结浸水剪切强度检测仪。

背景技术

随着道路交通量的迅猛增长以及超载现象的普遍存在，我国高速公路早期损坏现象频繁发生。通过对已经发生损坏的路面现场调查研究发现，有相当部分路面的层间结合完全脱离或损毁，直接或间接地促使了路面早期损坏的发生。路面层间结构是路面铺装的重要组成部分，其强度和耐久性直接影响到路面整体的使用性能，若没有进行合适的处理方式或优质材料对其进行处理，层间结合面将成为一个薄弱环节，使得结合面上发生剪切破坏，并产生推移、松散、脱层、剥落和开裂等病害，特别是在有水作用下将加剧路面病害的发生。因此，为了谋求更高的路面质量，提高结构承载能力、耐久性以及抗水损坏能力，对路面层间材料在浸水条件下抗剪强度的检测具有重要的现实意义，可以有效地指导路面结构设计和施工工艺并评价层间结合面的施工质量。

目前国内外关于路面层间抗剪强度的测定还没有形成标准的试验方法，更没有统一的检测设备，常用的检测路面层间粘结剪切强度的仪器参照土工试验原理研制的直接剪切型试验系统，但是这些仪器存在不可避免的缺陷，具体表现在：（1）无法模拟路面层间真实工作状态；（2）由于直剪模式要同时施加竖向和剪切方向的荷载，竖向荷载施加的稳定性有待进一步增强；（3）数据采集和控制系统自动化程度不高，检测精度受到限制。同时，现有的层间剪切强度仪器只考虑普通条件下层间材料的剪切强度，但是对于浸水条件下层间抗剪强度的研究及仪器开发仍处于空白，大大制约了对层间材料和施工技术的整体评价，这对于路面层间抗剪强度检测仪器的适用性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种路面层间浸水抗剪强度检测仪。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪，包括下底座1、浸水箱2，浸水箱2上设支架12，支架12中部设有加载设备13，加载设备13位于所述夹紧机构上方的，夹紧机构由下夹头4与上夹头7组成，夹紧机构用于固定试件5，在夹紧机构与加载设备13之间设有承载板8和加载压头9以及对作用在试件上的压缩力进行实时检测的力传感器10，恒温槽17通过保温管16与浸水箱2联通，控制系统15通过连接线14与加载设备13连接，控制系统15对传感器10所检测信号进行分析处理并对加载设备13进行数据采集。

本发明进一步的技术方案是所述上夹头7通过滚轴11与承载板8滚动接触，上夹头7和下夹头4设有直角形夹物口，夹紧机构使承载板8受荷载作用产生竖向位移的同时，上夹头7与下夹头4产生斜截面移动，从而实现层间粘结材料6的剪切受力状态。所述浸水箱2中的水体通过保温管16与恒温槽17下部联通，恒温槽17内设水体温度调节装置。

本发明所述上夹头通过滚轴与承载板滚动接触，上夹头和下夹头形成的夹紧机构使承载板受荷载作用产生竖向位移的同时，上夹头与下夹头产生斜截面移动，从而实现层间粘结材料的剪切受力状态。由于路面在实际条件下同时受到车轮的竖向压力和水平剪力作用，层间结合面存在竖向作用力和水平剪力。在夹紧机构的作用下使试件所受竖向应力为

Figure 2010106045741100002DEST_PATH_IMAGE001

，剪切应力为，其中

Figure 2010106045741100002DEST_PATH_IMAGE003

为加载装置施加的荷载；为夹紧机构倾斜角；

Figure 2010106045741100002DEST_PATH_IMAGE005

为试件剪切作用面积，有效地模拟了路面结构的受力状态，见图2。

所述浸水箱中的水体通过保温管与恒温槽中的水体形成水循环系统，保温管共有两根，分别是进水管和出水管，恒温槽设有加热装置和温度传感器，恒温槽的水体温度可以调节，通过设定加热装置的温度调节器以满足不同温度条件下的浸水试验。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、原理方法明确，它采用倾斜的夹头机构将单轴荷载进行转换，实现对试件竖向力和水平力的综合作用，克服了现有的直剪型仪器同时加载竖向力和水平力存在的不稳定性因素，提高了仪器的试验精度；2、可同时进行浸水条件和不浸水条件的抗剪强度测定，加入水循环系统能反映水对层间材料抗剪强度的影响，有效地评价层间材料的抗水损害能力，同时能通过控制水体温度实现对不同温度下材料抗剪强度的检测；3、结构简单，加载系统采用机械结构以其配套使用的数据采集和分析控制装置，浸水系统为常用的恒温水循环系统，工作可靠，易于实现，价格低廉，便于推广；4、通过将力传感器和位移传感器与控制系统相连接，能对剪切应力和位移等数据进行实时地采集分析和处理，提高了仪器的自动化程度。

附图说明

图1为本发明提供的路面层间浸水剪切强度检测仪组成结构示意图；

图2为本发明提供的受力原理示意图。

具体实施方式

一种路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪，包括下底座1、浸水箱2，浸水箱2上设支架12，支架12中部设有加载设备13，加载设备13位于所述夹紧机构上方的，夹紧机构由下夹头4与上夹头7组成，夹紧机构用于固定试件5，在夹紧机构与加载设备13之间设有承载板8和加载压头9以及对作用在试件上的压缩力进行实时检测的力传感器10，恒温槽17通过保温管16与浸水箱2联通，控制系统15通过连接线14与加载设备13连接，控制系统15对传感器10所检测信号进行分析处理并对加载设备13进行数据采集。上夹头7通过滚轴11与承载板8滚动接触，上夹头7和下夹头4设有直角形夹物口，夹紧机构使承载板8受荷载作用产生竖向位移的同时，上夹头7与下夹头4产生斜截面移动，从而实现层间粘结材料6的剪切受力状态。所述浸水箱2中的水体通过保温管16与恒温槽17下部联通，恒温槽17内设水体温度调节装置。

本发明提供的路面层间浸水抗剪强度检测仪的设计思路是，采用圆柱体试件，将试件尺寸设计成易于满足现场钻芯和室内制作成型的要求；将制作的试件固定于夹紧机构内，通过加载装置施加竖向压力并在粘结层面上产生均匀的剪切应力。试验温度和荷载形式可以根据使用者的研究目的确定。层间材料的力学参数（如抗剪强度）可通过控制系统的数据采集数据并利用简单的力学公式计算得到。通过这样的试验设计，可以达到以下两个方面的目的：

①通过对试件施加相对方向上的荷载，可以在粘结层截面均匀的剪切应力，因而利用简单的力学公式对层间材料的应力应变状态进行描述，通过测量得出的作用力大小计算得出抗剪强度力学指标；

②由于圆柱体的现场钻芯取样和室内马歇尔试件成型易于操作，合理的圆柱体试件尺寸设计可以降低试验设备要求。

步骤1：试件制作。对于现场路面钻取的芯样按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000》的T 0710-2000试验规程获取试件，要求试件尺寸为直径100mm±2.0mm，高度视具体路面结构而定，并通过切割保证试件两个端面相互平行且水平，注意在取芯过程中尽量减少对层间粘结的扰动。对于室内试件按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000》的T 0709-2000试验规程成型下层马歇尔试件5，试件尺寸直径101.6mm±0.2mm，高度63.5mm±1.3mm，将粘结层材料6洒铺在下层试件表面，通过静压机在下层试件上成型上层试件5，待温度下降至室温后进行脱模。脱模时应注意轻拿轻放，不要扰动层间粘结状态。

步骤2：试件浸水。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000》浸水马歇尔试验规程，将制作好的试件5先经真空饱水后，打开恒温槽17加热装置，通过保温管16实现水循环系统并使水体达到要求的试验温度，将试件5置于浸水箱2中48h；其中试验温度根据使用者的研究目的和要求自行确定。

步骤3：试验准备。将试件安放在下夹头4和上夹头7的固定机构上，调整装置位置，使试件中心与加载中心处于同一竖向直线上，放置加载板8并调试加载压头9与加载板8接触，通过控制系统15使位移传感器归零，并设定加载速率等试验参数。

步骤4：试验。利用加载设备13施加竖向压力于加载压头9上，并利用控制系统15记录作用力大小、位移与试验时间等相关数据。试验过程中试件5始终浸入水体之中并保持在要求的温度。

步骤5：试验后处理。当试件破坏后，可通过控制系统15停止试验，并存储相关数据，通过简单的力学分析和计算可获取抗剪强度等力学指标。通过加载设备13提升加载压头9并与加载板8脱离，卸除试件，准备下一次试验，若停止试验则关闭控制系统15，关闭恒温槽17的加热保温装置，停止保温管16的水循环系统，并清除浸水槽中的水体。

在试件的制作方面，合理的试件尺寸能够消除尺寸效应，根据已有研究表明，能够消除沥青混合料尺寸效应的最小试件是不小于混合料公称最大粒径3倍的大小。根据最常用的沥青混合料级配类型AC-13、AC-20和AC-25，取最大试件尺寸为3×25mm=75mm。可见，采用马歇尔试件尺寸可以有效地消除尺寸效应。同时，试件5用于固定的两端应尽量保持平行，端面最大坡度不超过1%的试件为合格品，否则需要利用磨光机打磨至符合要求。

在恒温水循环系统方面，恒温槽17应具有良好的温度控制能力，浸水箱2和保温管16应尽量控制热量的散失，恒温槽17和浸水箱2控温精确度为±0.5℃，温度范围最大值至少60℃。

在加载和控制系统方面，试验所需的最大荷载应满足不超过加载设备13所能施加竖向压缩荷载量程的80%，且不小于量程的20%的要求。加载设备13宜具有伺服系统，整个加载过程可以控制加载速率，保证在加载速率恒定或可以以一定速率增大。加载设备13安装有位移传感器，要求变形精度至少为0.1mm，量程应大于试件破坏预估的变形量。控制系统15能自动采集力传感器10和位移传感器的电测信号，在数据采集系统中存储或在X-Y记录仪上绘制加载设备13位移变形量与作用力的关系曲线。

同一类型材料至少平行试验3个试件，当3个试件变形率值变异系数小于20%时，取其平均值作为试验结果，当变异系数大于20%时应分析原因，并追加试验。试验报告应注明试验温度、材料类型、加载方式等试验条件。

Claims

1.一种路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪，其特征在于：包括下底座（1）、浸水箱（2），浸水箱（2）上设支架（12），支架（12）中部设有加载设备（13），加载设备（13）位于所述夹紧机构上方的，夹紧机构由下夹头（4）与上夹头（7）组成，夹紧机构用于固定试件（5），在夹紧机构与加载设备（13）之间设有承载板（8）和加载压头（9以及对作用在试件上的压缩力进行实时检测的力传感器（10），恒温槽（17通过保温管（16）与浸水箱（2）联通，控制系统（15）通过连接线（14）与加载设备（13）连接，控制系统（15）对传感器（10）所检测信号进行分析处理并对加载设备（13）进行数据采集。

2.按照权利要求1所述的路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪，其特征在于：所述上夹头（7）通过滚轴（11）与承载板（8）滚动接触，上夹头（7）和下夹头（4）设有直角形夹物口，夹紧机构使承载板（8）受荷载作用产生竖向位移的同时，上夹头（7）与下夹头（4）产生斜截面移动，从而实现层间粘结材料（6）的剪切受力状态。

3.按照权利要求1所述的路面层间粘结浸水抗剪强度检测仪，其特征在于：所述浸水箱（2）中的水体通过保温管（16）与恒温槽（17）下部联通，恒温槽（17）内设水体温度调节装置。