CN102692352A - 桥面粘接层扭剪装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥面粘接层扭剪装置及其检测方法，将扭矩扳手与扭剪盘通过转接头联接，扭转扭矩扳手施加扭矩时，通过扭剪盘将扭力传给待测试件，记录待测试件的混凝土层与沥青铺装层脱离时的最大扭矩值，从而得出待测试件的粘结层抗剪强度，本发明的装置结构简单，便于携带，可以进行室内试验和现场检测，操作简便。本发明的方法能够对室内模拟不同桥面处理状况、不同粘结层、不同下铺装层混合料的铺装结构进行测试，测量结果准确，综合考虑了测试件的面积与扭矩大小，保证测试结果较全面，整体性强。

Description

桥面粘接层扭剪装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于评价桥面性能的测试仪器和方法，特别是一种桥面粘结层抗剪强度的测试仪器及利用该装置对桥面粘结层抗剪强度的检测方法。

背景技术

当在桥梁建设中，混凝土桥面沥青混凝土铺装最主要的病害是混凝土面层的剥落、松散、拥包等，其原因大多是由于桥面铺装粘结层的抗剪强度不足引起的。因此，粘结层的抗剪性能是决定其使用寿命的重要因素。

我国目前尚无评价桥面粘结层抗剪性能的标准试验方法和规程，因此，在实际检测过程中也没有统一的检测方法。业内已有人公开了关于粘结层抗剪性能试验的方法和仪器，但是大多数的仪器结构较复杂、笨重，现场可操作性差，测试时对桥面的破坏性也大，难以实现对桥面粘结层的监控和室内、外试验的统一。

因此设计开发一种结构简单，操作简便，对桥面破坏性小，适于室内试验研究和现场检测的桥面粘结层抗剪强度试验及检测方法变得十分必要。

发明内容

本发明所要解决技术问题在于克服现有技术中桥面粘结层抗剪性能测试仪器所存在的不足，提供了一种能够准确测量、结构简单且对桥面破坏性较小的桥面粘结层扭剪装置。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供了一种利用上述桥面粘结层扭剪装置进行桥面抗剪性能检测的方法。

本发明解决技术问题的技术方案是：

桥面粘结层扭剪装置，在带有扭矩测量仪的扭矩扳手上设置扭剪头，在扭剪头的下方设置有扭剪盘，扭剪盘的底面是平面，顶面的中心设置螺栓，螺栓与扭剪头通过转接头联接。

上述扭剪盘的底面与扭矩扳手的中心平面平行。

上述扭剪盘为圆形或者方形盘状。

上述螺栓和扭剪头在与转接头的联接端分别加工为六方或者四方结构。

利用上述的桥面粘结层扭剪装置对桥面粘结层抗剪性能的检测方法，包含以下步骤：

1）对待测试件进行钻芯处理，钻孔深度至混凝土层的上表层，钻出的钻芯大小与扭剪盘的大小适配；

2）将扭剪盘的底面粘在钻芯的外表面上，养护至扭剪盘与钻芯粘接牢固；

3）扭转扭矩扳手，对钻芯的沥青铺装层施加扭矩，扭转速率控制为15~45s内扭转90°，直至钻芯的沥青铺装层与混凝土层脱离，扭矩测量仪记录扭转过程中的最大扭矩值；

4）根据最大扭矩值计算出待测试件破坏时的扭剪强度，得出待测试件的粘结层的抗剪强度，由下式计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{12M\×{10}^3}{\mathrm{\π}{D}^3}$

式中：τ——剪切强度，MPa；

M——最大扭矩值，N·m；

D——试件直径，mm。

本发明将扭矩扳手与扭剪盘通过转接头联接，扭转扭矩扳手施加扭矩时，通过扭剪盘将扭力传给待测试件，记录待测试件的混凝土层与沥青铺装层脱离时的最大扭矩值，从而得出待测试件的粘结层抗剪强度，本发明的装置结构简单，便于携带，可以进行室内试验和现场检测，操作简便。本发明的方法能够对室内模拟不同桥面处理状况、不同粘结层、不同下铺装层混合料的铺装结构进行测试，测量结果准确，综合考虑了测试件的面积与扭矩大小，保证测试结果较全面，整体性强。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为不同混合料下粘结层抗剪强度。

图3扭剪强度与拉拔强度间关系拟合结果。

具体实施方式

现结合附图对本发明进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。

实施例1

参见图1，本实施例的桥面粘结层扭剪装置是由扭矩扳手1、扭矩测量仪2、扭剪头6、扭剪盘3、螺栓4、转接头5联接构成。

上述的扭矩扳手1选用常规的手动扭矩扳手1，在扭矩扳手1的一端安装与扭矩扳手1相互垂直的六方扭剪头6，扭矩测量仪2安装在扭矩扳手1上能够感应到扭矩的变化，从而通过数字形式显示出来。在扭剪头6的下端通过转接头5与六方螺栓4的上端联接，螺栓4的另一端焊接在扭剪盘3的中心位置，扭剪盘3为圆盘形状，底面为平面，与扭矩扳手1的中心平面平行，使用时粘接在待测试件的外表面上，通过转动扭矩扳手1实现扭剪。

利用上述桥面粘结层扭剪装置对试件的粘结层抗剪性能的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：对待测试件进行钻孔至混凝土层表层，钻孔大小与扭剪盘3的大小适配；

室内用车辙板试模成型300mm×300mm×50mm的水泥混凝土板，根据具体情况对其进行表面处理以模拟水泥混凝土桥面板并养生28天，在经过表面处理后的预制水泥混凝土板上铺撒粘结层材料，把铺撒过粘结层的水泥混凝土板放入高度为100mm特制模具中，利用轮碾仪成型100mm厚的复合板，待其常温下放置两天，制备成SMA-13型的待测试件，用钻芯机对待测试件钻孔，孔径100mm，直钻到水泥混凝土板表层的位置取出钻头，在待测试件上钻出孔径为100mm的钻芯。

步骤2：用环氧树脂胶将直径为100mm的圆盘形的扭剪盘3固定在钻芯的上表面，静置24小时，养护至扭剪盘3的底面与钻芯粘接牢固；

步骤3：沿着与扭剪盘3底面平行的平面上扭转扭矩扳手1，通过扭剪盘3对钻芯的沥青铺装层施加扭矩，扭转速率控制在15~45s内扭转90°，直至钻芯处的沥青铺装层与混凝土层脱离，扭矩测量仪2记录扭转过程中的最大扭矩值M为305N·m；

步骤4：根据最大扭矩值计算出待测试件钻芯处破坏时的扭剪强度，由下式计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{12M\×{10}^3}{\mathrm{\π}{D}^3}$

式中：τ——剪切强度，MPa；

M——最大扭矩值，N·m；

D——试件直径，mm；

得出待测试件的粘结层的抗剪强度为1.165MPa。

实施例2

本实施例的桥面粘结层扭剪装置中，扭剪盘3是边长为100mm的正方形结构，螺栓4与转接头5的联接端加工为四方结构，扭剪头6的下端即与转接头5联接的端头也加工为四方结构，转接头5将扭剪头6与螺栓4紧固，当旋转扭剪扳手的时候扭剪盘3不会随之发生转动。其它的部件及其联接关系与实施例1相同。

利用该装置对试件的粘结层抗剪性能检测的方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例的桥面粘结层扭剪装置中，扭剪头6与转接头5焊接为一体结构，扭剪盘3是面积大于钻芯面积的长方形结构，其它的部件及其联接关系与实施例1相同。

利用该装置对试件的粘结层抗剪性能检测的方法与实施例1相同。

下面利用实施例1中的扭剪仪与抗剪性能检测方法对本发明的技术方案进行进一步验证，结果如下：

1、对不同混合料试件的检测

采用上述实施例1中的检测方法对SMA-13、FAC-13、AC-13、FAC-20、AC-20和SP-C等六种混合料试件进行扭剪试验，试验数据见

表1：

表1六种混合料的扭剪试验结果

由上表1和图2可知，不同混合料类型的粘结层扭剪强度排序为：SMA-13>FAC-13>AC-13>SP-C>FAC-20>AC-20。由此可见，最大公称粒径较小、级配较细的沥青混合料，其层间抗剪性能较好；沥青用量较大的沥青混合料，其层间抗剪性能较好。这是因为较细的混合料有利于进入粘结层的碎石空隙，与粘结层形成紧密结合；较大的油量有利于碎石与粘结层碎石之间的粘结。同时，该检测结果与路面的实际情况相符，可以证明本发明的检测方法具有可行性。

2、对同一试件的抗剪强度与拉拔强度相关性分析

选用1.0kg/m²、1.5kg/m²、2.0kg/m²、2.5kg/m²等四个沥青洒布量进行桥面粘结层抗剪强度和拉拔强度的检测，其中抗剪强度是采用实施例1的仪器和检测方法进行检测，拉拔强度是采用现有技术中常规的检测方法进行检测，试验温度控制为15℃，试验结果如下：

表2不同沥青用量的扭剪试验结果

表3不同沥青用量的拉拔试验结果

由表2和表3可知，沥青用量对扭剪强度和拉拔强度均具有显著影响，扭剪强度、拉拔强度均为粘结层性能的重要组成部分，对上述的实验数据进行相关性分析，具体如下：

表4扭剪强度和拉拔强度相关性分析

从表4相关分析结果可知，抗剪强度和抗拉强度之间Pearson相关系数r＝0.984，显著水平P=0.016(双侧)，故扭剪强度与拉拔强度之间存在显著正相关关系。为进一步分析扭剪强度、拉拔强度之间的关系，对其进行线性拟合，如图3所示。

Claims (5)

1.一种桥面粘结层扭剪装置，其特征在于：带有扭矩测量仪（2）的扭矩扳手（1）上设置扭剪头（6），在扭剪头（6）的下方设置有扭剪盘（3），扭剪盘（3）的底面是平面，顶面的中心设置螺栓（4），螺栓（4）与扭剪头（6）通过转接头（5）联接。

2.根据权利要求1所述的桥面粘接层扭剪装置，其特征在于：所述扭剪盘（3）的底面与扭矩扳手（1）的中心平面平行。

3.根据权利要求1或2所述的桥面粘结层扭剪装置，其特征在于：所述扭剪盘（3）为圆形或者方形盘状。

4.根据权利要求1所述的桥面粘结层扭剪装置，其特征在于：所述螺栓（4）和扭剪头（6）在与转接头（5）的联接端分别加工为六方或者四方结构。

5.一种利用权利要求1所述的桥面粘结层扭剪装置对桥面粘结层抗剪性能的检测方法，其特征在于包含以下步骤：

）对待测试件进行钻芯处理，钻孔深度至混凝土层的上表层，钻出的钻芯大小与扭剪盘（3）的大小适配；

2）将扭剪盘（3）的底面粘在钻芯的外表面上，养护至扭剪盘（3）与钻芯粘接牢固；

3）扭转扭矩扳手（1），对钻芯的沥青铺装层施加扭矩，扭转速率控制为15~45s内扭转90°，直至钻芯的沥青铺装层与混凝土层脱离，扭矩测量仪（2）记录扭转过程中的最大扭矩值；

4）根据最大扭矩值计算出待测试件破坏时的扭剪强度，得出待测试件的粘结层的抗剪强度，由下式计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{12M\×{10}^3}{\mathrm{\π}{D}^3}$

式中：τ——剪切强度，MPa；

M——最大扭矩值，N·m；

D——试件直径，mm。

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