CN102879271B - 沥青砂浆损伤自愈性的检测装置的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青砂浆损伤自愈性的检测装置及检测方法，所述方法是将两个沥青砂浆试样压合一段时间后形成一个自愈试件，通过对自愈试件进行等应变率单向拉伸，测定试件愈合后的拉伸强度的变化情况来评价沥青砂浆的自愈性，可以定量地评价沥青砂浆的自愈能力，并给出了相应的检测设备，弥补了沥青及其混合材料自愈性研究的不足，而且本发明提供的方法可以用于对不同配比的沥青砂浆试件的检测，可采用不同的试验温度、愈合时间和压力，真实地模拟沥青砂浆的自愈过程，方法简单、实用，装置结构简单，整个过程可通过计算机控制，人为误差小，检测结果真实准确。

Description

沥青砂浆损伤自愈性的检测装置的检测方法

技术领域

本发明属于沥青砂浆流变特性检测的应用技术领域，具体涉及一种沥青砂浆损伤自愈性的检测装置及检测方法。

背景技术

随着高速公路建设事业的蓬勃发展，与此对应的道路建筑材料的需求量增大，因而对材料性能提出了更高的要求。从目前情况来看，我国沥青路面在使用设计年限内早期病害严重，需要频繁养护维修，因此如何有效改性增强来提高沥青路面的使用品质以延长道路的使用寿命，减少相关的养护维修费用显得尤为迫切。

与此同时，我国高等级公路沥青路面的破坏问题日益显现，特别是疲劳破坏和永久变形得到了国内外的广泛关注和重视。它包括交通荷载作用下的疲劳和温度周期性作用下的疲劳，以及在温度变化和反复交通荷载作用时引起的路面的变形，影响疲劳和变形的因素非常复杂，因此如何设计出一种可持续路面体系，使得路面材料与结构具有自愈合能力，并采用某种方式或技术，能主动、自动地对沥青路面出现裂纹和损伤的部位进行修复，从而恢复甚至提高沥青混凝土材料的强度以达到延长沥青路面使用寿命的目的。

很多研究表明，在间歇期以及环境温度很高时，沥青材料能实现自我修复，自动延长路面的使用寿命。沥青材料的自愈合会直接影响沥青路面的修复效果，目前来看，研究一般还是集中于间歇期对沥青材料服役寿命延长的影响，对于裂缝的成因和形式以及沥青的自愈合机理研究甚少。

因此，提出一种沥青自愈性能的检测方法及装置来定量评定沥青的自愈能力，对延长沥青路面使用寿命，减少路面病害发生，降低建设费用都有极其重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供了一种能够检测沥青砂浆的自愈合性能，而且结构简单、操作方便的沥青砂浆损伤自愈性检测装置。

本发明的另一个目的在于还提供了一种能够利用上述装置综合评价沥青砂浆损伤自愈合性能的检测方法。

本发明解决技术问题的技术方案是：沥青砂浆损伤自愈性的检测装置，包括恒温箱，在恒温箱的底部设置有加热装置，在加热装置的上方安装有底板，在恒温箱的侧壁上设置有冷却装置，加热装置与冷却装置分别通过导线与温控单元联接，温控单元通过导线与计算机相连，在恒温箱内顶部设置有温度传感器，在恒温箱内设置带有滑行导轨的机架，在机架上设置左固定挡板、右固定挡板、左固定挡板和右固定挡板之间设置的能够沿着滑行导轨滑行的活动挡板，左固定挡板上设置有水平方向的固定夹具，右固定挡板上设置有动力装置，动力装置通过导线与控制单元相连，动力装置上设置有应力传感器，活动挡板通过伸缩杆与动力装置的输出轴联接，活动挡板上设置有用联接件与固定夹具活动联接的活动夹具，左固定挡板上还设置有位移传感器，位移传感器、应力传感器和温度传感器分别通过导线与数据采集单元相连，数据采集单元通过导线接入计算机的输入端口，计算机的一个输出端口与温控单元相连，另一个输出端口与控制单元相连。

上述固定夹具包括导向臂和设置在导向臂上的扣环；所述扣环是通过弹性器件相对联接的两个夹齿，两个夹齿的另一端通过螺栓联接，在夹齿的内壁上设置有橡胶层，活动夹具的结构与固定夹具相同。

上述夹齿是半径与待测沥青砂浆试件半径相等的圆弧形状。

上述恒温箱内加热装置的上方还设置有能够盛放样品的底板。

上述左固定挡板与活动挡板活动联接的联接件为标尺。

一种使用上述的沥青砂浆损伤自愈性的检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1）将与基准试件完全相同的待测沥青砂浆试件降温至5℃，保温30分钟，沿中间切割成两半；

2）在自愈温度为40～70℃的恒温条件下，将切成两半的待测沥青砂浆试件分别通过固定夹具和活动夹具固定，对其施加相向的恒定压力，压力为0.1MPa，切成两半的待测沥青砂浆试件在压力作用下产生自愈合，保持自愈时间为2～8小时，形成自愈试件；

3）将自愈试件与基准试件在恒温箱内10℃保持3小时，依次对基准试件与自愈试件分别进行等应变率单向拉伸，拉伸速度为2mm/min，至应力传感器感应的 拉力值达到最大值后停止拉伸，分别记录基准试件的拉伸强度σ_b1，自愈试件的拉伸强度σ_b2；

4）计算愈合系数HC_T(t)，计算公式为：

${\mathrm{HC}}_T\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_{b2}}{{\text{\σ}}_{b1}}\×100\%$

其中，T——试件自愈温度，℃

t——试件自愈时间，小时

σ_b1——基准试件的拉伸强度，MPa

σ_b2——自愈试件的拉伸强度，MPa。

本发明的方法是将两个沥青砂浆试样压合一段时间后形成一个自愈试件，通过对自愈试件进行等应变率单向拉伸，测定试件愈合后的拉伸强度的变化情况来评价沥青砂浆的自愈性，可以定量地评价沥青砂浆的自愈能力，并给出了相应的检测设备，弥补了沥青及其混合材料自愈性研究的不足，而且本发明提供的评价方法可以用于对不同配比的沥青砂浆试件的检测，可采用不同的试验温度、愈合时间和压力，真实地模拟沥青砂浆的自愈过程，方法简单、实用。本发明的装置结构简单，整个过程可通过计算机控制，人为误差小，检测结果真实准确。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图2为图1中固定夹具8的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。

实施例1

参见图1，本实施例的装置由恒温箱1、加热装置2、底板3、左固定挡板4、机架5、标尺6、位移传感器7、固定夹具8、活动夹具9、活动挡板10、伸缩杆11、右固定挡板12、温度传感器13、冷却装置14、数据采集单元15、控制单元16、计算机17、温控单元18、应力传感器19以及动力装置20联接构成。 

在恒温箱1的底部设置有加热装置2，恒温箱1内加热装置2上方安装有底板3，在恒温箱1的侧壁上设置有冷却装置14，当检测试件时预先将试件放置在底板3上加热至5℃，保温，在恒温箱1的顶部设置温度传感器13，感应恒温箱1内的温 度，并通过导线传输给数据采集单元15，由数据采集单元15将温度信息转化为数字信号输送给计算机17进行处理。在恒温箱1内腔两侧壁之间通过联接件固定联接有机架5，机架5是由两根上下平行的固定杆构成，在两个固定杆上通过螺纹紧固件固定联接有左固定挡板4、右固定挡板12以及通过活动联接件活动联接有活动挡板10，在左固定挡板4和右固定挡板12之间的固定杆上设置有与活动挡板10适配的滑行导轨，活动挡板10能够沿着该滑行导轨在左固定挡板4和右固定挡板12之间来回滑动，在右固定挡板12上固定有水平方向的动力装置20，动力装置20的输出轴通过伸缩杆11与活动挡板10联接，动力装置20是通过导线与控制单元16连接，控制单元16通过导线连接在计算机17上，计算机17根据设定的动力参数对控制单元16发出控制命令，控制单元16接收计算机17发出的控制命令并执行，控制动力装置20运作。上述的动力装置20具体是一个小型发动机，在动力装置20上安装有GYL-1型应变式应力传感器19，应力传感器19通过导线接在数据采集单元15上，将感应的拉力信息或者压力信息通过导线传送到数据采集单元15上，由数据采集单元15将接收的应力信号转变成数字信号输出到计算机17上，由计算机17处理并显示出处理结果。在左固定挡板4上水平设置有一个固定夹具8，固定夹具8是由导向臂8-1与弹性器件8-2、夹齿8-3、橡胶层8-4、螺栓8-5联接构成，导向臂8-1水平设置，一端固定在左固定挡板4上，另一端上设置有由两个夹齿8-3通过弹性器件8-2联接成的扣环，两个夹齿8-3分别呈圆弧形状，相对设置，通过弹性器件8-2联接成一个可开合的半径与待测沥青砂浆试件相等的圆弧，在夹齿8-3的内壁上设置有橡胶层8-4，防止试件在检测过程中受力不均，两个夹齿8-3的另一端通过螺栓8-5固定，通过螺栓8-5控制两个夹齿8-3开合，当螺栓8-5拧开时，夹齿8-3在弹性器件8-2作用下自由张开，当拧紧螺栓8-5时，将夹齿8-3的两个半圆弧的末端紧固，保证其能够夹紧试件。在左固定挡板4的顶部还设置有一个SG-4型差变式位移传感器7，位移传感器7通过导线连接在数据采集单元15上，将采集的位移信息也上传至数据采集单元15，其它的处理过程与上述应力传感信号的处理过程相同。在活动挡板10上设置有活动夹具9，活动夹具9与固定夹具8对称设置且其结构与固定夹具8相同。

在检测时，将温度、时间、压力、拉力等参数通过计算机17设置好，由计算机17发送升温或者降温的命令到温控单元18，温控单元18执行升温或者降温的 命令，适时调整恒温箱1内的温度，计算机17通过导线将应力控制信号发送至控制单元16，由控制单元16控制动力装置20对伸缩杆11进行伸缩控制，从而带动活动挡板10在滑行导轨上滑动，通过活动夹具9将动力传输到待测试件上。通过位移传感器7实时检测活动夹具9的位移信息，数据采集单元15接收位移传感器7检测的位移信号，并将其由电信号转化为数字信号输出给计算机17，通过计算机17进行比较计算并将处理结果输入到控制单元16，由控制单元16与动力装置20连接，控制动力装置20的工作状态；在动力输出的过程中，由应力传感器19实时检测作用在试件上的应力信息，并将应力信息输出给数据采集单元15，数据采集单元15将接收的应力信号转换为电信号，再将电信号转换为数字信号输出至计算机17，由计算机17比较得出作用在试件上的破坏应力值，即拉伸强度，并将检测结果和计算结果通过其显示器显示出来。

为了便于安装试件，在活动挡板10与左固定挡板4之间还安装了一个标尺6，做为活动联接件，依照待测试件的尺寸大小调整固定夹具8与活动夹具9之间的距离。

利用上述的沥青砂浆损伤自愈性的检测装置进行自愈性检测时，具体有如下步骤：

（1）取两块直径为30mm，高度为50mm±1mm的圆柱体沥青砂浆试件，其中一块作为基准试件，另一块在恒温箱1中降温至5℃，保温30分钟，沿中间切割成两个小圆柱体。通过计算机17输入温控信息，由计算机17发送命令给温控单元18，控制冷却装置14动作将恒温箱1的温度降低。沥青砂浆试件的成型方法按JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0704-1993沥青混合料试件制作方法（静压法）制作。

（2）通过温控单元18与加热装置2将恒温箱1的温度调至60℃，将两个小圆柱体分别通过上述的固定夹具8和活动夹具9固定，通过计算机17设定参数，计算机17发出命令给控制单元16，控制动力装置20进行动作，动力装置20启动后，推动活动夹具9向固定夹具8的方向运动，对两个小圆柱体施加0.1MPa的恒定压力，在此恒定压力作用过程中，两个小圆柱体会相互挤压产生自愈合，保持自愈时间达到4小时，动力装置20停止施加压力，两个小圆柱体自愈合形成一个圆柱体形的自愈试件。

（3）调整恒温箱1的温度至10℃，将自愈试件和基准试件均放置在恒温箱1的底板3上保温3小时，将基准试件的两端通过固定夹具8和活动夹具9夹紧固定，通过控制单元16控制动力装置20输出动力对活动夹具9施加拉伸速度为2mm/min的应变率单向拉伸，通过位移传感器7提供精确的应变速率控制的反馈信号，直至应力传感器19反馈的拉力值达到最大值后呈现下降趋势，停止拉伸，记录拉伸过程中的最大值即为基准试件的拉伸强度σ_b1，同理，测出自愈试件在拉伸过程中的拉力最大值即为自愈试件的拉伸强度σ_b2。

（4）根据上述的基准试件的拉伸强度σ_b1与自愈试件的拉伸强度σ_b2，计算出在自愈温度为60℃，自愈时间为4小时的条件下，该沥青砂浆试件的愈合系数HC_T(t)，计算公式为：

${\mathrm{HC}}_T\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_{b2}}{{\text{\σ}}_{b1}}\×100\%$

其中，T——试件自愈温度，℃

t——试件自愈时间，小时

σ_b1——基准试件的拉伸强度，MPa

σ_b2——自愈试件的拉伸强度，MPa。

实施例2

本实施例中利用实施例1中的沥青砂浆损伤自愈性的检测装置进行自愈性检测时，具体有如下步骤：

（1）与实施例1相同。

（2）通过温控单元18与加热装置2将恒温箱1的温度调为40℃，将两个小圆柱体分别通过上述的固定夹具8和活动夹具9固定，通过计算机17设定参数，计算机17发出命令给控制单元16，控制动力装置20进行动作，动力装置20启动后，推动活动夹具9向固定夹具8的方向运动，对两个小圆柱体施加0.1MPa的恒定压力，在此恒定压力作用过程中，两个小圆柱体会相互挤压产生自愈合，保持自愈时间达到8小时，动力装置20停止施加压力，两个小圆柱体自愈合形成一个圆柱体形的自愈试件。

（3）调整恒温箱1的温度至10℃，将自愈试件和基准试件均放置在恒温箱1的底板3上保温3小时，将基准试件的两端通过固定夹具8和活动夹具9夹紧固 定，通过控制单元16控制动力装置20输出动力对活动夹具9施加拉伸速度为2mm/min的应变率单向拉伸，通过位移传感器7提供精确的应变速率控制的反馈信号，直至应力传感器19反馈的拉力值达到最大值后呈现下降趋势，停止拉伸，记录拉伸过程中的最大值即为基准试件的拉伸强度σ_b1，同理，测出自愈试件在拉伸过程中的拉力最大值即为自愈试件的拉伸强度σ_b2。

（4）根据上述的基准试件的拉伸强度σ_b1与自愈试件的拉伸强度σ_b2，计算出在自愈温度为40℃，自愈时间为8小时的条件下，该沥青砂浆试件的愈合系数HC_T(t)，计算公式为：

${\mathrm{HC}}_T\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_{b2}}{{\text{\σ}}_{b1}}\×100\%$

其中，T——试件自愈温度，℃

t——试件自愈时间，小时

σ_b1——基准试件的拉伸强度，MPa

σ_b2——自愈试件的拉伸强度，MPa。

实施例3

本实施例中利用实施例1中的沥青砂浆损伤自愈性的检测装置进行自愈性检测时，具体有如下步骤：

（1）与实施例1相同。

（2）通过温控单元18与加热装置2将恒温箱1的温度调为70℃，将两个小圆柱体分别通过上述的固定夹具8和活动夹具9固定，通过计算机17设定参数，计算机17发出命令给控制单元16，控制动力装置20进行动作，动力装置20启动后，推动活动夹具9向固定夹具8的方向运动，对两个小圆柱体施加0.1MPa的恒定压力，在此恒定压力作用过程中，两个小圆柱体会相互挤压产生自愈合，保持自愈时间达到4小时，动力装置20停止施加压力，两个小圆柱体自愈合形成一个圆柱体形的自愈试件。

（3）调整恒温箱1的温度至10℃，将自愈试件和基准试件均放置在恒温箱1的底板3上保温3小时，将基准试件的两端通过固定夹具8和活动夹具9夹紧固定，通过控制单元16控制动力装置20输出动力对活动夹具9施加拉伸速度为2mm/min的应变率单向拉伸，通过位移传感器7提供精确的应变速率控制的反馈 信号，直至应力传感器19反馈的拉力值达到最大值后呈现下降趋势，停止拉伸，记录拉伸过程中的最大值即为基准试件的拉伸强度σ_b1，同理，测出自愈试件在拉伸过程中的拉力最大值即为自愈试件的拉伸强度σ_b2。

（4）根据上述的基准试件的拉伸强度σ_b1与自愈试件的拉伸强度σ_b2，计算出在自愈温度为70℃，自愈时间为4小时的条件下，该沥青砂浆试件的愈合系数HC_T(t)，计算公式为：

${\mathrm{HC}}_T\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_{b2}}{{\text{\σ}}_{b1}}\×100\%$

其中，T——试件自愈温度，℃

t——试件自愈时间，小时

σ_b1——基准试件的拉伸强度，MPa

σ_b2——自愈试件的拉伸强度，MPa。

本发明的自愈性检测方法可以用于不同配比的沥青砂浆试件，同时可根据具体需要可以采用不同的试验温度、愈合时间和愈合压力，其方法具有一般性。

Claims (1)

1.一种使用沥青砂浆损伤自愈性的检测装置的检测方法，所用沥青砂浆损伤自愈性的检测装置包括恒温箱(1)，在恒温箱的底部设置有加热装置(2)，在加热装置的上方安装有底板，在恒温箱的侧壁上设置有冷却装置(14)，加热装置(2)与冷却装置(14)分别通过导线与温控单元(18)联接，温控单元(18)通过导线与计算机(17)相连，在恒温箱内顶部设置有温度传感器(13)，在恒温箱(1)内设置带有滑行导轨的机架(5)，在机架(5)上设置左固定挡板(4)、右固定挡板(12)、左固定挡板(4)和右固定挡板(12)之间设置的能够沿着滑行导轨滑行的活动挡板(10)，左固定挡板(4)上设置有水平方向的固定夹具(8)，右固定挡板(12)上设置有动力装置(20)，动力装置(20)通过导线与控制单元(16)相连，动力装置(20)上设置有应力传感器(19)，活动挡板(10)通过伸缩杆(11)与动力装置(20)的输出轴联接，活动挡板(10)上设置有用联接件与固定夹具(8)活动联接的活动夹具(9)，左固定挡板(4)上还设置有位移传感器(7)，位移传感器(7)、应力传感器(19)和温度传感器(13)分别通过导线与数据采集单元(15)相连，数据采集单元通过导线接入计算机(17)的输入端口，计算机(17)的一个输出端口与温控单元相连，另一个输出端口与控制单元(16)相连；固定夹具(8)包括导向臂(8-1)和设置在导向臂(8-1)上的扣环；所述扣环是通过弹性器件(8-2)相对联接的两个夹齿(8-3)，两个夹齿(8-3)的另一端通过螺栓(8-5)联接，在夹齿(8-3)的内壁上设置有橡胶层(8-4)，活动夹具(9)的结构与固定夹具(8)相同；恒温箱(1)内加热装置(2)的上方还设置有能够盛放样品的底板(3)；其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将与基准试件完全相同的待测沥青砂浆试件降温至5℃，保温30分钟，沿中间切割成两半；

2)在自愈温度为40～70℃的恒温条件下，将切成两半的待测沥青砂浆试件分别通过固定夹具(8)和活动夹具(9)固定，对其施加相向的恒定压力，压力为0.1MPa，切成两半的待测沥青砂浆试件在压力作用下产生自愈合，保持自愈时间为2～8小时，形成自愈试件；

3)将自愈试件与基准试件在恒温箱(1)内10℃保持3小时，依次对基准 试件与自愈试件分别进行等应变率单向拉伸，拉伸速度为2mm/min，至应力传感器(19)感应的拉力值达到最大值后停止拉伸，分别记录基准试件的拉伸强度σ_b1，自愈试件的拉伸强度σ_b2；

4)计算愈合系数HC_T(t)，计算公式为：

其中，T——试件自愈温度，℃

t——试件自愈时间，小时

σ_b1——基准试件的拉伸强度，MPa

σ_b2——自愈试件的拉伸强度，MPa。