CN103196743A - 沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，包括加载环境箱、加载环境箱驱动装置、圆柱体试件、圆柱形铅棒、切向限位装置、橡胶轮和橡胶轮驱动装置，加载环境箱与加载环境箱驱动装置连接，圆柱体试件沿轴向中心开有用于填充圆柱形铅棒的圆柱孔；切向限位装置固定安装在加载环境箱中；橡胶轮与橡胶轮驱动装置连接，在橡胶轮驱动装置的驱动下，橡胶轮能按照设定速度作自转；圆柱体试件与橡胶轮接触且位于橡胶轮上方。本发明能有效控制了试件的公转速度、荷载的稳定性、试件的自转速度；能采用确定的试件自转和公转速度进行试验，便于建立加载次数与实际路面车辆作用次数的关系，有利于试验结果的应用。
Description
技术领域
本发明涉及道路路面内部材料力学性能的检测技术，尤其是一种沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法。
背景技术
发明专利“一种沥青混合料圆柱体试件的加载装置及其检测方法”（申请号：2012 1 0540486.9）采用的沥青混合料圆柱体试件的加载装置，包括圆柱形桶、驱动装置和温度控制装置；在加载装置的圆柱形桶内放置圆柱体试件，使得试件侧面紧贴桶内壁，依靠桶壁的摩擦力驱动圆柱体试件转动。存在的问题是：依靠桶壁材料提供的摩擦力驱动试件自转，同时绕加载桶的轴心转动（简称公转）。摩擦系数决定了试件自转和公转速度。但是，试验过程中，桶壁材料与试件表面摩擦一定次数后，摩擦系数逐渐减小，试件自转和公转速度发生变化。于是，试件受到的离心力也发生变化，且无法控制。
发明内容
本发明的目的是提供沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，本发明能在离心加载过程中，有效控制试件自转和公转速度，具体技术方案如下。
沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其包括如下步骤：
①安装沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置上的圆柱试件，使圆柱试件与橡胶轮接触，所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置包括加载环境箱、加载环境箱驱动装置、圆柱体试件、圆柱形铅棒、切向限位装置、橡胶轮和橡胶轮驱动装置；
②启动加载环境箱驱动装置，使得加载环境箱单向旋转，转速为1000 r/min ~10000r/min；
③启动橡胶轮驱动装置，使得橡胶轮单向旋转，转速为10 r/min ~1000r/min；
④圆柱体试件公转和自转设定次数后，量测试件加载位置的厚度，计算厚度变化率；加载后试件厚度的变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后加载位置试件厚度/（未加载试件外径-未加载试件内径）。
进一步的，步骤①所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置还包括温度控制装置，将加载环境箱的内部空气的温度控制在试验温度±0.1℃范围内；试验温度为-40℃~+80℃；离心加载前，试件在加载环境箱中保温时间为45min~90min。
进一步的，步骤①所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置中，加载环境箱2与加载环境箱驱动装置1连接，加载环境箱2在加载环境箱驱动装置1带动下能在设定速度下作单向公转，圆柱体试件4沿轴向中心开有用于填充圆柱形铅棒5的圆柱孔；切向限位装置3固定安装在加载环境箱2中，用于防止圆柱体试件4和橡胶轮6在加载环境箱2中沿加载环境箱2公转轨道的切向移动；圆柱体试件4的中心转轴安装在切向限位装置3的切向限位槽9中，橡胶轮6与橡胶轮驱动装置7连接；圆柱体试件4与橡胶轮6接触，在橡胶轮驱动装置7的驱动下，橡胶轮6能按照设定速度作自转；在橡胶轮6带动圆柱体试件4按照设定的转速自转。
进一步的，切向限位槽9为长方形，切向限位槽9长度方向的中心线与橡胶轮转轴7和环境箱驱动装置1的转轴垂直。
进一步的，切向限位槽9的宽度与圆柱体试件4的中心转轴外径相同；切向限位槽9靠近橡胶轮的一端与橡胶轮驱动装置7的转轴的距离h为橡胶轮半径的0.3倍；切向限位槽9的长度为圆柱体试件外径的2倍。
进一步的，步骤①所述圆柱体试件4的外径为100mm~200mm；圆柱体试件4的中心圆柱孔孔径为外径的0.1~0.5倍；高度为40mm~400mm。
进一步的，步骤①所述圆柱形铅棒5的外径与圆柱体试件4的中心孔内径相同；高度于圆柱体试件4的高度相同。
进一步的，步骤①所述橡胶轮6为实心圆柱体形状，直径与圆柱体试件外径相同；轴向宽度为圆柱体试件高度h的0.2~0.8倍。
进一步的，橡胶轮与圆柱体试件接触的位置位于圆柱体试件外侧中部。与现有技术相比，本发明具有下述优点及有益效果：
（1）与专利申请“一种沥青混合料圆柱体试件的加载装置及其检测方法”（申请号：2012 1 0540486.9）相比，本发明的试件切向限位装置，使得试件与加载框同步转动，有效控制了试件的公转速度，控制了荷载的稳定性。
（2）与专利“一种沥青混合料圆柱体试件的加载装置及其检测方法”（申请号：2012 1 0540486.9）相比，本发明通过试件下方的橡胶轮带动试件自转，有效控制了试件的自转速度。
（3）本发明采用确定的试件自转和公转速度进行试验，便于建立加载次数与实际路面车辆作用次数的关系，有利于试验结果的应用。
附图说明
图1为沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置示意图（俯视图）。
图2为圆柱体试件和橡胶轮的相对位置示意图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
如图1，沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置，包括加载环境箱2、加载环境箱驱动装置1、圆柱体试件4、圆柱形铅棒5、切向限位装置3（本实例采用一支架，通过限制铅棒中心轴和橡胶轮中心轴的切向运动，限制试件和橡胶轮的切向运动）、橡胶轮6和橡胶轮驱动装置7，加载环境箱2与加载环境箱驱动装置1连接，加载环境箱2在加载环境箱驱动装置1带动下能在设定速度下作单向公转，圆柱体试件4沿轴向中心开有用于填充圆柱形铅棒5的圆柱孔；切向限位装置3固定安装在加载环境箱2中，用于防止圆柱体试件4和橡胶轮6在加载环境箱2中沿加载环境箱2公转轨道的切向移动；圆柱体试件4的中心转轴安装在切向限位装置3的切向限位槽9中，橡胶轮6与橡胶轮驱动装置7连接，在橡胶轮驱动装置7的驱动下，橡胶轮6能按照设定速度作自转；圆柱体试件4与橡胶轮6接触且位于橡胶轮6上方，在橡胶轮6带动圆柱体试件4按照设定的转速自转。切向限位槽9为长方形，切向限位槽9长度方向的中心线与橡胶轮转轴7和环境箱驱动装置1的转轴垂直。切向限位槽9的宽度与圆柱体试件4的中心转轴外径相同；切向限位槽9靠近橡胶轮的一端与橡胶轮驱动装置7的转轴的距离h为橡胶轮半径的0.3倍；切向限位槽9的长度为圆柱体试件外径的2倍。
实施例1
（1）试验装置和原理
试验装置如图1所示。在圆柱体试件4中部钻孔，填充圆柱形铅棒5；放置在单向、高速旋转的加载环境箱2内；圆柱体试件4受自身和铅棒5的离心力作用，且在其中部（1/2高度处）受下方单向旋转的橡胶轮6的摩擦力、支持力作用。圆柱体试件4和橡胶轮6的相对位置如图2所示。圆柱体试件4的切向限位装置3，使得圆柱体试件4与加载环境箱2按照设定转速同步转动。通过圆柱体试件4下方的橡胶轮6带动圆柱体试件4按照设定的转速自转。
控制加载环境箱的温度，放置其中的圆柱体试件经历一定次数的公转和自转后，测定圆柱体试件的变形特性。
圆柱体试件4的外径为200mm；内径为外径的0.5倍；高度为400mm。
圆柱形铅棒5的外径与圆柱体试件4的内径相同；高度于圆柱体试件4的高度相同。
橡胶轮6为实心圆柱体形状。直径与圆柱体试件外径相同；宽度为圆柱体试件高度h的0.8倍。
（2）圆柱体试件制作
采用静压法制作的圆柱体试件。采用SBS改性沥青、玄武岩集料。混合料类型为AC-13C；油石比为4.8%。制作了3个圆柱体试件。
在实心的圆柱体试件中部钻出与圆柱体铅块同样尺寸的圆柱形孔，填充圆柱体铅块。
（3）试验方法
①安装圆柱体试件。将加载环境箱的内部空气的温度控制在试验温度±0.1℃范围内；试验温度为+80℃。加载前，圆柱体试件在环境箱中保温时间为90min。
②启动加载环境箱驱动装置，使得加载环境箱单向旋转，转速为10000r/min。
③启动橡胶轮驱动装置，使得橡胶轮单向旋转，转速为1000r/min。
（4）试验结果的评价指标与方法
圆柱体试件公转100000次、自转10000次数后，量测圆柱体试件加载位置的厚度，计算厚度变化率。加载后圆柱体试件厚度的变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后加载位置圆柱体试件厚度/（未加载圆柱体试件外径-未加载圆柱体试件内径）。试验结果见表1。
实施例2
（1）试验装置和原理
试验装置如图1所示。在圆柱体试件4中部钻孔，填充圆柱形铅棒5；放置在单向、高速旋转的加载环境箱2内；圆柱体试件4受自身和铅棒5的离心力作用，且在其中部（1/2高度处）受下方单向旋转的橡胶轮6的摩擦力、支持力作用。圆柱体试件4和橡胶轮6的相对位置如图2所示。圆柱体试件4的切向限位装置3，使得圆柱体试件4与加载环境箱2按照设定转速同步转动。通过圆柱体试件4下方的橡胶轮6带动圆柱体试件4按照设定的转速自转。
控制加载环境箱的温度，放置其中的圆柱体试件经历一定次数的公转和自转后，测定圆柱体试件的变形特性。
圆柱体试件4的外径为100mm；内径为外径的0.1倍；高度为40mm。
圆柱形铅棒5的外径与圆柱体试件4的内径相同；高度于圆柱体试件4的高度相同。
橡胶轮6为实心圆柱体形状。直径与圆柱体试件外径相同；宽度为圆柱体试件高度h的0.2倍。
（2）圆柱体试件制作
采用击实法制作的圆柱体试件。采用SBS改性沥青、玄武岩集料。混合料类型为AC-13C；油石比为4.8%。制作了3个圆柱体试件。
在实心的圆柱体试件中部钻出与圆柱体铅块同样尺寸的圆柱形孔，填充圆柱体铅块。
（3）试验方法
①安装圆柱体试件。将加载环境箱的内部空气的温度控制在试验温度±0.1℃范围内；试验温度为-40℃。加载前，圆柱体试件在环境箱中保温时间为45min。
②启动加载环境箱驱动装置，使得加载环境箱单向旋转，转速为1000 r/min。
③启动橡胶轮驱动装置，使得橡胶轮单向旋转，转速为10 r/min。
（4）试验结果的评价指标与方法
圆柱体试件公转100000次、自转1000次数后次数后，量测圆柱体试件加载位置的厚度，计算厚度变化率。加载后圆柱体试件厚度的变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后加载位置圆柱体试件厚度/（未加载圆柱体试件外径-未加载圆柱体试件内径）。试验结果见表1。
实施例3
（1）试验装置和原理
试验装置如图1所示。在圆柱体试件4中部钻孔，填充圆柱形铅棒5；放置在单向、高速旋转的加载环境箱2内；圆柱体试件4受自身和铅棒5的离心力作用，且在其中部（1/2高度处）受下方单向旋转的橡胶轮6的摩擦力、支持力作用。圆柱体试件4和橡胶轮6的相对位置如图2所示。圆柱体试件4的切向限位装置3，使得圆柱体试件4与加载环境箱2按照设定转速同步转动。通过圆柱体试件4下方的橡胶轮6带动圆柱体试件4按照设定的转速自转。
控制加载环境箱的温度，放置其中的圆柱体试件经历一定次数的公转和自转后，测定圆柱体试件的变形特性。
圆柱体试件4的外径为100mm；内径为外径的0.1倍；高度为40mm。
圆柱形铅棒5的外径与圆柱体试件4的内径相同；高度于圆柱体试件4的高度相同。
橡胶轮6为实心圆柱体形状。直径与圆柱体试件外径相同；宽度为圆柱体试件高度h的0.8倍。
（2）圆柱体试件制作
某高速公路沥青路面上面层采用SBS改性沥青、玄武岩集料。混合料类型为AC-13C；油石比为4.8%。在路面中钻取3个圆柱体的芯样。芯样外径为100mm。在实心的圆柱体芯样中部钻出与圆柱体铅块同样尺寸的圆柱形孔，填充圆柱体铅块。
（3）试验方法
①安装圆柱体试件。将加载环境箱的内部空气的温度控制在试验温度±0.1℃范围内；试验温度为+80℃。加载前，圆柱体试件在环境箱中保温时间为90min。
②启动加载环境箱驱动装置，使得加载环境箱单向旋转，转速为10000r/min。
③启动橡胶轮驱动装置，使得橡胶轮单向旋转，转速为1000r/min。
（4）试验结果的评价指标与方法
圆柱体试件公转10000次、自转1000次数后，量测圆柱体试件加载位置的厚度，计算厚度变化率。加载后圆柱体试件厚度的变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后加载位置圆柱体试件厚度/（未加载圆柱体试件外径-未加载圆柱体试件内径）。试验结果见表1。
表1各实施例的试验结果
由表1的试验结果可见，本发明的圆柱体试件切向限位装置，使得圆柱体试件与加载框同步转动，获得了稳定的圆柱体试件公转速度，圆柱体试件承受荷载大小稳定；通过圆柱体试件下方的橡胶轮带动圆柱体试件自转，有效控制了圆柱体试件的自转速度，圆柱体试件受力更加均匀，试验结果的变异性小。
Claims (9)
1.沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于包括如下步骤：
①安装沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置上的圆柱试件，使圆柱试件与橡胶轮接触，所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置包括加载环境箱、加载环境箱驱动装置、圆柱体试件、圆柱形铅棒、切向限位装置、橡胶轮和橡胶轮驱动装置；
②启动加载环境箱驱动装置，使得加载环境箱单向旋转，转速为1000 r/min ~10000r/min；
③启动橡胶轮驱动装置，使得橡胶轮单向旋转，转速为10 r/min ~1000r/min；
④圆柱体试件公转和自转设定次数后，量测试件加载位置的厚度，计算厚度变化率；加载后试件厚度的变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后加载位置试件厚度/（未加载试件外径-未加载试件内径）。
2.根据权利要求1所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于步骤①所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置还包括温度控制装置，将加载环境箱的内部空气的温度控制在试验温度±0.1℃范围内；试验温度为-40℃~+80℃；离心加载前，试件在加载环境箱中保温时间为45min~90min。
3.根据权利要求1所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于步骤①所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置中，加载环境箱2与加载环境箱驱动装置1连接，加载环境箱2在加载环境箱驱动装置1带动下能在设定速度下作单向公转，圆柱体试件4沿轴向中心开有用于填充圆柱形铅棒5的圆柱孔；切向限位装置3固定安装在加载环境箱2中，用于防止圆柱体试件4和橡胶轮6在加载环境箱2中沿加载环境箱2公转轨道的切向移动；圆柱体试件4的中心转轴安装在切向限位装置3的切向限位槽9中，橡胶轮6与橡胶轮驱动装置7连接；圆柱体试件4与橡胶轮6接触，在橡胶轮驱动装置7的驱动下，橡胶轮6能按照设定速度作自转；在橡胶轮6带动圆柱体试件4按照设定的转速自转。
4.根据权利要求3所述的沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于切向限位槽9为长方形，切向限位槽9长度方向的中心线与橡胶轮转轴7和环境箱驱动装置1的转轴垂直。
5.根据权利要求3所述的沥青混合料圆柱体试件离心加载试验装置，其特征在于切向限位槽9的宽度与圆柱体试件4的中心转轴外径相同；切向限位槽9靠近橡胶轮的一端与橡胶轮驱动装置7的转轴的距离h为橡胶轮半径的0.3倍；切向限位槽9的长度为圆柱体试件外径的2倍。
6.根据权利要求3所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于步骤①所述圆柱体试件4的外径为100mm~200mm；圆柱体试件4的中心圆柱孔孔径为外径的0.1~0.5倍；高度为40mm~400mm。
7.根据权利要求1所述的根据权利要求3所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于步骤①所述圆柱形铅棒5的外径与圆柱体试件4的中心孔内径相同；高度于圆柱体试件4的高度相同。
8.根据权利要求3所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于步骤①所述橡胶轮6为实心圆柱体形状，直径与圆柱体试件外径相同；轴向宽度为圆柱体试件高度h的0.2~0.8倍。
9.根据权利要求1~8任一项所述的所述沥青混合料圆柱体试件离心加载试验方法，其特征在于橡胶轮与圆柱体试件接触的位置位于圆柱体试件外侧中部。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150311 Termination date: 20210329 |