CN103267686B - 沥青混合料旋转剪切应力松弛试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
沥青混合料旋转剪切应力松弛试验装置及方法，属于沥青混合料力学性能测试技术领域。由试验平台、加载系统、温控系统和计算机控制系统组成；加载系统包括可由计算机控制的变频器（11）、电子刹车器（12）、减速箱（25）和微型电机（26）。计算机控制系统（1）通过变频器（11）控制电子刹车器（12）实现对沥青混合料试件（6）的旋转剪切加载、持荷及卸载，即应力松弛试验。本发明适用于测定普通沥青混合料、SMA沥青混合料、再生沥青混合料及其他沥青混合料在不同温度、不同应变水平及不同加载、持荷时间参数下的应力松弛性能试验。当重复次数设定为多次并设定卸载、持荷、卸载及停留时间等其余试验参数时，可完成重复应力松弛试验。
Description
技术领域
本发明属于沥青混合料力学性能测试领域，特别是涉及对沥青混合料应力松弛性能的试验测定技术。
背景技术
沥青混合料的应力松弛是指在温度及应变恒定的条件下，应力随时间衰减的特性，通常有两种评定指标，即应力松弛时间和应力松弛模量，分别反映沥青混合料的应力松弛速率和应力松弛能力。沥青混合料具有粘弹性，在较高温度时应力会因松弛能力强而很快消失，在温度较低时，沥青混合料的应力松弛能力较差，松弛速度慢。在相同的温度和应变条件下，沥青混合料的应力松弛速度越慢，其抗裂性能越差。因此，沥青混合料的应力松弛性能是评价其低温开裂性能的重要指标。同时，应力松弛试验是确定沥青混合料的粘弹性参数最基本的试验方法之一，可以为粘弹性理论分析提供参数依据。
目前，用于沥青混合料应力松弛试验的方法主要有弯曲应力松弛、压缩应力松弛和直接拉伸应力松弛等，分别通过弯曲变形、直接压缩或拉伸变形实现应力松弛试验，而采用旋转剪切加载方式的应力松弛试验方法则未见报道。
基于申请者已申报的“沥青旋转剪切松弛试验装置”专利(申请号201310073734.8)，考虑到沥青混合料的材料特性、试件成型特点、夹具构造(采用卡盘夹持法取代粘结法)和传感器性能(最大量程、精度)等都有较大差异。需要对其整体结构进行以下改动：(1)采用电机加载代替砝码加载；(2)加载系统中设有电子刹车器，使微型电机产生固定的转动角度，并保持角度不变，从而使试件获得恒定的应变。
发明内容
针对现有技术中缺少沥青混合料旋转剪切应力松弛性能测试的试验设备，本发明提供一种可自动完成旋转剪切加载、持荷、卸载及控温，且具有良好经济适用性的沥青混合料旋转剪切应力松弛试验装置。
沥青混合料旋转剪切应力松弛试验装置，由试验平台、加载系统、温控系统和计算机控制系统组成；
试验平台主要由试验试件、用于加载的微型电机、平台钢板、轴承座、扭矩传感器及编码器、固定轴、旋转轴、门式支架、拉线式位移传感器及编码器、位移测量拉线和平衡块组成；将扭矩传感器及编码器和三个轴承座顺序并列地固定于平台钢板上，与扭矩传感器及编码器靠近的一个轴承座用于支撑固定轴；其它两个轴承座用于支撑旋转轴；固定轴的一端与扭矩传感器及编码器可拆卸固定连接，另一端与试验试件可拆卸固定连接；旋转轴的一端与试验试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器与微型电机的输出轴可拆卸固定连接；旋转轴和微型电机可沿轴线方向活动，便于将试验试件固定在旋转轴和固定轴之间；门式支架跨过旋转轴垂直固定在平台钢板上，拉线式位移传感器及编码器固定在门式支架的上梁，位置处于使拉线式位移传感器拉线与旋转轴垂直相切；位移测量拉线的一端与拉线式位移传感器拉线为可拆卸固定连接，另一端均匀、单层缠绕在旋转轴上；平衡块位于旋转轴的下方，平衡块拉线的一端与平衡块为可拆卸固定连接，另一端从平台钢板的开孔中穿过平台钢板，再均匀、单层缠绕在旋转轴上；位移测量拉线和平衡块拉线垂直于地面并与旋转轴截面边缘保持相切，且拉线的端头均固定在旋转轴上；位移测量拉线在旋转轴缠绕半径为固定常数，拉线式位移传感器拉线的拉力通过位移测量拉线对旋转轴所产生的力矩与平衡块拉线作用于旋转轴的力矩相平衡。
温度控制系统主要由高低温试验箱、温控箱、两个连接管和安装在连接管上的微型气泵组成；温控箱将试验试件罩在其间，两个连接管和安装在连接管上的微型气泵将高低温试验箱和温控箱连接形成闭合的热循环温控系统；试验前的沥青混合料试件在高低温试验箱中的养护架上实施养护；温度编码器将来自温控箱中的温度传感器的数据传输到计算机系统。
试验试件由夹具、卡盘、垫片和沥青混合料试件组成；沥青混合料试件采用截面为圆形或正方形的柱体，两个卡盘分别固定于柱形沥青混合料试件的两端，金属垫片垫在卡盘的卡爪和沥青混合料试件之间；两端带有卡盘的柱形沥青混合料试件的两端再通过一对夹具分别与固定轴和旋转轴可拆卸固定连接；旋转轴一端通过夹具与试验试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器与加载系统连接。
加载系统为可由计算机控制的变频器、电子刹车器、减速箱和微型电机。
旋转剪切应力松弛试验的加载方式如下：
在计算机控制系统控制下微型电机正向转动，当沥青混合料试件的旋转角位移或理论剪切应变达到试验设定值时，计算机控制系统通过变频器改变电压控制电子刹车器进行工作，使微型电机立即停止转动并且锁定微型电机的转子，沥青混合料试件产生恒定的剪切应变，加载过程完成，加载系统及沥青混合料试件处于静态持荷状态。
当静态持荷时间达到试验设定值后，计算机控制系统通过变频器改变电压控制电子刹车器停止工作，使旋转轴及微型电机的转子可以自由转动，旋转轴承受扭矩为零，沥青混合料试件承受的理论剪切应力也逐渐减小至零，剪切应变不一定回复至零，卸载完成，应力松弛试验结束；如果需要进行重复应力松弛试验，则在静态停留给定时间后，计算机控制系统控制加载系统按设定参数继续重复运行，从而实现对沥青混合料试件的重复旋转剪切加载、持荷及卸载，即重复应力松弛及回复的试验。
本发明适用于测定普通沥青混合料、SMA沥青混合料、再生沥青混合料及其他沥青混合料在不同温度、不同应变水平及不同加载、持荷时间参数下的应力松弛性能。当重复次数设定为多次并设定卸载、持荷、卸载及停留时间等其余试验参数时，可完成重复应力松弛试验。
附图说明
图1是本发明的平面结构示意图。
图2是本发明的立面结构示意图。
图3是本发明的卡盘及沥青混合料固定方式示意图。
图中:1.计算机控制系统，2.扭矩传感器及编码器，3.固定轴，4.温度传感器，5.温度编码器，6.沥青混合料试件，7.门式支架，8.平衡块拉线，9.平台板钢板，10.旋转轴，11.变频器，12.电子刹车器，13.高低温试验箱，14.沥青混合料试样养护架，15.温控箱进气管，16.温控箱出气管，17.轴承座，18.微型气泵，19.夹具，20.卡盘，21.温控箱，22.拉线式位移传感器及编码器，23.平衡块滑，24.联轴器，25.减速箱，26.微型电机，27.拉线式位移传感器拉线，28.位移测量拉线，29.卡爪，30.垫片。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明做进一步的详细说明。
沥青混合料旋转剪切应力松弛试验装置，由试验平台、加载系统、温控系统和计算机控制系统组成；
试验平台由试验试件、用于加载的微型电机26、平台钢板9、轴承座17、扭矩传感器及编码器2、固定轴3、旋转轴10、门式支架7、拉线式位移传感器及编码器22、位移测量拉线28和平衡块23组成；将扭矩传感器及编码器2和三个轴承座17顺序并列地固定于平台钢板9上，与扭矩传感器及编码器2靠近的一个轴承座17用于支撑固定轴3；其它两个轴承座17用于支撑旋转轴10；固定轴3的一端与扭矩传感器及编码器2可拆卸固定连接，另一端与试验试件可拆卸固定连接；旋转轴10的一端与试验试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器24与微型电机26的输出轴可拆卸固定连接；旋转轴10和微型电机26可沿轴线方向活动，便于将试验试件固定在旋转轴10和固定轴3之间；门式支架7跨过旋转轴10垂直固定在平台钢板9上，拉线式位移传感器及编码器22固定在门式支架7的上梁，位置处于使拉线式位移传感器拉线27与旋转轴10垂直相切；位移测量拉线28的一端与拉线式位移传感器拉线27为可拆卸固定连接，另一端均匀、单层缠绕在旋转轴10上；平衡块23位于旋转轴10的下方，平衡块拉线8的一端与平衡块23为可拆卸固定连接，另一端从平台钢板9的开孔中穿过平台钢板9，再均匀、单层缠绕在旋转轴10上；位移测量拉线28和平衡块拉线8垂直于地面并与旋转轴10截面边缘保持相切，且拉线的端头均固定在旋转轴10上；位移测量拉线28在旋转轴10缠绕半径为固定常数，拉线式位移传感器拉线27的拉力通过位移测量拉线28对旋转轴10所产生的力矩与平衡块拉线8作用于旋转轴10的力矩相平衡；
温度控制系统由高低温试验箱13、温控箱21、两个连接管和安装在连接管上的微型气泵18组成；温控箱21将试验试件罩在其间，两个连接管和安装在连接管上的微型气泵18将高低温试验箱13和温控箱21连接形成闭合的热循环温控系统；试验前的沥青混合料试件6在高低温试验箱13中的养护架14上实施养护；温度编码器5将来自温控箱21中的温度传感器4的数据传输到计算机控制系统1；
试验试件由夹具19、卡盘20、垫片30和沥青混合料试件6组成；沥青混合料试件6采用截面为圆形或正方形的柱体，两个卡盘20分别固定于柱形沥青混合料试件6的两端，金属垫片30垫在卡盘20和沥青混合料试件6之间的卡爪下；两端带有卡盘20的柱形沥青混合料试件6的两端再通过一对夹具19分别与固定轴3和旋转轴10可拆卸固定连接；旋转轴10一端通过夹具19与试验试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器24与加载系统连接；
加载系统为可由计算机控制的电子刹车器12、变频器11、减速箱25和微型电机26。
旋转剪切应力松弛试验的加载方式如下：
在计算机控制系统控制下微型电机正向转动，当沥青混合料试件6的旋转角位移或理论剪切应变达到试验设定值时，计算机控制系统1通过变频器11改变电压控制电子刹车器12进行工作，使微型电机26立即停止转动并且锁定微型电机26的转子，沥青混合料试件6产生恒定的剪切应变，加载过程完成，加载系统及沥青混合料试件6处于静态持荷状态；
当静态持荷时间达到试验设定值后，计算机控制系统1通过变频器11改变电压控制电子刹车器12停止工作，使旋转轴10及微型电机26的转子可以自由转动，旋转轴10承受扭矩为零，沥青混合料试件6承受的理论剪切应力也逐渐减小至零，剪切应变不一定回复至零，卸载完成，应力松弛试验结束；如果需要进行重复应力松弛试验，则在静态停留给定时间后，计算机控制系统1控制加载系统按设定参数继续重复运行，从而实现对沥青混合料试件6的重复旋转剪切加载、持荷及卸载，即重复应力松弛及回复的试验。
Claims (2)
1.沥青混合料旋转剪切应力松弛试验装置，由试验平台、加载系统、温控系统和计算机控制系统组成；
试验平台主要由试验试件、用于加载的微型电机(26)、平台钢板(9)、轴承座(17)、扭矩传感器及编码器(2)、固定轴(3)、旋转轴(10)、门式支架(7)、拉线式位移传感器及编码器(22)、位移测量拉线(28)和平衡块(23)组成；将扭矩传感器及编码器(2)和三个轴承座(17)顺序并列地固定于平台钢板(9)上，与扭矩传感器及编码器(2)靠近的一个轴承座(17)用于支撑固定轴(3)；其它两个轴承座(17)用于支撑旋转轴(10)；固定轴(3)的一端与扭矩传感器及编码器(2)可拆卸固定连接，另一端与试验试件可拆卸固定连接；旋转轴(10)的一端与试验试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器(24)与微型电机(26)的输出轴可拆卸固定连接；旋转轴(10)和微型电机(26)可沿轴线方向活动，便于将试验试件固定在旋转轴(10)和固定轴(3)之间；门式支架(7)跨过旋转轴(10)垂直固定在平台钢板(9)上，拉线式位移传感器及编码器(22)固定在门式支架(7)的上梁，位置处于使拉线式位移传感器拉线(27)与旋转轴(10)垂直相切；位移测量拉线(28)的一端与拉线式位移传感器拉线(27)为可拆卸固定连接，另一端均匀、单层缠绕在旋转轴(10)上；平衡块(23)位于旋转轴(10)的下方，平衡块拉线(8)的一端与平衡块(23)为可拆卸固定连接，另一端从平台钢板(9)的开孔中穿过平台钢板(9)，再均匀、单层缠绕在旋转轴(10)上；位移测量拉线(28)和平衡块拉线(8)垂直于地面并与旋转轴(10)截面边缘保持相切，且拉线的端头均固定在旋转轴(10)上；位移测量拉线(28)在旋转轴(10)缠绕半径为固定常数，拉线式位移传感器拉线(27)的拉力通过位移测量拉线(28)对旋转轴(10)所产生的力矩与平衡块拉线(8)作用于旋转 轴(10)的力矩相平衡；
温度控制系统主要由高低温试验箱(13)、温控箱(21)、两个连接管和安装在连接管上的微泵(18)组成；温控箱(21)将试验试件罩在其间，两个连接管和安装在连接管上的微泵(18)将高低温试验箱(13)和温控箱(21)连接形成闭合的热循环温控系统；试验前的沥青混合料试件(6)在高低温试验箱(13)中的养护架(14)上实施养护；温度编码器(5)将来自温控箱(21)中的温度传感器(4)的数据传输到计算机控制系统(1)；
试验试件由夹具(19)、卡盘(20)、垫片(30)和沥青混合料试件(6)组成；沥青混合料试件(6)采用截面为圆形或正方形的柱体，两个卡盘(20)分别固定于柱形沥青混合料试件(6)的两端，金属垫片(30)垫在卡盘(20)和沥青混合料试件(6)之间的卡爪下；两端带有卡盘(20)的柱形沥青混合料试件(6)的两端再通过一对夹具(19)分别与固定轴(3)和旋转轴(10)可拆卸固定连接；旋转轴(10)一端通过夹具(19)与试验试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器(24)与加载系统连接；
其特征在于：加载系统为可由计算机控制的变频器(11)、电子刹车器(12)、减速箱(25)和微型电机(26)。
2.一种利用权利要求1所述装置进行沥青混合料旋转剪切应力松弛试验的方法：
在计算机控制系统控制下微型电机正向转动，当沥青混合料试件(6)的旋转角位移或理论剪切应变达到试验设定值时，计算机控制系统(1)通过变频器(11)改变电压控制电子刹车器(12)进行工作，使微型电机(26)立即停止转动并且锁定微型电机(26)的转子，沥青混合料试件(6)产生恒定的剪切应变， 加载过程完成，加载系统及沥青混合料试件(6)处于静态持荷状态；
当静态持荷时间达到试验设定值后，计算机控制系统(1)通过变频器(11)改变电压控制电子刹车器(12)停止工作，使旋转轴(10)及微型电机(26)的转子可以自由转动，旋转轴(10)承受扭矩为零，沥青混合料试件(6)承受的理论剪切应力也逐渐减小至零，剪切应变不一定回复至零，卸载完成，应力松弛试验结束；如果需要进行重复应力松弛试验，则在静态停留给定时间后，计算机控制系统(1)控制加载系统按设定参数继续重复运行，从而实现对沥青混合料试件(6)的重复旋转剪切加载、持荷及卸载，即重复应力松弛及回复的试验。
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