CN103760104B - 集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置及试验方法，在底座上设置有底板和箱体，底座中心设置有电动机，箱体侧壁上分别设置6个液压油缸，底板为六边形板，底板的上表面上沿六角方向加工有6个滑槽，6个滑槽内分别设置6个从动轴，每个液压油缸的活塞杆与一个从动轴侧面联接，从动轴的侧面还设置有凹面试件，电动机的输出轴设置在主动轴下表面，主动轴下表面一侧还设置有扭矩传感器，主动轴的侧面与凹面试件对应设置有6个凸面试件。实验装置操作简便、测试准确，试验方法原理简单、自动化程度高。

Description

集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于公路工程沥青及沥青混合料试验装置技术领域，具体涉及到一种集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置及试验方法。

背景技术

公路沥青面层是由沥青和集料经拌和、摊铺、碾压而成，通过沥青的粘附能力将松散的集料颗粒粘结成为一种整体性材料。沥青与集料的粘附性是指沥青薄膜在集料表面上的附着能力和抗剥落性能，一个十分重要的技术指标，它直接关系到沥青混合料的强度、稳定性与耐久性，进而影响沥青路面的使用品质。在沥青路面中，沥青与集料间应具有良好的粘附性。

目前实施的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）中，对于粒径大于13.2mm的集料测试沥青与集料的粘附性采用水煮法，对粒径小于或等于13.2mm的集料测试沥青与集料的粘附性采用水浸法。当同一种料源集料既有大于也有小于13.2mm的集料时，取大于13.2mm水煮法试验为标准。此外，还有动态剥落试验（法国的冲击脱落试验），美国SHRP净吸附试验，欧洲标准试验、旋转瓶试验等。

上述试验能够较好的测试沥青与集料间的力粘附性，但是沥青与集料间的粘附性不仅与沥青自身的性质有关，而且与集料的表面形状有关，而上述试验方法都没有涉及到集料颗粒接触面形状对沥青与集料粘附性的影响。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于提供一种原理简单、操作简便、测试准确、自动化程度高的集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供了一种应用集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置的试验方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：

在底座上设置有底板和箱体，底座中心设置有电动机，箱体侧壁上分别设置6个液压油缸，底板为六边形板，底板的上表面上沿六角方向加工有6个滑槽，6个滑槽内分别设置6个从动轴，每个液压油缸的活塞杆与一个从动轴侧面联接，从动轴的侧面还设置有凹面试件，电动机的输出轴设置在主动轴下表面，主动轴下表面一侧还设置有扭矩传感器，主动轴的侧面与凹面试件对应设置有6个凸面试件。

采用本发明试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1、将集料原料的接触表面切割成型为大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面6种不同的形状，每种接触面形状的待测试件制作3组，每组分为接触面形状相互吻合的1个凹面试件和1个凸面试件，将切割成型的集料试件表面打磨光滑，蒸馏水煮沸清洗，140℃干燥1小时；制作完成的待测试件分为3份，每份中接触面形状为大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面的待测试件各一组，组成一次试验用的待测试件；

2、将待测试件分别固定安装在主动轴和从动轴上，调节主动轴和6个从动轴上的凹面试件与主动轴上的凸面试件之间的距离为1.5mm；

3、由可编程控制器接通电动机电源，电动机转速为0.5rad/min，电动机的输出轴带动主动轴旋转，主动轴旋转与从动轴接触带动从动轴旋转，扭矩传感器记录主动轴的空转扭矩S₀并通过数据线传输到计算机中；由可编程控制器关闭电动机电源，调节个从动轴至滑槽外缘；

4、沥青加热至140℃，将沥青涂覆在接触表面形状为大圆形的凹面试件和凸面试件之间，由可编程控制器控制电磁阀门接通，启动安装有大圆形凹面试件的从动轴上的液压油缸，调整该从动轴上的凹面试件与主动轴上的凸面试件接触面紧密粘结，室温冷却15分钟；

5、由可编程控制器接通电动机电源，电动机转速为0.5rad/min，电动机的输出轴带动主动轴旋转，直至主动轴与安装有大圆形凹面试件的从动轴完全分离；扭矩传感器记录主动轴与安装有大圆形凹面试件的从动轴之间的最大粘附扭矩S₁并通过数据线传输到计算机中；

6、由上述步骤测得的最大空转扭矩S₀和最大粘附扭矩S₁计算接触面为大圆形的待测试件的比例系数m₁，根据以下公式：

$m_1=\frac{S_1-S_0}{S_1}$

7、重复上述步骤4至6，依次试验接触面为小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面的待测试件，测得相应的最大粘附扭矩S₂、S₃、S₄、S₅、S₆，根据公式计算得比例系数m₂、m₃、m₄、m₅、m₆。

8、比较比例系数m₁～m₆的数值大小，比例系数m数值越大表明沥青和集料的粘附性能越好，得出接触面形状对沥青与集料粘附性的影响。

本发明提供的集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置及试验方法通过制作6种不同接触面形状的集料试件涵盖实际应用中的集料表面形状，试验过程中分步在每一对完全吻合的凹面集料和凸面集料之间涂覆沥青，通过主动轴和从动轴的转动测试集料颗粒接触面形状对沥青与集料粘附性的影响，实验装置结构合理、操作简单、自动化程度高，试验方法测试精度高、测试稳定性好。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中底板7的俯视图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但本发明不局限于下述的实施方式。

实施例1

在图1、2、3中，本发明的集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置由主动轴1、从动轴2、液压油缸3、箱体4、扭矩传感器5、电动机6、底板7、底座8、可编程控制器9、计算机10、电磁阀门13联接构成。

在底座8上表面沿外边缘焊接有箱体4，底座8为正六边形，底座8上焊接有与底座8同心的正六边形底板7，底板7上表面沿正六边形六角的方向加工有滑槽a。滑槽a内分别用螺纹紧固连接件固定连接有6个从动轴2，从动轴2面向主动轴1的一侧用螺纹紧固连接件固定安装有凹面试件11，凹面试件11的凹面有大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面6种不同的形状，底座8中心用螺纹紧固连接件固定安装电动机6，电动机6的输出轴上通过螺纹连接有主动轴1，在主动轴1底面的一侧还固定安装有扭矩传感器5，主动轴1侧面与6个从动轴2对应位置分别用螺纹紧固连接件固定安装有凸面试件12，凸面试件12的凸面有大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面6种不同的形状，每种形状的凹面试件11和凸面试件12为同一集料切割而成，接触面形状完全吻合，箱体4内侧用螺纹紧固连接件固定安装有液压油缸3，液压油缸3的活塞杆端部用螺纹固定联接在从动轴2侧壁上，液压油缸3的活塞杆可以推动从动轴2在底板7上表面的滑槽a中滑动，箱体4的外侧还固定安装有电磁阀门13和可编程控制器9，箱体4外部设置有计算机10，电磁阀门13和电动机6用导线与可编程控制器9相连，可编程控制器9用导线与计算机10相连，扭矩传感器5用数据线与计算机10相连。

使用本发明的集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置试验时，将加热至140℃的沥青涂覆在接触面为大圆形的凹面试件11和凸面试件12的接触面上，可编程控制器9根据事先设定的程序接通接触面为大圆形的凹面试件所在的从动轴2处电磁阀门13的电源，开动液压油缸3，液压油缸3的活塞杆推动从动轴2在滑槽a内滑动，直至从动轴2上的大圆形凹面试件11与主动轴1上的大圆形凸面试件12完全吻合。待沥青凝固后，可编程控制器9根据事先设定的程序接通电动机6的电源，电动机6带动主动轴1以0.5rad/min的转速转动，从动轴2也跟随主动轴1反向转动直至凹面试件11与凸面试件12完全分离后断开电动机6的电源。扭矩传感器5将测得的数据通过导线传输到计算机10中分析计算最大粘附扭矩。

采用上述的装置进行集料形状对沥青与集料粘附性影响试验的试验方法，包括以下步骤：

1）将集料原料的接触表面切割成型为大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面6种不同的形状，每种接触面形状的待测试件制作3组，每组分为接触面形状相互吻合的1个凹面试件11和1个凸面试件12，将切割成型的集料试件表面打磨光滑，用蒸馏水煮沸清洗，140℃干燥1小时；将制作完成的待测试件分为3份，每份中接触面形状为大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面的待测试件各一组，组成一次试验用的待测试件；

2）将待测试件分别固定安装在主动轴1和从动轴2上，分别调节主动轴1和6个从动轴2上的凹面试件11与主动轴1上的凸面试件12之间的距离为1.5mm；

3）由可编程控制器9接通电动机6电源，电动机6转速为0.5rad/min，电动机6的输出轴带动主动轴1旋转，主动轴1旋转与从动轴2接触带动从动轴2旋转，扭矩传感器5记录主动轴1的空转扭矩S₀并通过数据线传输到计算机10中；由可编程控制器9关闭电动机6电源，调节6个从动轴2至滑槽外缘；

4）沥青加热至140℃，将沥青涂覆在接触表面形状为大圆形的凹面试件11和凸面试件12之间，由可编程控制器9控制电磁阀门13接通，启动安装有大圆形凹面试件12的从动轴2上的液压油缸3，调整该从动轴2上的凹面试件11与主动轴1上的凸面试件12接触面紧密粘结，室温冷却15分钟；

5）由可编程控制器9接通电动机6电源，电动机6转速为0.5rad/min，电动机6的输出轴带动主动轴1旋转，直至主动轴1与安装有大圆形凹面试件12的从动轴2完全分离；扭矩传感器5记录主动轴1与安装有大圆形凹面试件12的从动轴2之间的最大粘附扭矩S₁并通过数据线传输到计算机10中；

6）由上述步骤测得的最大空转扭矩S₀和最大粘附扭矩S₁计算接触面为大圆形的待测试件的比例系数m₁，根据以下公式：

$m_1=\frac{S_1-S_0}{S_1}$

7）重复上述步骤4）至6），依次试验接触面为小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面的待测试件，测得相应的最大粘附扭矩S₂、S₃、S₄、S₅、S₆，根据公式计算得比例系数m₂、m₃、m₄、m₅、m₆。

8）比较比例系数m₁～m₆的数值大小，比例系数m数值越大表明沥青和集料的粘附性能越好，得出接触面形状对沥青与集料粘附性的影响。

为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1的集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置及试验方法，对沥青与6种不同接触面形状的集料试件进行了3次试验，试验方法如下：

1、试验方法

试验方法与实施例1的试验方法相同，第一次实验结果见表1

表1第一次试验结果

第二次实验结果见表2

表2第二次试验结果

第三次实验结果见表3

表3第三次试验结果

三次测量的比例系数m结果均表明：

m₄>m₃>m₂>m₁>m₆>m₅；

由此可知：接触面形状对沥青与集料粘附性影响的大小顺序为：

尖三角>钝三角>小圆形>大圆形>窄平面>宽平面

2、试验结论：试验结果显示本实验装置及试验方法证明了集料不同接触面形状下沥青于集料黏附性有所不同，集料不同接触面形状下所测比例系数从大到小为尖三角、钝三角、小圆形、大圆形、窄平面、宽平面。当集料接触面形状为尖三角时，所测比例系数最大，此时沥青与集料的粘附性最好；接触面形状为宽平面时，沥青与集料的粘附性最差。通过上述试验结果，可对实际中提高沥青路面水稳定性时集料级配的设计起到参考作用。

Claims (2)

1.一种集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置，其特征在于：在底座(8)上设置有底板(7)和箱体(4)，底座(8)中心设置有电动机(6)，箱体(4)侧壁上分别设置6个液压油缸(3)，底板(7)为六边形板，底板(7)的上表面上沿六角方向加工有6个滑槽(a)，6个滑槽(a)内分别设置6个从动轴(2)，每个液压油缸(3)的活塞杆与一个从动轴(2)侧面联接，从动轴(2)的侧面还设置有凹面试件(11)，电动机(6)的输出轴设置在主动轴(1)下表面，主动轴(1)下表面一侧还设置有扭矩传感器(5)，主动轴(1)的侧面与凹面试件(11)对应设置有6个凸面试件(12)。

2.一种使用权利要求1的集料形状对沥青与集料粘附性影响的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)将集料原料的接触表面切割成型为大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面6种不同的形状，每种接触面形状的待测试件制作3组，每组分为接触面形状相互吻合的1个凹面试件(11)和1个凸面试件(12)，将切割成型的集料试件表面打磨光滑，蒸馏水煮沸清洗，140℃干燥1小时；制作完成的待测试件分为3份，每份中接触面形状为大圆形、小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面的待测试件各一组，组成一次试验用的待测试件；

2)将待测试件分别固定安装在主动轴(1)和从动轴(2)上，调节主动轴(1)和6个从动轴(2)上的凹面试件(11)与主动轴(1)上的凸面试件(12)之间的距离为1.5mm；

3)由可编程控制器(9)接通电动机(6)电源，电动机(6)转速为0.5rad/min，电动机(6)的输出轴带动主动轴(1)旋转，主动轴(1)旋转与从动轴(2)接触带动从动轴(2)旋转，扭矩传感器(5)记录主动轴(1)的空转扭矩S₀并通过数据线传输到计算机(10)中；由可编程控制器(9)关闭电动机(6)电源，调节6个从动轴(2)至滑槽外缘；

4)沥青加热至140℃，将沥青涂覆在接触表面形状为大圆形的凹面试件(11)和凸面试件(12)之间，由可编程控制器(9)控制电磁阀门(13)接通，启动安装有大圆形凹面试件(12)的从动轴(2)上的液压油缸(3)，调整该从动轴(2)上的凹面试件(11)与主动轴(1)上的凸面试件(12)接触面紧密粘结，室温冷却15分钟；

5)由可编程控制器(9)接通电动机(6)电源，电动机(6)转速为0.5rad/min，电动机(6)的输出轴带动主动轴(1)旋转，直至主动轴(1)与安装有大圆形凹面试件(12)的从动轴(2)完全分离；扭矩传感器(5)记录主动轴(1)与安装有大圆形凹面试件(12)的从动轴(2)之间的最大粘附扭矩S₁并通过数据线传输到计算机(10)中；

6)由上述步骤测得的最大空转扭矩S₀和最大粘附扭矩S₁计算接触面为大圆形的待测试件的比例系数m₁，根据以下公式：

$m_1=\frac{S_1-S_0}{S_1};$

7)重复上述步骤4)至6)，依次试验接触面为小圆形、钝三角、尖三角、宽平面、窄平面的待测试件，测得相应的最大粘附扭矩S₂、S₃、S₄、S₅、S₆，根据公式计算得比例系数m₂、m₃、m₄、m₅、m₆；

8)比较比例系数m₁～m₆的数值大小，比例系数m数值越大表明沥青和集料的粘附性能越好，得出接触面形状对沥青与集料粘附性的影响。