CN104655499B - 测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其包括：支架，其为刚性的立方体框架；壳体，其设置在所述支架的外周；驱动轴，其沿竖直方向延伸穿过在所述壳体的上部，并且其沿竖直方向可滑动地、沿轴心可旋转地与所述支架连接；竖直载荷加载装置，其连接至所述驱动轴的上部，以将竖直方向的载荷施加至所述驱动轴，所述旋竖直载荷加载装置还包括有竖直载荷传感器；旋转驱动装置，其连接至所述驱动轴，以使所述驱动轴沿其轴心旋转，所述旋转驱动装置还包括有扭矩传感器；连接压头，其下部为直径150mm的扁平的圆盘，该圆盘的中心处沿竖直方向向上固接有连接杆，该连接杆能够与所述驱动轴同轴连接；固定装置，其设置在所述支架的底部。

Description

测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备

技术领域

本发明涉及一种测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，特别是涉及一种能够测量半刚性基层与沥青面层层间处理措施、沥青面层层间处理措施、水泥混凝土面板与沥青面层层间处理措施的抗扭剪性能的设备。

背景技术

沥青层间处理措施是否有效是保证沥青路面结构层整体服役的关键，沥青路面结构层层间处理措施的粘结性能、抗层间滑移性能优劣是影响沥青路面使用质量和使用寿命的重要因素。

目前，国内外在路面层间处理措施的材料组成设计及性能评价方面尚未形成统一的标准、规范。当前层间处理措施，特别是乳化沥青类、热洒型沥青类及碎石封层类层间处理措施的材料组成设计均是依靠以往工程经验进行确定，再在实际施工中根据工程人员经验进行调整，且事后缺乏力学性能的质量检测与评价手段。

国内外在评价路面结构层包括桥面铺装层层间处理措施方面使用过很多试验方法，不同研究者的试验方法主要区别在：荷载模式、试件成型方法、试件尺寸与形状、加荷速率、环境条件控制等方面，

目前现场层间力学性能评价指标主要有拉拔强度，主要用来评价层间材料的粘结性能，该实验方法用于室内试验也可用于室外试验，但均尚未定型，受外界温度、拉拔面积、加载速率等影响因素较大，数据重现性、横向可比性较差。国内拉拔仪存在的问题主要有人工加载，加载速率不可控；拉拔仪形状多是矩形，沿用建筑行业的习惯，与公路行业沥青路面试件大多为圆形的实际情况不适应；采用圆形的拉拔仪面积一般较小，直径一般为10cm，而半刚性基层的最大粒径一般为31.5mm，拉拔强度受结构层最大粒径集料影响较大，且拉拔强度较小，变异系数较大，不适宜用来评价半刚性基层和沥青面层间的联结性能。

评价层间力学性能的试验方法还有直接剪切、斜剪试验，这两类试验不能直接用于路面现场检测，需将路面钻芯、切割后带回室内进行试验；试件形状多为矩形，与沥青路面试验检测常用的圆形不匹配；试件为圆形时，其尺寸又均为直径10cm以下，不适宜用来评价集料最大粒径大于31.5mm的路面结构层层间措施联结情况；存在的不足还有不能模拟不同路面结构层厚度对层间剪切强度的影响。

此外，长安大学研发了一套扭剪试验设备，主要用于桥面铺装层间性能评价，采用手动控制加载速率，尺寸为直径10cm，现场检测时变异系数较大；室内试验时不能用来评价不同结构厚度对层间扭剪强度的影响，不能模拟车轮荷载对层间扭剪强度的影响。

综上所述，研发一套测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，可以直接用于现场检测，用于评价现场施工质量；也可用于室内试验，用于层间处理措施的材料组成设计及抗扭剪性能评价；适用于半刚性基层沥青路面、水泥混凝土加铺沥青面层及水泥混凝土桥面铺装等路面，对于提高路面结构层层间处理措施的设计、施工质量意义重大。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备。该设备能够测量半刚性基层与沥青面层层间处理措施、沥青面层层间处理措施、水泥混凝土面板与沥青面层层间处理措施的抗扭剪性能。同时，该设备既可以用于施工现场，也可以用于室内检测。

为达到上述目的，本发明提供一种测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其包括：支架，其为刚性的立方体框架；壳体，其设置在所述支架的外周；驱动轴，其沿竖直方向延伸穿过在所述壳体的上部，并且其沿竖直方向可滑动地、沿轴心可旋转地与所述支架连接；竖直载荷加载装置，其连接至所述驱动轴的上部，以将竖直方向的载荷施加至所述驱动轴，所述旋竖直载荷加载装置还包括有竖直载荷传感器；旋转驱动装置，其连接至所述驱动轴，以使所述驱动轴沿其轴心旋转，所述旋转驱动装置还包括有扭矩传感器；连接压头，其下部为直径150mm的扁平的圆盘，该圆盘的中心处沿竖直方向向上固接有连接杆，该连接杆能够与所述驱动轴同轴连接；固定装置，其设置在所述支架的底部。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，其还包括数据采集控制装置和显示装置；其中，所述数据采集控制装置与所述竖直载荷传感器和所述扭矩传感器电性连接，并接收所述竖直载荷传感器和所述扭矩传感器输出的数据；并且，所述数据采集控制装置还与所述显示装置电性连接，从而将接收到的数据经处理后输出至所述显示装置。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，其还包括对中装置；该对中装置为直径150mm的半圆环，其通过连杆固接至所述支架的底部，所述半圆环的圆心与所述驱动轴的轴心在同一竖直轴线上。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，所述旋转驱动装置包括伺服电机和减速器，该伺服电机的输出端连接减速器的输入端，该减速器的输出端连接驱动轴，以对所述驱动轴施加1.4r/min的旋转速度。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，所述驱动轴的顶部设置有加载圆盘，所述竖直载荷加载装置连接至所述加载圆盘。并且，所述竖直载荷加载装置为马达或千斤顶。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，所述固定装置包括设置在所述支架底部四角处的固定片、设置在该固定片上螺栓孔以及与该螺栓孔相配合的地脚螺栓。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，所述连接压头的连接杆的顶端设置有连接凸部，所述驱动轴的底端设置有与该连接凸部相匹配的连接凹部。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，所述连接压头的连接杆的顶端设置有连接凹部，所述驱动轴的底端设置有与该连接凹部相匹配的连接凸部。

上述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中，所述支架底部四角处还设置有滑轮。

本发明采取以上技术方案后，其具有以下有益效果：

1、本发明中的连接压头为直径150mm的圆形，适用于现有半刚性基层沥青路面、水泥混凝土加铺沥青面层及水泥混凝土桥面铺装等场合现场检测，特别是路面结构层中有集料最大粒径大于26.5mm的情况；由于增大扭剪面积，扭转时阻力增大，便于测量，试验结果变异系数较小；且采用圆形试件后，与现有路面现场检测设备的钻芯机规格、室内试验的常用150mm模具相匹配，便于实际操作。

2、本发明采用电机匀速加载，加载速率为每分钟1.4r/min，有利于减小试验结果的变异性，增强试验结果的可比性、重现性。

3、本发明可以实现在扭转剪切时施加垂直荷载，可模拟汽车车轮作用于路面使路面剪切破坏的实际情况，如汽车在加速、减速或变向时，车轮对路面的剪切作用。

4、本发明还可以用于室内试验，可进行不同下承层类型半刚性基层材料、水泥混凝土材料、沥青混凝土材料与沥青混凝土材料的层间性能评价，还可进行上承层不同层厚沥青混凝土的层间性能评价，层厚为目前国内常用的30mm、40mm、50mm、80mm等。

5、本发明适宜用于现行沥青路面施工技术规范中规定的各种层间处理措施，包括乳化沥青类、热洒型沥青类、碎石封层类等层间处理措施。

6、本发明的设备轻便，各个组成部分均独立工作，方便检修；且拆卸灵活，便于移动搬运。本发明可放在鼓风干燥箱中进行不同温度条件下的扭剪试验，从而用于评价不同温度对层间措施扭剪强度的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中的对中装置的俯视示意图.

图3为本发明的对中装置与连接压头进行对中时的俯视示意图。

具体实施方式

参考附图所示，本发明提供了一种测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其可以包括：

支架1，其为刚性的长方体框架；

壳体2，其设置在所述支架的外周；

驱动轴3，其沿竖直方向延伸穿过在壳体2的上部，并且其沿竖直方向可滑动地、沿轴心可旋转地与支架1连接；

竖直载荷加载装置4，其连接至驱动轴3的上部，以将竖直方向的载荷施加至所述驱动轴，旋竖直载荷加载装置4还包括有竖直载荷传感器（未图示）；

旋转驱动装置5，其连接至驱动轴3，以使所述驱动轴沿其轴心旋转，旋转驱动装置5还包括有扭矩传感器（未图示）；

连接压头6，其下部为直径150mm的扁平的圆盘61，该圆盘61的中心处沿竖直方向向上固接有连接杆62，该连接杆62能够与驱动轴3同轴连接；

固定装置7，其设置在支架1的底部。

在本发明中，测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备还可以包括数据采集控制装置和显示装置（未图示）；其中，所述数据采集控制装置与所述竖直载荷传感器和所述扭矩传感器电性连接，并接收所述竖直载荷传感器和所述扭矩传感器输出的数据；并且，所述数据采集控制装置还与所述显示装置电性连接，从而将接收到的数据经处理后输出至所述显示装置。

数据采集控制装置可以通过本领域技术人员常用的技术手段来实现，由于扭矩传感器感测的是扭矩的数据，因此，数据采集控制装置处理后的数据可以是扭矩与时间的关系（即扭矩-时间曲线）。此外，竖直载荷传感器主要用于在施加垂直载荷时感测所施加的竖直载荷的大小，该竖直载荷的大小一般为10kN～20kN（折算成压强为0.6～1.1MPa），并且在操作过程中，该竖直载荷通常保持不变。另外，输出到显示装置的这些数据也可以进行存储或者打印；并且，这些数据的显示可以是实时的。

进一步地，本发明的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备中还可以包括对中装置8；该对中装置8为直径150mm的半圆环，其通过连杆81固接至支架1的底部，所述半圆环的圆心与驱动轴3的轴心在同一竖直轴线上。本发明位于带测量的试件的上方时，通过使得试件贴近对中装置，可以使得驱动轴3和连接压头6的连接杆62位于同一轴线上，从而方便驱动轴和连接压头的连接杆连接。具体来说：可以在选定待测点后，先钻芯至下承层内2cm，然后擦干待测点芯样表面水分，用302改性丙烯酸酯胶粘剂将芯样表面与圆盘61牢固黏结，30min后，移动本发明的装备，使其对中装置8与粘结芯样的圆盘61紧密对接，从而保证驱动轴3和连接压头6的连接杆62位于同一轴线上。

更具体地，连接压头6的连接杆62的顶端可以设置有连接凸部63，而驱动轴3的底端设置有与该连接凸部63相匹配的连接凹部31，从而通过连接凸部63和连接凹部31的相匹配的连接，使得驱动轴3和连接压头6的连接杆62连接。或者，本领域技术人员可以理解的是，连接压头的连接杆的顶端可以设置有连接凹部（未图示），而驱动轴的底端设置有与该连接凹部相匹配的连接凸部（未图示）。

在本发明的具体实施方式中，所述旋转驱动装置5包括伺服电机和减速器，该伺服电机的输出端连接减速器的输入端，该减速器的输出端连接驱动轴3，以对所述驱动轴施加1.4r/min的旋转速度。其中，该减速器的输出端与驱动轴连接的方式可以通过齿轮连接的方式或其它任何可行的连接方式，这是本领域技术人员常用的技术手段，因此不再赘述。

进一步地，驱动轴3的顶部可以设置有加载圆盘32，所述竖直载荷加载装置4连接至加载圆盘32，从而方便对驱动轴3施加竖直载荷。具体来说，所述竖直载荷加载装置4可以为马达或千斤顶（图1所示的实施例为马达），也可以是配重片等其它的装置。当使用千斤顶时（未图示），其加载原理是通过千斤顶和真实汽车的后轴施加反力给本发明的驱动轴，具体做法是：首先将本发明放置在汽车后轴下方，再将千斤顶放置在本发明的驱动轴的加载圆盘和汽车后轴之间，手动加压千斤顶，至测量所需的压力。

进一步地，在本发明的具体实施方式中，所述固定装置7包括设置在支架1底部四角处的固定片71、设置在该固定片71上螺栓孔72以及与该螺栓孔62相配合的地脚螺栓73。在进行测量室时，待调整好位置后，在对应本发明的固定片的螺栓孔的四个着地点打埋地脚螺栓，通过地脚螺栓穿过螺栓孔并接合螺母，从而使本发明与地面固定连接。

此外，为了便于移动，本发明的支架1底部四角处还可以设置有滑轮11。该滑轮11可以是固接上的，也可以是可拆卸的连接的。

下面，以具体实例来说明本发明的设备的使用。

1.本发明用于路面现场测量。

（1）在路面现场选定检测位置，检测位置必须平整，并清扫干净路面表面，采用路面现场钻芯机在检测位置钻芯，钻芯机钻头尺寸为150mm，钻芯深度应钻至下承层表面下方至少2cm厚，钻孔及钻机提升过程中，钻机不得碰触芯样，以免试件遭到破坏。

（2）钻机提离试验位置后，用棉纱将钻孔处的芯样表面水分小心擦干。待芯样表面干燥后，涂抹302改性丙烯酸酯胶粘剂，并与连接压头下部的圆盘粘紧，待30min胶粘剂硬化后再进行扭剪试验。

（3）将本发明的设备移动到连接压头的上方，通过对中装置与连接压头的下部的圆盘接触从而对中，并调整本发明的四角的地脚螺栓，使本发明的设备底盘与路面平行。此时可以将驱动轴向下滑动，从而使驱动轴的下端和连接压头上部的连接杆连接，待驱动轴和连接杆连接后，可以施加竖直载荷。

（4）开动电机的开关，电机使驱动轴以1.4r/min速率向连接压头施加扭力，通过传感器的测量，数据采集控制装置和显示装置记录试件在扭转剪切过程中的时间和相应的扭矩值。以扭剪过程中最大扭矩值对应的扭剪强度作为路面现场下承层与上承层层间的扭剪强度。

2.本发明用于室内试验测量。

（1）成型室内试验用试件，试件采用直径为150mm的圆形，下承层高度统一采用8cm；层间处理措施根据试验设计的需要进行实施，可以采用乳化沥青类、也可采用热沥青类及其他粘结材料；上承层采用直径为150cm的圆形试件，上承层高度根据试验设计需要可采用3cm、4cm、5cm、8cm。成型方式采用静压成型。

（2）将成型好的试件固定在底座夹具上，底座夹具采用两个内径为150mm的半圆，两个半圆形夹具采用螺栓旋紧联结。夹具的高度为7.5cm。

（3）将试件上承层表面用吹风机吹干，涂抹302改性丙烯酸酯胶粘剂，并与连接压头下部的圆盘粘紧，待30min胶粘剂硬化后再进行扭剪试验。

之后的步骤与在路面现场测量相似，故不再赘述。

对于不同的使用场合，本申请可以使用不同的竖直载荷加载装置，例如，在路面现场使用时，本申请可以使用千斤顶并配合汽车后轴；而在室内试验时则可以使用电机或配重块。当然，对于较大的室内试验场所，同样可以使用千斤顶并配合汽车后轴。

Claims (5)

1.一种测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其特征在于，包括：

支架，其为刚性的立方体框架；

壳体，其设置在所述支架的外周；

驱动轴，其沿竖直方向延伸穿过在所述壳体的上部，并且其沿竖直方向可滑动地、沿轴心可旋转地与所述支架连接；

竖直载荷加载装置，其连接至所述驱动轴的上部，以将竖直方向的载荷施加至所述驱动轴，所述竖直载荷加载装置还包括有竖直载荷传感器；所述驱动轴的顶部设置有加载圆盘，所述竖直载荷加载装置连接至所述加载圆盘；

旋转驱动装置，其连接至所述驱动轴，以使所述驱动轴沿其轴心旋转，所述旋转驱动装置还包括有扭矩传感器；

连接压头，其下部为直径150mm的扁平的圆盘，该圆盘的中心处沿竖直方向向上固接有连接杆，该连接杆能够与所述驱动轴同轴连接以随着驱动轴的旋转而旋转，并且所述竖直载荷加载装置加载至驱动轴的竖直方向的载荷传递至所述连接杆；

固定装置，其设置在所述支架的底部；所述固定装置包括设置在所述支架底部四角处的固定片、设置在该固定片上螺栓孔以及与该螺栓孔相配合的地脚螺栓；

对中装置；该对中装置为直径150mm的半圆环，其通过连杆固接至所述支架的底部，所述半圆环的圆心与所述驱动轴的轴心在同一竖直轴线上；

其中，所述竖直载荷加载装置为千斤顶，该千斤顶设置在汽车的后轴与所述加载圆盘之间；

其中，所述旋转驱动装置包括伺服电机和减速器，该伺服电机的输出端连接减速器的输入端，该减速器的输出端连接驱动轴，以对所述驱动轴施加1.4r/min的旋转速度。

2.根据权利要求1所述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其特征在于：还包括数据采集控制装置和显示装置；

其中，所述数据采集控制装置与所述竖直载荷传感器和所述扭矩传感器电性连接，并接收所述竖直载荷传感器和所述扭矩传感器输出的数据；并且，所述数据采集控制装置还与所述显示装置电性连接，从而将接收到的数据经处理后输出至所述显示装置。

3.根据权利要求1或2所述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其特征在于：所述连接压头的连接杆的顶端设置有连接凸部，所述驱动轴的底端设置有与该连接凸部相匹配的连接凹部。

4.根据权利要求1或2所述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其特征在于：所述连接压头的连接杆的顶端设置有连接凹部，所述驱动轴的底端设置有与该连接凹部相匹配的连接凸部。

5.根据权利要求1或2所述的测量路面结构层层间处理措施抗扭剪性能的设备，其特征在于：所述支架底部四角处还设置有滑轮。