CN105651690A - 一种用于评价沥青与集料粘附性的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于评价沥青与集料粘附性的装置及方法，该装置通过将具有不同粗糙程度的试件安装在夹具上，应用传感器得到的数据评价不同集料表面粗糙程度对沥青与集料的粘附性的影响。在固定箱体内设置可转动的主动轴，主动轴上设置四个被动轴，分别与四个U型夹具相连。剪应力传感器一端与被动轴相连，另一端与U型夹具相连，将导线与剪应力显示器相连。在矩形箱体的边上设置四组拉伸装置，有安装在齿轮箱与齿条啮合的齿轮，齿轮上设置手柄，齿轮箱上设液压缸，活塞杆端部与拉应力传感器的一端相连，拉应力传感器的另一端与另一U型夹具相连，并通过导线与拉应力显示器相连，液压缸通过导管与液压控制阀相连通。此矩形箱体固定在钢结构矩形支座上。
Description
【技术领域】
本发明属于公路工程沥青与沥青混合料试验装置技术领域，具体涉及一种用于评价沥青与集料粘附性的装置及方法。
【背景技术】
随着中国交通事业的迅速发展，公路总里程获得了前所未有的增长，但是公路早期破坏严重，特别是沥青路面早期水损害，这种现象主要是由于沥青与集料之间的粘附性不足引起的。目前，很多研究表明，集料表面纹理及粗糙程度对沥青混合料的路用性能具有极为显著的影响，因此，研究并开发评价集料表面粗糙程度对沥青与集料粘附性的设备很关键。
目前实施的《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)中对沥青与集料粘附性的试验方法，对于最大粒径大于13.2mm的集料应用水煮法，对最大粒径小于或等于13.2mm的集料应用水浸法进行试验。当同一种料源集料最大粒径既有大于又有小于13.2mm的集料时，取大于13.2mm水煮法试验为标准。
国外也有很多评价沥青与集料粘附性的装置与方法，如法国的冲击剥落试验，美国的SHRP净吸附试验，欧洲的标准试验等。这些试验都能较好的评价沥青与集料之间的粘附性，但是这些试验方法更多考虑沥青对沥青与集料粘附性的影响，都未考虑集料表面粗糙程度对沥青与集料粘附性的影响。
【发明内容】
本发明所要解决的问题是现有试验装置与方法未能考虑集料表面粗糙程度对沥青与集料表面粘附性的影响，提供一种原理简单、操作方便、测试准确、自动化程度高的评价集料表面粗糙程度对沥青与集料表面粘附性影响的装置。
一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，包括主动轴18，所述的主动轴18上连接有驱动装置，该驱动装置驱动主动轴18沿主动轴18的轴转动；主动轴18的径向上固定设置有用于安装集料试件的第一夹具17，第一夹具17与主动轴18之间设置有剪应力传感器3，剪应力传感器3用于测量第一夹具17与主动轴18之间的剪应力；在所述第一夹具17夹口的正对位置设置有用于安装集料试件的第二夹具22，第二夹具22的夹口与第一夹具17的夹口正对设置；所述的第二夹具22上连接有拉伸装置，所述的拉伸装置用于驱动第二夹具22远离或靠近第一夹具17，第二夹具22与所述的拉伸装置之间设置有拉应力传感器10，所述的拉应力传感器10用于测量第二夹具22与拉伸装置之间的拉应力。
所述的主动轴18上设置有若干个第一夹具17，所述的若干个第一夹具17对称设置在主动轴18上。
所述的主动轴18与第一夹具17之间设置有被动轴20，所述的被动轴20固定设置在主动轴18上，所述的第一夹具17固定设置在被动轴20上，所述的剪应力传感器3设置在第一夹具17与被动轴20之间。
所述的拉伸装置包括齿轮5、齿轮箱8和液压系统，所述的齿轮5上设置有驱动齿轮5旋转的手柄6，手柄6的位置固定；所述的液压系统包括液压缸9和，所述的液压缸9活塞杆的自由端与所述的第二夹具22连接，所述的拉应力传感器10设置在液压缸9活塞杆的自由端与第二夹具22之间；所述的齿轮箱8上固定设置有齿条7，所述的齿轮5与齿条7啮合，齿轮箱8上连接有齿轮箱固定罩4，齿轮箱固定罩4用于固定齿轮箱8的位置；所述的液压缸9固定安装在所述的齿轮箱8上。
所述的用于评价沥青与集料粘附性的装置还设置有底座1，所述的底座1上固定设置有箱体2，所述的主动轴18设置在底座1上，主动轴18与底座1的表面垂直设置，主动轴18设置在箱体2的中心位置。
所述的手柄6设置在所述的箱体2上，齿轮箱8和齿轮箱固定罩4设置在箱体2上，所述的齿轮箱固定罩4通过与箱体2固定来固定齿轮箱8的位置。
所述的第一夹具17与第二夹具22均选用U型夹具，且第一夹具17与第二夹具22的夹口处均设置有橡胶片21。
一种用于评价沥青与集料粘附性的方法，包括如下步骤：
步骤一：制作集料试件，将集料切割成试验用的试件，在集料试件的试验面刻槽；
步骤二：将步骤一制作好的集料试件进行水煮清洗，然后对试件进行干燥；
步骤三：在所述的第一夹具17的夹口与所述的第二夹具22的夹口位置分别安装上步骤二干燥后的集料试件；
步骤四：通过旋转齿轮5，调整齿轮箱8的位置，齿轮箱8带动液压缸9一起移动，液压缸9带动第二夹具22移动，通过第二夹具22的移动来调整第二夹具22夹口上安装的集料试件的位置，直至集料试件的试验面与第一夹具17夹口上安装的集料试件的试验面正对，再通过齿轮箱固定罩4将齿轮箱8固定，进而使第二夹具22夹口上安装的集料试件的试验面与第一夹具17夹口上安装的集料试件的试验面的位置相对固定；
步骤五，通过控制液压缸9的动作，使液压缸9的活塞杆伸出，进而使第二夹具22夹口上安装的集料试件的试验面与第一夹具17的夹口上安装的集料试件的试验面靠近并留有间隙，然后在该间隙中填充熔融态沥青，然后通过调整液压缸9使两个集料试件的试验面接触；
步骤六：待步骤五中填充的沥青冷却后，通过控制液压缸9或主动轴18动作，并分别通过拉应力传感器10测得的拉应力和剪应力传感器3测得的剪应力来评价评价沥青与集料粘附性。
所述的步骤六中，待步骤五中填充的沥青冷却后，控制主动轴18固定不动，即第一夹具17上安装的集料试件固定不动，通过控制液压缸9使液压缸9的活塞杆收缩，该活塞杆通过第二夹具22给第二夹具22上安装的集料试件施加轴向的拉应力，直至第二夹具22上安装的集料试件的试验面与第一夹具17上安装的集料试件的试验面之间填充的沥青膜破坏，停止液压缸9的动作，所述的拉应力传感器10测量沥青膜破坏前后集料试件试验面之间的拉应力。
所述的步骤六中，待步骤五中填充的沥青冷却后，控制液压缸9固定不动，即第二夹具22上安装的集料试件固定不动，通过控制主动轴18转动驱动第一夹具17同步转动，使第一夹具17给第一夹具17上安装的集料试件施加切线方向的力，直至第一夹具17上安装的集料试件的试验面与第二夹具22上安装的集料试件的试验面之间填充的沥青膜破坏，停止主动轴18转动，所述的剪应力传感器3测量沥青膜破坏前后集料试件试验面之间的剪应力。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过在主动轴上设置第一夹具，在第一夹具与主动轴之间设置剪应力传感器，在试验时，剪应力传感器用来测量集料试件试验面之间填充的沥青膜在破坏前后集料试件试验面之间的剪应力；本发明通过设置拉伸装置和与拉伸装置相连的第二夹具，在拉伸装置与第二夹具之间设置拉应力传感器，在试验时，拉应力传感器用来测量集料试件试验面之间填充的沥青膜在破坏前后集料试件试验面之间的拉应力；通过上述测量的集料试件试验面之间填充的沥青膜在破坏时的剪应力和拉应力来综合分析集料表面粗糙程度对沥青与集料表面粘附性影响。
进一步的，本发明通过在主动轴上对称设置若干第一夹具，相应的设置出与第一夹具数量相对应的第二夹具能够同时测量多组实验数据用于分析，提高了实验的效率。
进一步的，本发明能够通过在集料试件的试验面上刻出不同数量和深度的槽，便可分析集料表面粗糙程度对沥青与集料表面粘附性影响。
进一步的，本发明通过在一组相对设置的第一夹具与第二夹具上设置刻槽形式不同的集料试件，可以同时对一组具有不同集料表面粗糙程度的试件进行对比检测。
进一步的，本发明的拉伸装置通过设置液压缸、齿轮箱固定罩和齿轮箱，齿轮箱上固定设置有齿条，与齿条啮合设置有齿轮，齿轮上设置有驱动齿轮旋转的手柄，手柄的位置固定，液压缸固齿轮箱固定连接，齿轮箱固定罩能够用于固定齿轮箱的位置，因此，通过手柄驱动齿轮，齿轮驱动齿条移动，齿条带动齿轮箱移动，齿轮箱带动液压缸移动，从而液压缸的活塞杆上设置的第二夹具进行相应的移动，最终通过调整齿轮使第二夹具上安装的集料试件的试验面与第一夹具上安装的集料试件的试验面正对，进而确保了实验过程中测量的拉应力和剪应力的准确性，进而使本发明的评价结果更加准确。
【附图说明】
图1为本发明一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的装置的局部放大示意图；
图3为本发明的实施例中一组不同数量同一深度的波浪形刻槽试件，其中图3(a)为一条刻槽的集料试件，图3(b)为两条刻槽的集料试件，图3(c)为三条刻槽的集料试件，图3(d)为四条刻槽的集料试件；
图4为本发明的实施例中一组不同深度同一数量的波浪形刻槽试件。
其中：1为底座，2为箱体，3为剪应力传感器，4为齿轮箱固定罩，5为齿轮，6为手柄，7为齿条，8为齿轮箱，9为液压缸，10为拉应力传感器，11为剪应力显示器，12为拉应力显示器，13为液压控制阀，14为集料试件，15为活塞杆，16为沥青膜，17为第一夹具，18为主动轴，20为被动轴，21为橡胶片，22为第二夹具，23为螺杆。
【具体实施方式】
下面结合附图和实例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实例：
如图1至图4所示：
实例1，对一组不同数量同一深度的波浪形刻槽试件的评价：
本发明的用于评价沥青与集料粘附性的装置包括：一个矩形的底座1，底座1上固定一个矩形的箱体2，矩形箱体2内设置一个主动轴8，主动轴8由安装在底座1下部的电动机带动，主动轴8上安装四个被动轴20，被动轴20分别与四个U型夹具(即第一夹具17)相连。剪应力传感器3的一端与被动轴20相连，剪应力传感器3的另一端与第一夹具17相连，剪应力传感器3并通过导线与剪应力显示器11相连。在箱体2各边设置有与安装在齿轮箱8上的齿条7相啮合的齿轮5，齿轮5上设置有手柄6，齿轮箱8上设置有液压缸9，液压缸9的活塞杆15自由端的端部与拉应力传感器10的一端相连，拉应力传感器10的另一端与另一U型夹具(即第二夹具22)相连，拉应力传感器10并通过导线与拉应力显示器12相连，液压缸9通过导管与液压控制阀13相联通。两个U型夹具(即第一夹具17与第二夹具22)各分别夹持固定一个集料试件14，使集料试件的试验面相对，试验面的间隙中间用沥青膜联接。
所述装置使用方法包括如下步骤：
一、集料试件的准备：
将集料切割制作成图3所示成型集料试件，一组试件，波浪形刻槽深度统一为2mm，刻槽数量分别为1、2、3、4，将成型试件用蒸馏水煮沸清洗后，置于140℃干燥1h，将一对粗糙程度一致的集料试件分别安装固定在第一夹具17的夹口和第二夹具22的夹口上。调节齿轮箱8上的手柄6使第二夹具22夹持固定的集料试件与第一夹具17上夹持固定的集料试件处的试验面正对，调节液压控制阀13控制液压缸9，使第二夹具22夹持固定的集料试件与第一夹具17上夹持固定的集料试件的试验面靠近，并保留适当的沥青膜间隙。然后，将沥青加热至140℃后，填充在集料试件试验面之间的间隙中，紧接着迅速调节液压控制阀13使集料试件的试验面与沥青接触良好。
二、设备控制与操作
1、以作用在集料试件与沥青膜之间的拉应力评价粘附性：
调节液压控制阀13使其同时控制一组液压缸9使试件向外侧方向缓慢移动，直到一组试件分别在集料试件与沥青膜接触面之间破坏，停止调节液压控制阀13使液压缸9停止动作。
2、以作用在集料与沥青膜之间的剪应力评价粘附性：
保持外侧液压缸位置不动，通过调节底座1下方电动机转速带动主动轴18，使被动轴20逆时针转动，直到一组集料试件分别在集料与沥青膜接触面之间破坏，停止电动机转动。
三、数据处理与分析：
1、以作用在集料与沥青膜之间的拉应力评价粘附性：
将一组试件从开始受力到最终破坏之间的拉应力变化值通过拉应力传感器传送给拉应力显示器，记录相应数据，进行对比分析。
2、以作用在集料与沥青膜之间的剪应力评价粘附性：
将一组试件从开始受力到最终破坏之间的剪应力变化值通过剪应力传感器传送给剪应力显示器，记录相应数据，进行对比分析。
实例2对一组不同深度同一数量的波浪形刻槽试件的评价，通过如下步骤进行试验：
一、集料试件的准备：
将集料切割制作成图4所示成型试件，一组试件，波浪形刻槽数量统一为三条，刻槽深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，用蒸馏水煮沸清洗后，置于140℃干燥1h，将一对粗糙程度一致的集料分别安装固定在两个U型夹具(即第一夹具17与第二夹具22)上。调节齿轮箱8上的手柄6使第一夹具17夹持固定的集料试件与第二夹具22夹持固定的集料试件的试验面正对，调节液压控制阀13使两端集料试件的试验面靠近，并保留适当的沥青膜间隙。接着将沥青加热至140℃后，填充在集料试件试验面的间隙处，紧接着迅速调节液压控制阀13使集料试件的试验面与沥青接触良好。
二、设备控制与操作
1、以作用在集料与沥青膜之间的拉应力评价粘附性：
调节液压控制阀13使其同时控制一组液压缸9使试件向外侧方向缓慢移动，直到一组试件分别在集料试件与沥青膜接触面之间破坏，停止调节液压控制阀13使液压缸9停止动作。
2、以作用在集料与沥青膜之间的剪应力评价粘附性：
保持外侧液压缸位置不动，通过调节底座1下方电动机转速带动主动轴18，使被动轴20逆时针转动，直到一组集料试件分别在集料与沥青膜接触面之间破坏，停止电动机转动。
三、数据处理与分析：
1、以作用在集料与沥青膜之间的拉应力评价粘附性：
将一组试件从开始受力到最终破坏之间的拉应力变化值通过拉应力传感器传送给拉应力显示器，记录相应数据，进行对比分析。
2、以作用在集料与沥青膜之间的剪应力评价粘附性：
将一组试件从开始受力到最终破坏之间的剪应力变化值通过剪应力传感器传送给剪应力显示器，记录相应数据，进行对比分析。
本发明装置上的试件需制作两组，一组是集料表面具有不同数量同一深度波浪形刻痕的试件，一组是集料表面具有相同数量不同深度的波浪形刻痕试件。可参考“附图说明”图3、图4。
本发明不仅可以用电动机带动的主动轴以检测集料破坏时的剪应力来表征粘附性，也可以通过检测液压缸拉动试件破坏时的拉应力来表征粘附性，可以达到相互对照的目的。
本发明可以同时对一组具有不同集料表面粗糙程度的试件进行对比检测。
本发明所述的液压缸和齿轮箱类型要满足运动行程及力的要求，确保集料接触面的精确对位、啮合。
Claims (10)
1.一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，包括主动轴(18)，所述的主动轴(18)上连接有驱动装置，该驱动装置驱动主动轴(18)沿主动轴(18)的轴转动；主动轴(18)的径向上固定设置有用于安装集料试件的第一夹具(17)，第一夹具(17)与主动轴(18)之间设置有剪应力传感器(3)，剪应力传感器(3)用于测量第一夹具(17)与主动轴(18)之间的剪应力；在所述第一夹具(17)夹口的正对位置设置有用于安装集料试件的第二夹具(22)，第二夹具(22)的夹口与第一夹具(17)的夹口正对设置；所述的第二夹具(22)上连接有拉伸装置，所述的拉伸装置用于驱动第二夹具(22)远离或靠近第一夹具(17)，第二夹具(22)与所述的拉伸装置之间设置有拉应力传感器(10)，所述的拉应力传感器(10)用于测量第二夹具(22)与拉伸装置之间的拉应力。
2.根据权利要求1所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，所述的主动轴(18)上设置有若干个第一夹具(17)，所述的若干个第一夹具(17)对称设置在主动轴(18)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，所述的主动轴(18)与第一夹具(17)之间设置有被动轴(20)，所述的被动轴(20)固定设置在主动轴(18)上，所述的第一夹具(17)固定设置在被动轴(20)上，所述的剪应力传感器(3)设置在第一夹具(17)与被动轴(20)之间。
4.根据权利要求1所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，所述的拉伸装置包括齿轮(5)、齿轮箱(8)和液压系统，所述的齿轮(5)上设置有驱动齿轮(5)旋转的手柄(6)，手柄(6)的位置固定；所述的液压系统包括液压缸(9)和，所述的液压缸(9)活塞杆的自由端与所述的第二夹具(22)连接，所述的拉应力传感器(10)设置在液压缸(9)活塞杆的自由端与第二夹具(22)之间；所述的齿轮箱(8)上固定设置有齿条(7)，所述的齿轮(5)与齿条(7)啮合，齿轮箱(8)上连接有齿轮箱固定罩(4)，齿轮箱固定罩(4)用于固定齿轮箱(8)的位置；所述的液压缸(9)固定安装在所述的齿轮箱(8)上。
5.根据权利要求1所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，所述的用于评价沥青与集料粘附性的装置还设置有底座(1)，所述的底座(1)上固定设置有箱体(2)，所述的主动轴(18)设置在底座(1)上，主动轴(18)与底座(1)的表面垂直设置，主动轴(18)设置在箱体(2)的中心位置。
6.根据权利要求4或5所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，所述的手柄(6)设置在所述的箱体(2)上，齿轮箱(8)和齿轮箱固定罩(4)设置在箱体(2)上，所述的齿轮箱固定罩(4)通过与箱体(2)固定来固定齿轮箱(8)的位置。
7.根据权利要求1所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的装置，其特征在于，所述的第一夹具(17)与第二夹具(22)均选用U型夹具，且第一夹具(17)与第二夹具(22)的夹口处均设置有橡胶片(21)。
8.一种用于评价沥青与集料粘附性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制作集料试件，将集料切割成试验用的试件，在集料试件的试验面刻槽；
步骤二：将步骤一制作好的集料试件进行水煮清洗，然后对试件进行干燥；
步骤三：在所述的第一夹具(17)的夹口与所述的第二夹具(22)的夹口位置分别安装上步骤二干燥后的集料试件；
步骤四：通过旋转齿轮(5)，调整齿轮(8)的位置，齿轮箱(8)带动液压缸(9)一起移动，液压缸(9)带动第二夹具(22)移动，通过第二夹具(22)的移动来调整第二夹具(22)夹口上安装的集料试件的位置，直至集料试件的试验面与第一夹具(17)夹口上安装的集料试件的试验面正对，再通过齿轮箱固定罩(4)将齿轮箱(8)固定，进而使第二夹具(22)夹口上安装的集料试件的试验面与第一夹具(17)夹口上安装的集料试件的试验面的位置相对固定；
步骤五，通过控制液压缸(9)的动作，使液压缸(9)的活塞杆伸出，进而使第二夹具(22)夹口上安装的集料试件的试验面与第一夹具(17)的夹口上安装的集料试件的试验面靠近并留有间隙，然后在该间隙中填充熔融态沥青，然后通过调整液压缸(9)使两个集料试件的试验面接触；
步骤六：待步骤五中填充的沥青冷却后，通过控制液压缸(9)或主动轴(18)动作，并分别通过拉应力传感器(10)测得的拉应力和剪应力传感器(3)测得的剪应力来评价评价沥青与集料粘附性。
9.根据权利要求8所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的方法，其特征在于，所述的步骤六中，待步骤五中填充的沥青冷却后，控制主动轴(18)固定不动，即第一夹具(17)上安装的集料试件固定不动，通过控制液压缸(9)使液压缸(9)的活塞杆收缩，该活塞杆通过第二夹具(22)给第二夹具(22)上安装的集料试件施加轴向的拉应力，直至第二夹具(22)上安装的集料试件的试验面与第一夹具(17)上安装的集料试件的试验面之间填充的沥青膜破坏，停止液压缸(9)的动作，所述的拉应力传感器(10)测量沥青膜破坏前后集料试件试验面之间的拉应力。
10.根据权利要求8所述的一种用于评价沥青与集料粘附性的方法，其特征在于，所述的步骤六中，待步骤五中填充的沥青冷却后，控制液压缸(9)固定不动，即第二夹具(22)上安装的集料试件固定不动，通过控制主动轴(18)转动驱动第一夹具(17)同步转动，使第一夹具(17)给第一夹具(17)上安装的集料试件施加切线方向的力，直至第一夹具(17)上安装的集料试件的试验面与第二夹具(22)上安装的集料试件的试验面之间填充的沥青膜破坏，停止主动轴(18)转动，所述的剪应力传感器3测量沥青膜破坏前后集料试件试验面之间的剪应力。
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