CN106706513B - 一种用于测试公路路面冰-路附着强度的试验装置及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试公路路面冰‑路附着强度的试验装置及评价方法，包括基座、夹座、带有升降机构的立柱、悬臂杆、落锤和电磁铁装置，其中所述带有升降机构的立柱垂直固结于所述基座上，所述悬臂杆垂直安装于所述带有升降机构的立柱顶端，所述悬臂杆端部设有电磁铁，通过所述电磁铁可将不同质量的落锤挂起并释放。本发明通过落锤的自由下落提供一种竖向冲击力锤击冰层表面，通过测定锤击前后试件上附着冰的质量变化，定量评价路面冰‑路附着强度的大小。本发明加工成本较低、操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及道路交通路面测试技术领域，特别地，一种用于测试公路路面冰-路附着强度的试验装置及评价方法。
背景技术
随着公路交通的不断发展，人们对公路运输安全性和运营效率的要求越来越高。而恶劣气候条件对行车的动力性和安全性极为不利，路面的摩擦系数因降雪结冰而急剧降低。尤其是在我国寒冷地区，冬季漫长气温较低且降雪量较大，道路交通受冰冻影响显著，事故发生率大幅度增加。2009年11月9日至13日，河北、山西、河南、甘肃等6省遭遇暴雪，致使多条高速公路和国省道干线发生严重的结冰现象，其中京张高速公路，政府部门虽然及时地组织了清除道路冰雪的工作，但是堵车里程长达100公里，期间交通事故频发，数万辆车滞留在路上。因此，对于路面防冰、除冰的深入研究是一个热点方向。
在极端雨雪冰冻条件下，路面一旦结冰，通常的做法是除冰盐、机械或人工除冰的综合应用，但通常情况下效果并不理想，其根本原因是由于“冰-路”附着强度较大，而且冰渣极易嵌入路表间隙，不易被清除，导致路面摩擦系数下降，影响车辆行驶的安全性，若引发交通事故，则易导致公路全线瘫痪，造成大量的人力、物力损失，甚至人员伤亡。因此，对于“冰-路”附着强度的测试和评价是至关重要的，而当前市场上尚缺乏该种试验装置及其相应的评价方法，因此，急需对其进行有针对性的研发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测试公路路面冰-路附着强度的试验装置及评价方法，可以很好地对路面结冰附着强度进行测试。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于测试公路路面冰-路附着强度的试验装置及评价方法，包括基座、夹座、带有升降机构的立柱、悬臂杆、落锤和电磁铁装置，其中所述带有升降机构的立柱垂直固结于所述基座上，所述悬臂杆垂直安装于所述带有升降机构的立柱顶端，所述悬臂杆端部设有电磁铁，通过所述电磁铁可将不同质量的落锤挂起并释放。
优选的，所述基座右部面积约占总面积的三分之二，上有四个预留螺孔，通过螺孔中的螺栓可将夹座固定在基座上；
优选的，所述夹座由左固定夹块、右固定夹块、活动夹块、以及螺杆构成；其中左、右固定夹块均为“L”型的铸铁块，通过螺栓固定于基座上；活动夹块右侧圆形槽通过螺栓与螺杆相连接，通过调节螺杆可以固定试件；左固定夹块与活动夹块上均设有25°弧形凹槽，可同时用于测定圆柱形试件与立方体试件；
优选的，所述悬臂杆一端垂直安装在所述带有升降机构的立柱顶端，另一端设有滑槽，通过滑槽可调节电磁铁的位置，进而调节落锤释放位置；
优选的，所述落锤为圆形砝码组，由螺纹竖杆连接，所述砝码为圆饼状环形带孔不锈合金钢，孔内设有与螺纹竖杆相匹配的螺纹，其内径为5～10mm，外径65～80mm，厚15～25mm，重1000g，共4～6个；
优选的，所述螺纹竖杆高90～150mm，设有螺纹，通过在螺纹竖杆上增减砝码可以增减落锤自重，螺纹竖杆顶部为圆饼状，其半径15～30mm，高5～13mm；
优选的，所述电磁铁装置是用薄金属壳包裹的通电线圈，所述电磁铁装置上设置有与所述悬臂杆滑槽匹配的凹凸部分，接通电源线后，通过打开电源开关可将落锤悬挂，关闭电源开关落锤可自由下落；
本发明还提供了一种用于测试公路路面冰-路附着强度的评价方法，包括以下步骤：
A、取出试件清除其表面污垢，浸入水中24h至饱和状态；
B、取出试件用湿布擦干表面，称量其质量R1；
C、用特氟龙胶带将试件的试验表面围起形成高5～20mm的水槽，注意胶带与试件侧面要贴紧，不能有间隙，必要时可用止水带封缝；
D、将试件放入冷冻室，在2小时内将冷冻室的温度缓慢降至-5℃以下，相对湿度保持恒定(60±5％)；
E、每隔10分钟向试件表面水槽内喷洒10～40ml、温度为1～5℃的水，喷洒5次，注意每次喷洒要均匀，且不能有水下渗；
F、在温度为-5℃以下环境中进行试验。取出结冰试件并拆除胶带，将试件置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
G、调节升降装置到一定高度，在螺纹竖杆上串加对应的砝码数量w；
H、将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
I、滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
J、关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
K、落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2；
L、这里定义：
其中：Q—冰的附着系数；
R1—吸水饱和后试件质量(g)；
R2—试验后试件与残留冰质量(g)；
Vw—喷洒水的总体积(ml)；
ρ—水的密度(g/ml)；
M、3次测算取平均值，计算结果精确至0.001。
本发明具有以下有益效果：
1、通过改变落锤上砝码的数量能够调节落锤的重量，以便对不同冰冻程度的试件进行试验；
2、本装置夹座能固定圆柱体沥青混凝土、立方体水泥混凝土、长方体混凝土板等多种形状试件，为不同形状的试件提供了试验可能；
3、本装置具有滑槽的悬臂，能够灵活调节落锤的释放位置，使试验操作更方便；
4、本装置通过电磁铁控制落锤的释放，不仅操作方便，还能保证落锤重心沿竖直方向下落。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的整体主视示意图；
图3为本发明中砝码结构示意图；
图4为本发明中电磁铁与悬臂连接处结构示意图；
图5为本发明中升降部件结构示意图；
图6为本发明中夹座俯视示意图；
图7为本发明中电磁铁电路示意图；
图8为本发明中活动夹块右视及主视示意图。
其中：1、基座，2、调平螺旋，3、电源开关带，4、电源线，5、有升降机构的立柱，6、升降机构，7、悬臂杆，8、电磁铁，9、落锤，10、左固定夹块，11、活动夹块，12、螺杆，13、右固定夹块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明是针对测试公路路面冰-路附着强度而开发的一种新型测试装置。主要包括的部件详参图1～8。其使用方法包括如下：
A、取出试件清除其表面污垢，浸入水中24h至饱和状态；
B、取出试件用湿布擦干表面，称量其质量R1；
C、用特氟龙胶带将试件的试验表面围起形成高5～20mm的水槽，注意胶带与试件侧面要贴紧，不能有间隙，必要时可用止水带封缝；
D、将试件放入冷冻室，在2小时内将冷冻室的温度缓慢降至-5℃以下，相对湿度保持恒定(60±5％)；
E、每隔10分钟向试件表面水槽内喷洒10～40ml、温度为1～5℃的水，喷洒5次，注意每次喷洒要均匀，且不能有水下渗；
F、在温度为-5℃以下环境中进行试验。取出结冰试件并拆除胶带，将试件置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
G、调节升降装置到一定高度，在螺纹竖杆上串加对应的砝码数量w；
H、将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
I、滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
J、关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
K、落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2；
L、这里定义：
其中：Q—冰的附着系数；
R1—吸水饱和后试件质量(g)；
R2—试验后试件与残留冰质量(g)；
Vw—喷洒水的总体积(ml)；
ρ—水的密度(g/ml)；
M、3次测算取平均值，计算结果精确至0.001。
具体的测试方法可参见以下实施例。
实施例1：
水泥混凝土路面冰-路附着强度测试
1)取立方体水泥混凝土试件150mm×150mm×150mm，称量其质量R1；
2)将表面结冰的试件放置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
3)调节升高装置到一定高度，在螺纹竖杆上旋入2个砝码；
4)将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
5)滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
6)关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
7)落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2。
各组数据如下表：
| 序号 | 1 | 2 | 3 |
| V<sub>w</sub>(ml) | 150 | 150 | 150 |
| R<sub>2</sub>-R<sub>1</sub>(g) | 29.5 | 27.3 | 30.7 |
| Q | 0.803 | 0.818 | 0.795 |
计算冰的附着系数：
实施例2：
水泥混凝土路面冰-路附着强度测试
1)取立方体水泥混凝土试件100mm×100mm×100mm，称量其质量R1；
2)将表面结冰的试件放置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
3)调节升高装置到一定高度，在螺纹竖杆上旋入2个砝码；
4)将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
5)滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
6)关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
7)落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2。
各组数据如下表：
计算冰的附着系数：
实施例3：
水泥混凝土路面冰-路附着强度测试
1)取圆柱体水泥混凝土试件直径d×高h为150mm×200mm，称量其质量R1；
2)将表面结冰的试件放置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
3)调节升高装置到一定高度，在螺纹竖杆上旋入3个砝码；
4)将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
5)滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
6)关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
7)落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2。
各组数据如下表：
| 序号 | 1 | 2 | 3 |
| V<sub>w</sub>(ml) | 100 | 100 | 100 |
| R<sub>2</sub>-R<sub>1</sub>(g) | 26.3 | 25.6 | 25.9 |
| Q | 0.737 | 0.744 | 0.741 |
计算冰的附着系数：
实施例4：
沥青混凝土路面冰-路附着强度测试
1)取圆柱体沥青马歇尔试件直径d×高h为101.6mm×63.5mm，称量其质量R1；
2)将表面结冰的试件放置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
3)调节升高装置到一定高度，在螺纹竖杆上旋入2个砝码；
4)将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
5)滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
6)关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
7)落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2。
各组数据如下表：
| 序号 | 1 | 2 | 3 |
| V<sub>w</sub>(ml) | 80 | 80 | 80 |
| R<sub>2</sub>-R<sub>1</sub>(g) | 31.3 | 30.5 | 30.7 |
| Q(％) | 0.609 | 0.619 | 0.616 |
计算冰的附着系数：
实施例5：
沥青混凝土路面冰-路附着强度测试
1)取长方体沥青混凝土试件150mm×150mm×50mm，称量其质量R1；
2)将表面结冰的试件放置于基座台的固定夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
3)调节升高装置到一定高度，在螺纹竖杆上旋入2个砝码；
4)将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
5)滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
6)关闭电源开关，落锤自由下落，落在试件上部冰面上；
7)落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2。
各组数据如下表：
| 序号 | 1 | 2 | 3 |
| V<sub>w</sub>(ml) | 80 | 80 | 80 |
| R<sub>2</sub>-R<sub>1</sub>(g) | 30.6 | 30.9 | 31.5 |
| Q(％) | 0.618 | 0.614 | 0.606 |
计算冰的附着系数：
Claims (1)
1.一种利用试验装置测试公路路面冰-路附着强度的评价方法，其特征在于，
所述试验装置包括基座、夹座、带有升降机构的立柱、悬臂杆、落锤和电磁铁装置，其中所述带有升降机构的立柱垂直固结于所述基座上，所述悬臂杆垂直安装于所述带有升降机构的立柱顶端，所述悬臂杆端部设有电磁铁，通过所述电磁铁可将不同质量的落锤挂起并释放；
所述夹座由左固定夹块、右固定夹块、活动夹块以及螺杆构成；其中左、右固定夹块均为“L”型的铸铁块，通过螺栓固定于基座上；活动夹块右侧圆形槽通过螺栓与螺杆左端相连接，螺杆右端穿过右固定夹块，通过调节螺杆右端可以使得活动夹块左右平移从而固定试件；左固定夹块与活动夹块上均设有25°弧形凹槽，可同时用于测定圆柱形试件与立方体试件；
所述悬臂杆一端垂直安装在所述带有升降机构的立柱顶端，另一端设有滑槽，通过滑槽可调节电磁铁的位置，进而调节落锤释放位置；
所述落锤为圆形砝码组，由螺纹竖杆连接，所述砝码为圆饼状环形带孔不锈钢，孔内设有与螺纹竖杆相匹配的螺纹；
所述电磁铁装置是用薄金属壳包裹的通电线圈，所述电磁铁装置上设置有与所述悬臂杆滑槽匹配的凹凸部分，接通电源线后，通过打开电源开关可将落锤悬挂，关闭电源开关落锤可自由下落；
所述螺纹竖杆高90～150mm，设有螺纹，通过增减螺纹竖杆上的砝码数量可调控落锤自重，螺纹竖杆顶部为圆饼状，其半径15～30mm，高5～13mm；
所述评价方法包括以下步骤：
A、取出试件清除其表面污垢，浸入水中24h至饱和状态；
B、取出试件用湿布擦干表面，称量其质量R1；
C、用特氟龙胶带将试件的试验表面围起形成高5～20mm的水槽，注意胶带与试件侧面要贴紧，不能有间隙，必要时可用止水带封缝；
D、将试件放入冷冻室，在2小时内将冷冻室的温度缓慢降至-5℃以下，相对湿度保持恒定为60±5％；
E、每隔10分钟向试件表面水槽内喷洒10～40mL、温度为1～5℃的水，喷洒5次，注意每次喷洒要均匀，且不能有水下渗；
F、在温度为-5℃以下环境中进行试验，取出结冰试件并拆除胶带，将试件置于基座台的夹座上，调节活动夹块右端螺杆固定试件；
G、调节升降机构到一定高度，在螺纹竖杆上串加对应的砝码数量w；
H、将螺纹竖杆顶端对准电磁铁，打开电源开关，将落锤挂起；
I、滑动电磁铁装置，调节落锤释放的位置；
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K、落锤下落完毕后，将试件从夹座取出，用毛刷刷净其表面破碎冰并称量其质量R2；
L、这里定义：
其中：Q—冰的附着系数；
R1—吸水饱和后试件质量(g)；
R2—试验后试件与残留冰质量(g)；
Vw—喷洒水的总体积(mL)；
ρ—水的密度(g/mL)；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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