CN107315081B - 路面混凝土减震效果测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路面混凝土减震效果测试装置及方法，测试装置包括加速度采集系统和用于制作含刻槽混凝土板状试件的模具，模具的底面上设有凸棱，加速度采集系统包括车辙试验机，车辙试验机的车轮的钢架上设有加速度传感器，加速度传感器连接恒流源适配器，恒流源适配器连接数据采集卡，数据采集卡连接计算机。本发明通过试验机车轮经过混凝土试件刻槽的加速度峰值与车轮不经过刻槽时加速度峰值的比值定量描述路面混凝土的减震效果，能够评估不同温度下混合料的减震效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种路面混凝土减震效果测试装置及方法，属于混凝土路面使用性能的检测与评价技术领域。
背景技术
行车舒适性要求进行路面混凝土减震效果评价。随着交通运输事业的快速发展，人们对公路的功能提出了更高的要求，不仅需要公路具备畅通、安全、耐久等传统功能，还期望公路路面具有足够的行车舒适性。这种行车舒适性一方面能够保证车辆快速行驶时，不至因路面平整度差而产生较大的颠簸，影响乘坐舒适性，另一方面还能减缓车辆振动引起的零件磨损和过大的油耗。为了适应人们对行车舒适性要求的提高，在路面混凝土设计过程中，除了对力学和路用性能测试之外，有必要对路面混凝土进行减震效果的评价。
新材料和新技术的应用要求进行路面混凝土减震效果评价。近年来，以橡胶粉为代表的一些弹性材料，及空隙率20%左右的大空隙混凝土开始逐渐应用于路面工程中，显著降低了路面材料的刚性。另一方面，高模量沥青混凝土、再生沥青混凝土等也层出不穷，它们又在一定程度上增大了路面的刚性。那么，这些新材料和新技术对路面刚性的影响是否会反映到路面行车舒适性上面，需要通过减震效果测试作出评价。
路面混凝土减震效果测试装置及方法尚未形成。目前，路面混凝土设计过程中主要关注其力学和路用性能，这些性能的试验设备和试验方法已较完备。但是，路面材料减震性能的测试装置与方法并不明确。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种路面混凝土减震效果的测试装置及方法，以定量表征混凝土的减震性能和路面的行车舒适性。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种路面混凝土减震效果测试装置，包括加速度采集系统和用于制作混凝土板状试件的模具，所述模具的底面上设有凸棱，加速度采集系统包括车辙试验机，所述车辙试验机的车轮的钢架上设有加速度传感器，所述加速度传感器连接恒流源适配器，所述恒流源适配器连接数据采集卡，所述数据采集卡连接计算机。
作为优选，所述凸棱为两个，分别设置在所述模具长度方向三等分处。
作为优选，所述凸棱为放倒的三棱柱体，所述凸棱的底面为长方形，所述凸棱的横截面为三角形，且凸棱底面的长边与模具的一边平行。
作为优选，两个凸棱的长度和高度均相同，宽度不同。
作为优选，所述凸棱两端的三角形侧面均向内倾斜，并且倾斜角度相同。
一种路面混凝土减震效果测试方法，包括以下步骤：
1）将沥青混合料放入模具，用轮碾法成型混凝土板状试件，将混凝土板状试件置于室温下冷却，7d后脱模，得到带有两刻槽的板式试件；
2）将带刻槽的混凝土板状试件固定在车辙试验机的试验台上，把加速度传感器装在车辙试验机车轮的钢架上，并依次与恒流源适配器、数据采集卡以及计算机相连；
3）设置车辙试验机温度并保温，启动车辙试验机的车轮，用数据采集卡收集车轮沿平行于刻槽走向滚动时竖向的振动加速度；
4）将板状试件顺时针旋转90゜，启动车辙试验机的车轮，利用数据采集卡收集车轮经过两个刻槽时的竖向振动加速度；
5）将车辙试验机温度设置为不同数值，重复步骤3）和步骤4）；
6）计算不同温度下经过刻槽时的振动加速度峰值与不经过刻槽时峰值的比值，评价路面混凝土的减震效果。
作为优选，所述步骤3）中的车辙试验机的车轮行驶方向与刻槽走向平行且不经过刻槽，单方向行驶一次。
作为优选，所述步骤4）中的车辙试验机的车轮行驶方向与刻槽走向垂直且经过刻槽，单方向行驶一次。
作为优选，所述步骤6）中计算时，对于空隙率15%以下的混凝土板状试件选用经过小刻槽时的加速度数据进行计算，对于空隙率大于15%的混凝土板状试件选用经过大刻槽时的加速度数据进行计算
本发明的有益效果是：
（1）分析车轮的振动加速度，通过加速度峰值比值定量描述路面混凝土的减震效果；
（2）能够评估不同温度下混合料的减震效果。
附图说明
图1是两个三棱柱体的结构示意图；
图2是模具的结构示意图；
图3是加速度采集系统的结构示意图；
图4为15℃车轮不经过刻槽下的竖向振动加速度图；
图5为15℃车轮经过刻槽下的竖向振动加速度图；
图6为45℃车轮不经过刻槽下的竖向振动加速度图；
图7为45℃车轮经过刻槽下的竖向振动加速度图；
图8为60℃车轮不经过刻槽下的竖向振动加速度图；
图9为60℃车轮经过刻槽下的竖向振动加速度图。
附图标记列表：
1-凸棱一；2-凸棱二；3-模具；4-车辙试验机；5-加速度传感器；6-恒流源适配器；7-数据采集卡；8-计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
依靠道路工程领域常见的车辙试验机，以车辙试验机内车轮在混凝土板表面滚动时受到的竖向加速度振幅大小反映路面混凝土的减震效果，振幅越大说明车轮受到的振动越大。但是，考虑到路面混凝土本身具有一定的构造深度，这些构造会影响到振幅，因此本发明对同一混凝土板进行两次车轮滚动的试验，一次是车轮滚动时不经过试件表面刻槽的情形，一次是经过刻槽的情形，并且以经过刻槽时车轮竖向加速度振幅与不经过时的振幅比值作为评价混凝土减震效果的指标。
为了实现上述测试，首先加工出如图1所示的两个钢制三棱柱体，并把这两个三棱柱体焊接到混凝土板状试件模具3的底板上表面上形成凸棱一1和凸棱二2，确保两个三棱柱体焊接在模具3长度方向的三等分处，如图2所示。采用具有凸棱的模具3，通过轮碾法成型得到具有两道刻槽的混凝土板状试件。
在具有刻槽的混凝土板状试件成型之后，将其放入车辙试验机4内，确保刻槽长度走向与车轮滚动方向平行，并且在车轮上部的钢架上粘结能够采集加速度的加速度传感器5，并依次与恒流源适配器6、数据采集卡7以及计算机8相连，如图3所示，使采集的加速度能够在计算机8里读出。
调节车辙试验机4温度至15℃（45℃、60℃），让其中的板保温2h后，启动车轮在混凝土板状试件表面滚动，得到车轮不经过刻槽、只反映板表面构造深度的竖向加速度。旋转板90°，再次滚动车轮，获得车轮滚动压过刻槽时的竖向加速度，并计算后者与前者的比值。
此外，考虑到开级配沥青混合料和密级配沥青混合料表面的构造深度差异很大，对于空隙率大于15%、构造深度大的开级配沥青混合料，本发明采用通过大刻槽时加速度与不经过刻槽时的加速度比值，而对于空隙率15%以下、构造深度小的密级配沥青混合料，本发明采用小刻槽。
实施例1
以下举例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
1）模具改装与试件制备
选择成型混凝土板状试件的模具为改装对象，在模具长度方向的三等分处焊接上如图1所示的两个底面宽度不同的钢制三棱柱体，其中一个三棱柱体的矩形底面长100mm、宽8mm，另一个矩形底面长100mm、宽15mm。两个三棱柱体高均为10mm，且三角形侧面均以45゜向内倾斜，底面中心距离模具侧边100mm，以保证轮碾成型板状试件时刻槽边缘不会出现破坏。
以开级配沥青路面上面层为例，选择合适的油石比和级配，在实验室内碾压成型一块空隙率为19.4%的混凝土板状试件，试件尺寸为长300mm×宽300mm×厚50mm，在室温下冷却7d后脱模，试件上表面有两个走向相同的刻槽，刻槽尺寸分别为长100mm×宽8mm×深10mm和长100mm×宽15mm×深10mm。
2）传感器等元件的布设
将板状试件有刻槽一面朝上，固定在车辙试验机4试件台上。利用胶水将量程为50g的ICP加速度传感器5固定在试验机车轮的钢架上，利用电缆依次与5201恒流源适配器6、MCC1608G数据采集卡7连接，并通过数据线将数据采集卡7连接到计算机8上，打开计算机8上测试面板程序即可实时观察和保存车辙试验机的车轮上下振动的加速度，各元件的连接情况如图3所示。
3）车辙试验机4温度设置为15℃，保温2h后启动车辙试验机的车轮，沿着与刻槽走向平行的方向行走一次，计算上收集到的振动加速度情况如图4所示。
4）将板状试件顺时针旋转90゜重新固定，使得车辙试验机的车轮行走方向与坑槽走向垂直，启动车辙试验机的车轮，采集试经过两个刻槽验时轮振动的加速度，如图5所示。
5）45℃、60℃时车辙试验机的车轮的振动加速度采集
将车辙试验机4温度分别设置为45℃、60℃，重复步骤3）和步骤4）的操作，记录车辙试验机的车轮的振动加速度，如图6~图9所示。
6）数据分析
因为待评价的沥青混合料板状试件采用开级配，空隙率大于15%，所以选择经过大刻槽时的加速度峰值分析。由图4~图9可知，15℃时经过的大刻槽时车辙试验机的车轮振动加速度峰值与不经过时峰值比P15为9.1，45℃时P45为8.3，60℃时P60为7.5，且温度越高，沥青混凝土的减震效果越明显。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，测试所用的路面混凝土减震效果测试装置包括加速度采集系统和用于制作含刻槽混凝土板状试件的模具，所述模具的底面上设有两个凸棱，加速度采集系统包括车辙试验机，所述车辙试验机的车轮的钢架上设有加速度传感器，所述加速度传感器连接恒流源适配器，所述恒流源适配器连接数据采集卡，所述数据采集卡连接计算机，具体的路面混凝土减震效果测试方法，包括以下步骤，
1）将沥青混合料放入所述模具，用轮碾法成型混凝土板状试件，将混凝土板状试件置于室温下冷却，7d后脱模；
2）将表面有两个刻槽的混凝土板状试件固定在车辙试验机的试验台上，把加速度传感器装在车辙试验机车轮的钢架上，并依次与恒流源适配器、数据采集卡以及计算机相连；
3）设置车辙试验机温度并保温，启动车辙试验机的车轮，用数据采集卡收集车轮沿平行于刻槽走向滚动时竖向的振动加速度；
4）将板状试件顺时针旋转90゜，启动车辙试验机的车轮，利用数据采集卡收集车轮经过两个刻槽时的竖向振动加速度；
5）将车辙试验机温度设置为不同数值，重复步骤3）和步骤4）；
6）计算不同温度下经过刻槽时的振动加速度峰值与不经过刻槽时峰值的比值，评价路面混凝土的减震效果。
2.如权利要求1所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，两个凸棱分别设置在所述模具长度方向三等分处。
3.如权利要求2所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，所述凸棱为放倒的三棱柱体，所述凸棱的底面为长方形，所述凸棱的横截面为三角形，且凸棱底面的长边与模具的一边平行。
4.如权利要求3所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，两个凸棱的长度和高度均相同，宽度不同。
5.如权利要求4所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，所述凸棱两端的三角形侧面均向内倾斜，并且倾斜角度相同。
6.如权利要求1所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，所述步骤3）中的车轮行驶方向与刻槽走向平行且不经过刻槽，单方向行驶一次。
7.如权利要求1所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，所述步骤4）中的车轮行驶方向与刻槽走向垂直且经过刻槽，单方向行驶一次。
8.如权利要求1所述的路面混凝土减震效果测试方法，其特征在于，所述步骤6）中计算时，对于空隙率15%以下的混凝土板状试件选用经过小刻槽时的加速度数据进行计算，对于空隙率大于15%的混凝土板状试件选用经过大刻槽时的加速度数据进行计算。
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