CN107917848B - 一种评价级配碎石变形性能的冲击试验仪及评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种评价级配碎石变形性能的冲击试验仪及评价方法，冲击试验仪包括固定在减振台上的发动机以及安装在传动杆末端的橡胶压头，发动机经伺服阀与传动杆连接，伺服阀用于调节传动杆以实现波形控制；发动机经传动杆带动橡胶压头对级配碎石试件施加冲击力；传动杆上设置有用于调节传动杆自身长度的升降阀。评价方法包括以下步骤：a.称取级配碎石混合料，拌匀后装入试模；b.碾压装有级配碎石混合料的试模，制得级配碎石试件；c.通过冲击试验仪按照设定波形及频率对其反复冲击，试验过程中记录级配碎石的变形时间曲线与特定时刻的变形量；d.计算级配碎石的变形性能指标PDI。本发明能够有效地对级配碎石的变形性能做出快速准确的评价。

Description

一种评价级配碎石变形性能的冲击试验仪及评价方法
技术领域
本发明属于公路工程领域，具体为一种评价级配碎石变形性能的冲击试验仪及评价方法。
背景技术
级配碎石材料因为其具有取材容易、造价低廉、反射裂缝少等优点，曾广泛应用于我国早期的道路建设，但受限于当时的认识水平和技术能力，以及评价指标不合适等缺陷，级配碎石基层未能满足交通发展的需求。道路工作者在原有认识的基础上对级配碎石材料的组成及配比进行了改善，采用骨架结构和振动成型方式大幅度提升了级配碎石材料的路用性能。
目前国内外主要采用加州承载比CBR试验对级配碎石材料的性能进行评价，以CBR值作为级配碎石材料的评价指标。而CBR值主要针对材料的强度指标，难以对其变形性能做出准确的评价。工程实践表明，级配碎石基层的破坏主要是由于过量的变形造成的，故而仅仅采用CBR值作为级配碎石材料的评价指标过于片面。因此，为保证级配碎石基层的使用寿命，仍需提出一个能够合理评价级配碎石的变形性能的指标。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种评价级配碎石变形性能的冲击试验仪及评价方法，能够有效地对级配碎石的变形性能做出快速准确的评价。
为了实现上述目的，本发明评价级配碎石变形性能的冲击试验仪包括：固定在减振台上的发动机以及安装在传动杆末端的橡胶压头，发动机经伺服阀与传动杆连接，所述的伺服阀用于调节传动杆以实现波形控制；所述的发动机经传动杆带动橡胶压头对级配碎石试件施加冲击力；所述的传动杆上设置有用于调节传动杆自身长度的升降阀。
所述的橡胶压头对级配碎石试件所施加冲击力的大小控制在0.7MPa。
本发明级配碎石变形性能的评价方法，包括以下步骤：
a.称取级配碎石混合料，拌匀后装入试模；
b.碾压装有级配碎石混合料的试模，制得级配碎石试件(6)；
c.将级配碎石试件在室温下静置以后，通过冲击试验仪按照设定波形及频率对其反复冲击，试验过程中记录级配碎石的变形时间曲线与特定时刻的变形量；
d.计算级配碎石的变形性能指标PDI。
步骤a所述的试模长度为300mm、宽度为300mm、高度为l00mm，级配碎石混合料的称取量为：级配碎石试件体积×级配碎石最佳干密度×1.03。
步骤b采用轮碾成型机碾压装有级配碎石混合料的试模并制得级配碎石试件。
所述的步骤c中将级配碎石试件在室温下静置3～5h。
步骤d中级配碎石的变形性能指标PDI按照以下步骤进行计算：
d.1)取变形时间曲线上的第l0min、第20min、第30min、第40min、第50min和第60min，将各时刻对应的变形量分别记为y10、y20、y30、y40、y50和y60；
d.2)依次计算变形曲线在各时段内的近似积分并分别记为S1、S2、S3、S4和S5，所述的时段包括第10min到第20min、第20min到第30min、第30min到第40min、第40min到第50min、第50min到第60min；计算方法为S1＝(y10+y20)×Δt/2；S2＝(y20+y30)×Δt/2；S3＝(y30+y40)×Δt/2；S4＝(y40+y50)×Δt/2；S5＝(y50+y60)×Δt/2；其中，Δt＝10min；
d.3)基于近似积分和冲击试验仪的冲击速度计算变形性能指标PDI：
PDI＝(S1+S2+S3+S4+S5)×N＝(y10/2+y20+y30+y40+y50+y60/2)×Δt×N；
式中，N为橡胶压头的冲击速度，单位为次/min；
变形性能指标PDI的单位为次·mm。
与现有技术相比，本发明评价级配碎石变形性能的冲击试验仪通过发动机产生冲击动力，发动机固定在减振台上，减少其自身的振动以消除试验误差。本发明的发动机连接能够进行波形控制的伺服阀，伺服阀再通过传动杆连接橡胶压头，传动杆上设置有用于调节传动杆自身长度的升降阀，橡胶压头以一定频率和波形反复冲击试件，继而模拟车辆实际行驶过程中橡胶轮胎对级配碎石基层的冲击过程，该试验仪的结构简单，能够较好的满足试验需要。
与现有技术相比，本发明级配碎石变形性能的评价方法采用轮碾成型机碾压装有级配碎石混合料的试模，能够模拟实际施工过程中混合料摊铺机对级配碎石基层的摊铺碾压过程，通过冲击试验仪按照设定波形及频率对级配碎石试件反复冲击，模拟车辆实际行驶过程中橡胶轮胎对级配碎石基层的冲击过程，最后获取到变形时间曲线，能够直观反映级配碎石混合料在轴载作用下的变形量，从而评价级配碎石的变形性能，整体操作过程快速准确。
附图说明
图1本发明冲击试验仪的结构示意图；
图中：1-发动机；2-伺服阀；3-升降阀；4-减振台；5-橡胶压头；6-级配碎石试件；7-传动杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明评价级配碎石变形性能的冲击试验仪在结构上包括固定在减振台4上的发动机1以及安装在传动杆7末端的橡胶压头5，发动机1经伺服阀2与传动杆7连接，伺服阀2用于调节传动杆7以实现波形控制；发动机1经传动杆7带动橡胶压头5对级配碎石试件6施加冲击力；传动杆7上设置有用于调节传动杆7自身长度的升降阀3。
分别以试件处于最佳含水率3.6％和饱水24h两种条件下进行级配碎石变形性能对比试验，集料级配见表1。在级配碎石最佳含水率条件下取四块试件进行平行试验，将其编号分别为Ⅰ-1～Ⅰ-4；在饱水24h条件下取四块试件进行平行试验，编号II-1～II-4。
表1集料级配
筛孔(mm) 31.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
通过率(％) 100 64 47 36 28 17.5 7.5
选用长×宽×高的尺寸为300mm×300mm×l00mm的试模，按试件的体积乘以最佳干密度再乘以系数1.03称取级配随时混合料，拌匀后装入试模。采用轮碾成型机碾压装有混合料的试模，制得级配碎石试件6。将试件在室温下静置3～5h以后，进行橡胶压头冲击试验。
在橡胶压头冲击试验中，首先需要通过升降阀3将传动杆7升起，放入级配碎石试件6后重新降下传动杆7，使橡胶压头5刚好与级配碎石试件6充分接触。再开启伺服阀2，并对输出波形进行设置，可以设置为正弦波、Haversine波等波形。最后开启发动机1，带动传动杆7工作，并对级配碎石试件6施加冲击力。发动机1自身产生的振动由减振台4消除，从而控制试验误差。试验过程中记录级配碎石的变形时间曲线，并记录特定时刻的变形量。
根据橡胶压头冲击试验所得的变形时间数据(表2)发现，变形量在8min之前波动较大，存在较大的试验误差，而在8～10min后变形量增长速度趋于稳定。故取第10min作为计算指标的起始时间，其对应的变形量记为y10。当试验进行至60min以后，变形量增长幅度很小，变形量趋于恒定值，故将终止时间定为60min，对应的变形量记为y60。此外，将变形曲线上的第20min、第30min、第40min和第50min对应的变形量分别记为y20、y30、y40和y50。
表2变形时间数据
Figure BDA0001539661700000041
由表2可知，从第10min至60min，最佳含水率条件下的变形量基本都小于饱水24hII-4条件下的变形量。这说明含水率对橡胶压头冲击试验有明显影响，在进行橡胶压头冲击试验时应测试试件的含水率。
依次计算变形曲线在各时段内(从第10min到第20min、第20min到第30min、第30min到第40min、第40min到第50min和第50min到第60min)的近似积分，并分别记为S1、S2、S3、S4和S5。计算方法为S1＝(y10+y20)×Δt/2；S2＝(y20+y30)×Δt/2；S3＝(y30+y40)×Δt/2；S4＝(y40+y50)×Δt/2；S5＝(y50+y60)×Δt/2。其中，Δt＝10min。基于近似积分和橡胶压头冲击速度计算指标PDI＝(S1+S2+S3+S4+S5)×N＝(y10/2+y20+y30+y40+y50+y60/2)×Δt×N。式中：N为橡胶压头的冲击速度，单位为次/min。计算结果如表3所示。
表3 PDI计算结果
Figure BDA0001539661700000051

Claims (5)

1.一种评价级配碎石变形性能的冲击试验仪，其特征在于：包括固定在减振台(4)上的发动机(1)以及安装在传动杆(7)末端的橡胶压头(5)，发动机(1)经伺服阀(2)与传动杆(7)连接，所述的伺服阀(2)用于调节传动杆(7)以实现波形控制；
所述的发动机(1)经传动杆(7)带动橡胶压头(5)对级配碎石试件(6)施加冲击力；
所述的传动杆(7)上设置有用于调节传动杆(7)自身长度的升降阀(3)；橡胶压头(5)对级配碎石试件(6)所施加冲击力的大小控制在0.7MPa；橡胶压头(5)以一定频率和波形反复冲击级配碎石试件(6)，模拟车辆实际行驶过程中橡胶轮胎对级配碎石基层的冲击过程。
2.一种使用如权利要求1所述评价级配碎石变形性能的冲击试验仪的级配碎石变形性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.称取级配碎石混合料，拌匀后装入试模；
b.碾压装有级配碎石混合料的试模，制得级配碎石试件(6)；
c.将级配碎石试件(6)在室温下静置以后，通过冲击试验仪按照设定波形及频率对其反复冲击，试验过程中记录级配碎石的变形时间曲线与特定时刻的变形量；
d.计算级配碎石的变形性能指标PDI；
级配碎石的变形性能指标PDI按照以下步骤进行计算：
d.1)取变形时间曲线上的第l0min、第20min、第30min、第40min、第50min和第60min，将各时刻对应的变形量分别记为y10、y20、y30、y40、y50和y60；
d.2)依次计算变形曲线在各时段内的近似积分并分别记为S1、S2、S3、S4和S5，所述的时段包括第10min到第20min、第20min到第30min、第30min到第40min、第40min到第50min、第50min到第60min；计算方法为S1＝(y10+y20)×Δt/2；S2＝(y20+y30)×Δt/2；S3＝(y30+y40)×Δt/2；S4＝(y40+y50)×Δt/2；S5＝(y50+y60)×Δt/2；其中，Δt＝10min；
d.3)基于近似积分和冲击试验仪的冲击速度计算变形性能指标PDI：
PDI＝(S1+S2+S3+S4+S5)×N＝(y10/2+y20+y30+y40+y50+y60/2)×Δt×N；
式中，N为橡胶压头的冲击速度，单位为次/min；
变形性能指标PDI的单位为次·mm。
3.根据权利要求2所述的级配碎石变形性能评价方法，其特征在于：步骤a所述的试模长度为300mm、宽度为300mm、高度为l00mm，级配碎石混合料的称取量为：
级配碎石试件体积×级配碎石最佳干密度×1.03。
4.根据权利要求2所述的级配碎石变形性能评价方法，其特征在于：步骤b采用轮碾成型机碾压装有级配碎石混合料的试模并制得级配碎石试件(6)。
5.根据权利要求2所述的级配碎石变形性能评价方法，其特征在于：所述的步骤c中将级配碎石试件(6)在室温下静置3～5h。
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