CN107991158B - 可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪及试验方法 - Google Patents
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Abstract
可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪及试验方法，包括击实头、试模、压实锤、温控箱、电机、加热器和插刀，所述击实头上侧焊接有连接杆，所述连接杆上侧与承载板焊接，所述击实头下侧放置有试模，所述承载板上侧焊接有安全操作杆，所述安全操作杆上侧连接有压实锤，所述压实锤上侧焊接有导杆。通过设置温控箱以及温控器，保证了马歇尔试件成型的温度，提高了马歇尔试件成型的质量；一次击实试验同时制作3个试件，降低了每组马歇尔试样的离散程度，继而保证了马歇尔试验结果的可靠度；通过设置三组试模以及相应的定位装置，有效地提高了马歇尔试件的成型效率。
Description
技术领域
本发明涉及沥青混合料试验设备技术领域，具体涉及一种可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪及试验方法。
背景技术
马歇尔试验是沥青混合料配合比设计广泛采用的方法之一，其试验过程是对试件在规定的温度和湿度等条件下进行标准击实，测定沥青混合料的体积指标、稳定度和流值等指标，经一系列计算后，分别绘制出油石比与稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度的关系曲线，最后，确定出沥青混合料的最佳油石比，而马歇尔击实仪是沥青混合料马歇尔稳定度试验中试样成型的专用仪器，适用于标准击实法制作沥青混合料试件,以供试验室进行沥青混合料物理力学性质的试验使用。
目前，在室内进行马歇尔试件压实试验时，虽然按照《公路沥青路面施工技术规范》要求对试模温度和混合料的拌和温度进行了控制，但是，在沥青混合料装模、插捣以及击实过程中并未采取保温措施，导致沥青混合料在成型过程中存在温度降低的情况，且实验室使用的所有马歇尔击实仪一次只能成型一个试件，占用了实验人员大量的时间，降低了马歇尔试件成型的效率和试验数据的准确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪及试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，包括击实头、试模、压实锤、温控箱、电机、加热器和插刀，击实头上侧焊接有连接杆，连接杆上侧与承载板焊接，击实头下侧放置有试模，承载板上侧焊接有安全操作杆，安全操作杆上侧连接有压实锤，压实锤上侧焊接有导杆，导杆后侧设置有链条，链条上侧与上链轮连接，且链条下侧与下链轮连接，上链轮和下链轮均位于前箱内部，前箱下侧连接有温控箱，温控箱内部侧壁固定有温控器，试模下侧设置有垫板，垫板下侧设置有钢板平台，钢板平台下侧通过底座固定，前箱后侧设置有后箱，下链轮内侧连接有电机，链条外侧安装有挡块，电机下侧设置有加热器，垫板上侧固定有调节杆和固定杆，温控箱前侧安装有密封门。
可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪的试验方法的具体步骤如下：
步骤一、将各种规格的矿料置105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重(一般不少于4h)；
步骤二、将烘干分级的粗细集料，按每个试件设计级配要求称其质量，在一金属盘中混合均匀，矿粉单独加热，置烘箱中预热至沥青拌和温度以上15℃(采用道路石油沥青时集料加热温度为165～170℃；采用改性沥青时为185～190℃)备用；
步骤三、按正确的取样法采集沥青试样，用恒温烘箱或油浴、电热套熔化加热至规定的沥青混合料拌和温度备用，道路石油沥青加热温度不超过150℃，改性沥青加热温度不超过175℃；
步骤四、用沾有少许黄油的棉纱擦净试模和垫板，放置100℃左右烘箱中加热1h备用；
步骤五、将沥青混合料拌和机预热至拌和温度以上10℃左右备用；
步骤六、将每个试件预热的粗细集料置于拌和机中，用小铲子适当混合，然后再加入需要数量的已加热至拌和温度的沥青，开动拌和机一边搅拌一边将拌和叶片插入混合料中拌和1min-1.5min，然后暂停拌和，加入单独加热的矿粉，继续拌和1min-1.5min至均匀为止，盖上拌和锅锅盖，并使沥青混合料保持在要求的拌和温度范围内；
步骤七、从烘箱中取出预热的试模和垫板，用沾有少许黄油的棉纱擦拭试模、垫板以及击实头，将试模装在底座上，垫一张圆形的吸油性小的纸，按四分法从四个方向用小铲将已确定好质量的混合料铲入三组试模中，手持插刀手柄，使得三组插刀沿三组试模周边等角度插捣15次，中间插捣10次，每次插捣均应保证插刀底部与垫板上侧定位槽接触，插捣后将插刀上的混合料擦拭干净，并将擦落的混合料放置对应的试模中，将沥青混合料表面整平成凸圆弧面，在混合料上表面同样垫一张圆形的吸油性小的纸。对大型马歇尔试件，混合料分两次加入，每次插捣次数同上；
步骤八、提前打开加热器，对温控箱内部温度进行加热，随着温度的升高，温控器内部的弹性球体积增大，在支杆的带动下，可动磁铁向上运动，当温度达到马歇尔试件击实温度的时候(道路石油沥青混合料压实温度为145℃，改性沥青混合料压实温度为165℃)，可动磁铁与固定磁铁分开，加热器停止加热工作，若当温控箱温度低于击实温度时，弹性球体积减小，在支杆的带动下，可动磁铁向下运动，与固定磁铁接触，加热器自动进入加热状态；
步骤九、将试模放在垫板上部的定位槽中，通过调节试模锁紧器使得压紧板将试模压紧，打开密封门，在插块的作用下，将垫板推入钢板平台中，插入挡板，使得垫板固定，并关闭密封门；
步骤十、当温控箱温度满足击实温度(道路石油沥青混合料压实温度为145℃，改性沥青混合料压实温度为165℃)时，开启电机，带动链条运动，在挡块的作用下，使得压实锤连同下部的击实头上下循环运动，对试件进行成型操作；
步骤十一、试件击实一面后，打开密封门，拿出挡板，将垫板抽出，释放试模锁紧器，取下压紧板，将试模掉头，再压紧压紧板，并以同样的方法和次数击实另一面；
步骤十二、按照原马歇尔击实仪，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，同样击实相同数量的马歇尔试件；
步骤十三、击实完成后，将装有试件的试模横向放置冷却至室温后(不少于12h)，置脱模机上脱出试件，将原击实仪制作的试件与运用该发明击实仪制作的试件分开放置，供试验用。
本发明的有益效果是：本发明操作简单，使用方便，通过设置温控箱以及温控器，保证了马歇尔试件成型的温度，提高了马歇尔试件成型的质量，使得马歇尔稳定度提高了10.3％，流值提高了2.7％，冻融劈裂试验的残留强度比提高了9.8％，通过马歇尔稳定度、流值、残留强度比和空隙率变异系数的对比可见马歇尔试验结果的可靠度也得到了较大的提高；通过设置三组试模以及相应的定位装置，同比原击实仪，大大提高了马歇尔试件的成型效率。
附图说明
图1是本发明的整体正面示意图；
图2是本发明的整体侧面示意图；
图3是本发明的温控箱内部结构示意图；
图4是本发明的压紧板固定结构示意图；
图5是本发明的连接杆与安全操作杆分布示意图；
图6是本发明的挡布结构示意图；
图7是本发明的温控器内部结构示意图；
图8是本发明的插刀结构示意图；
图中：1击实头；2连接杆；3承载板；4试模；5安全操作杆；6压实锤；7导杆；8链条；9上链轮；10下链轮；11前箱；12温控箱；13温控器；14垫板；15钢板平台；16底座；17后箱；18电机；19挡块；20加热器；21调节杆；22固定杆；23压紧板；24试模锁紧器；25挡板；26密封门；27限位杆；28弹簧组；29定位槽；30插块；31套管；32挡布；33滑槽；34滑块；35弹性球；36支杆；37滑杆；38可动磁铁；39固定磁铁；40插刀手柄；41插刀连杆；42插刀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图8，可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，包括击实头1、试模4、压实锤6、温控箱12、电机18、加热器20和插刀42，击实头1上侧焊接有连接杆2，连接杆2上侧与承载板3焊接，击实头1下侧放置有试模4，承载板3上侧焊接有安全操作杆5，安全操作杆5上侧连接有压实锤6，压实锤6上侧焊接有导杆7，导杆7后侧设置有链条8，链条8上侧与上链轮9连接，且链条8下侧与下链轮10连接，上链轮9和下链轮10均位于前箱11内部，前箱11下侧连接有温控箱12，温控箱12内部侧壁固定有温控器13，试模4下侧设置有垫板14，垫板14下侧设置有钢板平台15，钢板平台15下侧通过底座16固定，前箱11后侧设置有后箱17，下链轮10内侧连接有电机18，链条8外侧安装有挡块19，电机18下侧设置有加热器20，垫板14上侧固定有调节杆21和固定杆22，温控箱12前侧安装有密封门26。
试模4上侧设置有压紧板23，压紧板23通过下侧试模锁紧器24与调节杆21连接，且压紧板23通过上侧弹簧组28与固定杆22连接，可以更好的方便压紧板23的上下运动，从而方便试模4的取放工作。
钢板平台15上侧开设有滑轨，滑轨的内径等于垫板14下侧焊接的插块30的外径，垫板14下侧开设有插槽，插槽与挡板25具有相同的长度和宽度，可以更好的将垫板14进行固定，从而保证试模4与击实头1相对位置的准确性。
调节杆21前后两侧均焊接有限位杆27，当试模锁紧器24下侧与限位杆27接触时，压紧板23可将试模4压紧，可以更好的实现试模锁紧器24对压紧板23的控制。
垫板14上侧开设有定位槽29，当垫板14通过挡板25固定时，可保证击实头1中心与定位槽29中心在同一铅垂线上，可以更好的保证马歇尔试件的成型质量。
温控箱12与安全操作杆5连接处安装有套管31，套管31的内径略大于安全操作杆5外径，温控箱12上侧连接有挡布32，挡布32的上侧面积等于安全操作杆5的截面积，一方面保证了安全操作杆5连同下部击实头1的竖直运动，另一方面保证了温控箱12内部的密封性。
安全操作杆5下端外侧均匀开设有滑槽33，挡布32通过滑块34与滑槽33连接，在保证温控箱12内部密封性的同时，减少挡布32对击实头1力的作用。
温控器13内部侧壁安装有固定磁铁39，固定磁铁39与加热器20电连接，且固定磁铁39上侧设置有可动磁铁38，可动磁铁38下侧连接有支杆36，支杆36下侧安装有弹性球35，且支杆36右侧设置有滑杆37，可以更好的调节控制温控箱12内部的温度。
插刀42上侧焊接有插刀连杆41，插刀连杆41远离插刀42一侧上端焊接有插刀手柄40，当插刀手柄40位于三组试模4组成的等边三角形中心时，三组试模4的截面圆心分别位于三组插刀42的垂直延长线上，可以保证沥青混合料插捣的均匀性。
本发明的一种可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪及试验方法，具体按照以下步骤实施：
步骤一、将各种规格的矿料置105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重(一般不少于4h)；
步骤二、将烘干分级的粗细集料，按每个试件设计级配要求称其质量，在一金属盘中混合均匀，矿粉单独加热，置烘箱中预热至沥青拌和温度以上15℃(采用道路石油沥青时集料加热温度为165～170℃；采用改性沥青时为185～190℃)备用；
步骤三、按正确的取样法采集沥青试样，用恒温烘箱或油浴、电热套熔化加热至规定的沥青混合料拌和温度备用，道路石油沥青加热温度不超过150℃，改性沥青加热温度不超过175℃；
步骤四、用沾有少许黄油的棉纱擦净试模4和垫板14，放置在100℃左右烘箱中加热1h备用；
步骤五、将沥青混合料拌和机预热至拌和温度以上10℃左右备用；
步骤六、将每个试件预热的粗细集料置于拌和机中，用小铲子适当混合，然后再加入需要数量的已加热至拌和温度的沥青，开动拌和机一边搅拌一边将拌和叶片插入混合料中拌和1min-1.5min，然后暂停拌和，加入单独加热的矿粉，继续拌和1min-1.5min至均匀为止，盖上拌和锅锅盖，并使沥青混合料保持在要求的拌和温度范围内；
步骤七、从烘箱中取出预热的试模4和垫板14，用沾有少许黄油的棉纱擦拭试模4、垫板14以及击实头1，将已确定好质量的混合料铲入三组试模4中，手持插刀手柄40，使得三组插刀42沿三组试模4周边等角度插捣15次，中间插捣10次，每次插捣均应保证插刀42底部与垫板14上侧定位槽29接触，插捣后将插刀42上的混合料擦拭干净，并将擦落的混合料放置对应的试模4中，将沥青混合料表面整平成凸圆弧面，在混合料上表面同样垫一张圆形的吸油性小的纸。对大型马歇尔试件，混合料分两次加入，每次插捣次数同上；
步骤八、提前打开加热器20，对温控箱12内部温度进行加热，随着温度的升高，温控器13内部的弹性球35体积增大，在支杆36的带动下，可动磁铁38向上运动，当温度达到马歇尔试件击实温度的时候(道路石油沥青混合料压实温度为145℃，改性沥青混合料压实温度为165℃)，可动磁铁38与固定磁铁39分开，加热器20停止加热工作，若当温控箱12温度低于击实温度时，弹性球35体积减小，在支杆36的带动下，可动磁铁38向下运动，与固定磁铁39接触，加热器20自动进入加热状态；
步骤九、将试模放在垫板14上部的定位槽29中，通过调节试模锁紧器24使得压紧板23将试模压紧，打开密封门26，在插块30的作用下，将垫板14推入钢板平台15中，插入挡板25，使得垫板14固定，并关闭密封门26；
步骤十、当温控箱12温度满足击实温度(道路石油沥青混合料压实温度为145℃，改性沥青混合料压实温度为165℃)时，开启电机18，带动链条8运动，在挡块19的作用下，使得压实锤6连同下部的击实头1上下循环运动，对试件进行成型操作；
步骤十一、试件击实一面后，打开密封门26，拿出挡板25，将垫板14抽出，释放试模锁紧器24，取下压紧板23，将试模4掉头，再压紧压紧板23，并以同样的方法和次数击实另一面；
步骤十二、按照原马歇尔击实仪，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，同样击实相同数量的马歇尔试件；
步骤十三、击实完成后，将装有试件的试模4横向放置冷却至室温后(不少于12h)，置脱模机上脱出试件，将原击实仪制作的试件与运用该发明击实仪制作的试件分开放置，供试验用；
步骤十四、本次发明，通过制作70-A道路石油沥青AC-13沥青混凝土马歇尔试件进行对比，分别通过马歇尔稳定度试验、沥青混合料冻融劈裂试验和空隙率测试，对比了本发明方法与现行试验规程击实仪制作试件的马歇尔稳定度、流值以及冻融劈裂试验的残留强度比，并对上述指标的变异系数进行比较，对比数据见表1(表中原击实仪制作试件的方法简称1，本发明击实仪制作试件的方法简称2)。
表1马歇尔试验结果对比表
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，包括击实头（1）、试模（4）、压实锤（6）、温控箱（12）、电机（18）、加热器（20）和插刀（42）；其特征在于：
所述击实头（1）上侧焊接有连接杆（2），所述连接杆（2）上侧与承载板（3）焊接，所述击实头（1）下侧放置有试模（4），所述承载板（3）上侧焊接有安全操作杆（5），所述安全操作杆（5）上侧连接有压实锤（6），所述压实锤（6）上侧焊接有导杆（7），所述导杆（7）后侧设置有链条（8），所述链条（8）上侧与上链轮（9）连接，且链条（8）下侧与下链轮（10）连接，所述上链轮（9）和下链轮（10）均位于前箱（11）内部，所述前箱（11）下侧连接有温控箱（12），所述温控箱（12）内部侧壁固定有温控器（13），所述试模（4）下侧设置有垫板（14），所述垫板（14）下侧设置有钢板平台（15），所述钢板平台（15）下侧通过底座（16）固定，所述前箱（11）后侧设置有后箱（17），所述下链轮（10）内侧连接有电机（18），所述链条（8）外侧安装有挡块（19），所述电机（18）下侧设置有加热器（20），所述垫板（14）上侧固定有调节杆（21）和固定杆（22），所述温控箱（12）前侧安装有密封门（26）；
可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪的试验方法，按照以下步骤实施：
步骤一、将各种规格的矿料置105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，烘干时间不少于4h；
步骤二、将烘干分级的粗细集料，按每个试件设计级配要求称其质量，并在金属盘中混合均匀，矿粉单独加热，置烘箱中预热至沥青拌和温度以上15℃备用；
采用道路石油沥青时集料加热温度为165~170℃；采用改性沥青时为185~190℃；
步骤三、按正确的取样法采集沥青试样，用恒温烘箱或油浴、电热套熔化加热至规定的沥青混合料拌和温度备用，道路石油沥青加热温度不超过150℃，改性沥青加热温度不超过175℃；
步骤四、用沾有少许黄油的棉纱擦净试模（4）和垫板（14），放置100℃左右烘箱中加热1h备用；
步骤五、将沥青混合料拌和机预热至拌和温度以上10℃备用；
步骤六、将每个试件预热的粗细集料置于拌和机中，用小铲子适当混合，然后再加入需要数量的已加热至拌和温度的沥青，开动拌和机一边搅拌一边将拌和叶片插入混合料中拌和1min-1.5min，然后暂停拌和，加入单独加热的矿粉，继续拌和1min-1.5min至均匀为止，盖上拌和锅锅盖，并使沥青混合料保持在要求的拌和温度范围内；
步骤七、从烘箱中取出预热的试模（4）和垫板（14），用沾有少许黄油的棉纱擦拭试模（4）、垫板（14）以及击实头（1）；将试模装在底座上，垫一张圆形的吸油性小的纸，按四分法从四个方向用小铲将已确定好质量的混合料铲入三组试模（4）中，手持插刀手柄（40），使得三组插刀（42）沿三组试模（4）周边等角度插捣15次，中间插捣10次，每次插捣均应保证插刀（42）底部与垫板（14）上侧定位槽（29）接触；插捣后将插刀（42）上的混合料擦拭干净，并将擦落的混合料放置对应的试模（4）中，将沥青混合料表面整平成凸圆弧面，在混合料上表面同样垫一张圆形的吸油性小的纸；
对大型马歇尔试件，混合料分两次加入，每次插捣次数同上；
步骤八、提前打开加热器（20），对温控箱（12）内部温度进行加热，随着温度的升高，温控器（13）内部的弹性球（35）体积增大，在支杆（36）的带动下，可动磁铁（38）向上运动；当温度达到马歇尔试件击实温度的时候，可动磁铁（38）与固定磁铁（39）分开，加热器（20）停止加热工作，若当温控箱（12）温度低于击实温度时，弹性球（35）体积减小，在支杆（36）的带动下，可动磁铁（38）向下运动，与固定磁铁（39）接触，加热器（20）自动进入加热状态；
步骤九、将试模放在垫板（14）上部的定位槽（29）中，通过调节试模锁紧器（24）使得压紧板（23）将试模压紧，打开密封门（26），在插块（30）的作用下，将垫板（14）推入钢板平台（15）中，插入挡板（25），使得垫板（14）固定，并关闭密封门（26）；
步骤十、当温控箱（12）温度满足击实温度（道路石油沥青混合料压实温度为145℃，改性沥青混合料压实温度为165℃）时，开启电机（18），带动链条（8）运动，在挡块（19）的作用下，使得压实锤（6）连同下部的击实头（1）上下循环运动，对试件进行成型操作；
步骤十一、试件击实一面后，打开密封门（26），拿出挡板（25），将垫板（14）抽出，释放试模锁紧器（24），取下压紧板（23），将试模（4）掉头，再压紧压紧板（23），并以同样的方法和次数击实另一面；
步骤十二、按照原沥青混合料马歇尔击实仪，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，同样击实相同数量的马歇尔试件；
步骤十三、击实完成后，将装有试件的试模（4）横向放置进行冷却，冷却不少于12h并至室温后，置脱模机上脱出试件，将原击实仪制作的试件与应用该发明击实仪制作的试件分开放置，供试验用。
2.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述试模（4）上侧设置有压紧板（23），压紧板（23）通过下侧试模锁紧器（24）与调节杆（21）连接，且压紧板（23）通过上侧弹簧组（28）与固定杆（22）连接。
3.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述钢板平台（15）上侧开设有滑轨，滑轨的内径等于垫板（14）下侧焊接的插块（30）的外径，垫板（14）下侧开设有插槽，插槽与挡板（25）具有相同的长度和宽度。
4.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述调节杆（21）前后两侧均焊接有限位杆（27），当试模锁紧器（24）下侧与限位杆（27）接触时，压紧板（23）可将试模（4）压紧。
5.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述垫板（14）上侧开设有定位槽（29），当垫板（14）通过挡板（25）固定时，可保证击实头（1）中心与定位槽（29）中心在同一铅垂线上。
6.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述温控箱（12）与安全操作杆（5）连接处安装有套管（31），套管（31）的内径略大于安全操作杆（5）外径，温控箱（12）上侧连接有挡布（32），挡布（32）的上侧面积等于安全操作杆（5）的截面积。
7.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述安全操作杆（5）下端外侧均匀开设有滑槽（33），挡布（32）通过滑块（34）与滑槽（33）连接。
8.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述温控器（13）内部侧壁安装有固定磁铁（39），固定磁铁（39）与加热器（20）电连接，且固定磁铁（39）上侧设置有可动磁铁（38），可动磁铁（38）下侧连接有支杆（36），支杆（36）下侧安装有弹性球（35），且支杆（36）右侧设置有滑杆（37）。
9.根据权利要求1所述的可控击实温度的沥青混合料马歇尔击实仪，其特征在于：所述插刀（42）上侧焊接有插刀连杆（41），所述插刀连杆（41）远离插刀（42）一侧上端焊接有插刀手柄（40），当插刀手柄（40）位于三组试模（4）组成的等边三角形中心时，三组试模（4）的截面圆心分别位于三组插刀（42）的垂直延长线上。
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