CN108051314A - 多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置 - Google Patents

多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，包括环境箱、控制器、测试平台、用于对待测沥青路面试件进行喷洒水的供水系统、用于对待测沥青路面试件施加荷载力的荷载轮、用于驱动荷载轮在待测沥青路面试件上移动的驱动系统、用于调节荷载轮对待测沥青路面试件施加的荷载力的升降装置、用于获取待测沥青路面试件上裂缝宽度的裂缝宽度扫描仪、设置于待测沥青路面试件表面的引伸计以及用于测量荷载轮对待测沥青路面试件施加的作用力的压力传感器，该装置能够模拟多因素耦合作用下沥青裂缝及裂缝的发育过程。

Description

多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置
技术领域
本发明属于公路工程沥青及沥青混合料试验技术领域，涉及一种多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置。
背景技术
近年来，随着我国大量新建沥青路面公路的投入使用，沥青路面的养护维修工作的重要性也日益凸显。在众多沥青路面的病害当中，裂缝病害出现频率高，危害大，一旦出现，在自然环境以及行车荷载作用下更将迅速发展扩大，对行车安全以及路面的服务水平及使用寿命造成严重的不良影响。常见的沥青路面裂缝按照形状可分为纵向裂缝，横向裂缝，网状裂缝和不规则裂缝四种主要类型。纵向裂缝通常是由于路基，基层的不均匀沉降造成。横向裂缝多是由于路基或基层裂缝反射至路面表层所致，大多垂直于道路行车方向。网状裂缝或龟裂一般是由于行车荷载作用下的路面疲劳开裂，由许多纵、横缝连接形成网状或龟裂状的裂缝形式。不规则裂缝主要是由于路面表面材料的不均匀收缩导致，目前路面裂缝的测量方法主要有人工检测和识别，激光扫描识别，道路图像处理识别等。现行的沥青路面裂缝测量方法虽然可以有效发现路面裂缝，但是不能对沥青路面裂缝及裂缝的发育过程进行模拟实验，尤其是多因素耦合作用下的模拟。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，该装置能够模拟多因素耦合作用下沥青裂缝及裂缝的发育过程。
为达到上述目的，本发明所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置包括环境箱、控制器、测试平台、用于对待测沥青路面试件进行喷洒水的供水系统、用于对待测沥青路面试件施加荷载力的荷载轮、用于驱动荷载轮在待测沥青路面试件上移动的驱动系统、用于调节荷载轮对待测沥青路面试件施加的荷载力的升降装置、用于获取待测沥青路面试件上裂缝宽度的裂缝宽度扫描仪、设置于待测沥青路面试件表面的引伸计以及用于测量荷载轮对待测沥青路面试件施加的作用力的压力传感器；
压力传感器、荷载轮、驱动系统、供水系统、测试平台、升降装置、裂缝宽度扫描仪及引伸计均位于环境箱内，待测沥青路面试件固定于测试平台上，控制器与驱动系统、压力传感器、升降装置、裂缝宽度扫描仪、供水系统、引伸计及环境箱相连接。
升降装置包括底座、横杆及两个升降竖杆，其中，两个升降竖杆竖立固定于底座上，横杆的两端分别与两个升降竖杆的上端相连接，两个升降竖杆的控制端与控制器相连接。
驱动系统包括电动机、导轨轮以及设置于横杆上的纵向导轨，电动机驱动导轨轮在纵向导轨上移动，导轨轮与荷载轮之间相连接。
导轨轮与荷载轮之间通过钢管相连接。
测试平台夹持并固定于两个升降竖杆之间，待测沥青路面试件通过夹具固定于测试平台上。
测试平台与底座之间设置有废水箱及废水集水槽，其中，废水箱位于底座上，废水集水槽位于测试平台的下方，且废水集水槽的底部出口与废水箱的入口相连通。
供水系统包括水箱、水泵、阀门及喷头，其中，喷头位于待测沥青路面试件的上方，水箱的出口经水泵及阀门与喷头的入口相连通，控制器与阀门及水泵的控制端相连接。
环境箱的外壁上设置有显示屏，显示屏与控制器相连接。
引伸计的数目为两个，两个引伸计分别位于待测沥青路面试件的两侧。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置在具体操作时，荷载轮、供水系统及环境箱模拟多因素耦合作用下的试验环境，在试验过程中，通过荷载轮对待测沥青路面试件施加荷载力，通过裂纹宽度扫描仪及引伸计测量待测沥青路面试件的变形，以模拟沥青裂缝及裂缝的发育过程中，在实际操作中，可以通过比较沥青混合料在不同影响因素下裂缝开裂的大小，判断沥青混合料的防开裂性能，并判断沥青路面裂缝的发展趋势，为治理裂缝并对路面养护维修进行有效的指导。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中荷载轮9与待测沥青路面试件19的位置关系图。
其中，1为环境箱、2为显示屏、3为底座、4为升降竖杆、5为横杆、6为电动机、7为导轨轮、8为纵向导轨、9为荷载轮、10为压力传感器、11为水箱、12为阀门、13为喷头、14为裂缝宽度扫描仪、15为引伸计、16为夹具、17为测试平台、18为螺旋阀门、19为待测沥青路面试件、20为废水集水槽、21为废水箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置包括环境箱1、控制器、测试平台17、用于对待测沥青路面试件19进行喷洒水的供水系统、用于对待测沥青路面试件19施加荷载力的荷载轮9、用于驱动荷载轮9在待测沥青路面试件19上移动的驱动系统、用于调节荷载轮9对待测沥青路面试件19施加的荷载力的升降装置、用于获取待测沥青路面试件19上裂缝宽度的裂缝宽度扫描仪14、设置于待测沥青路面试件19表面的引伸计15以及用于测量荷载轮9对待测沥青路面试件19施加的作用力的压力传感器10；压力传感器10、荷载轮9、驱动系统、供水系统、测试平台17、升降装置、裂缝宽度扫描仪14及引伸计15均位于环境箱1内，待测沥青路面试件19固定于测试平台17上，控制器与驱动系统、压力传感器10、升降装置、裂缝宽度扫描仪14、供水系统、引伸计15及环境箱1相连接。
升降装置包括底座3、横杆5及两个升降竖杆4，其中，两个升降竖杆4竖立固定于底座3上，横杆5的两端分别与两个升降竖杆4的上端相连接，两个升降竖杆4的控制端与控制器相连接；驱动系统包括电动机6、导轨轮7以及设置于横杆5上的纵向导轨8，电动机6驱动导轨轮7在纵向导轨8上移动，导轨轮7与荷载轮9之间相连接；导轨轮7与荷载轮9之间通过钢管相连接。
测试平台17夹持并固定于两个升降竖杆4之间，待测沥青路面试件19通过夹具16固定于测试平台17上；测试平台17与底座3之间设置有废水箱21及废水集水槽20，其中，废水箱21位于底座3上，废水集水槽20位于测试平台17的下方，且废水集水槽20的底部出口与废水箱21的入口相连通。
供水系统包括水箱11、水泵、阀门12及喷头13，其中，喷头13位于待测沥青路面试件19的上方，水箱11的出口经水泵及阀门12与喷头13的入口相连通，控制器与阀门12及水泵的控制端相连接。
环境箱1的外壁上设置有显示屏2，显示屏2与控制器相连接；引伸计15的数目为两个，两个引伸计15分别位于待测沥青路面试件19的两侧。
环境箱1用于控制试验温度，并保证试验的密闭性，环境箱1的箱门为钢化玻璃材质，可以观察试验进展以及试样变化。测试平台17夹持于两个升降竖杆4的之间，且不可上下移动，引伸计15通过角钢固定于裂缝的两侧。
实施例一
荷载与冻胀双重作用下的试验，探究荷载作用下，有无冻胀作用对沥青路面裂缝宽度扩展的影响。
具体操作过程为：
制作两个待测沥青路面试件19，再在两个待测沥青路面试件19上开设一定深度的裂缝；
打开环境箱1，将第一个待测沥青路面试件19放入夹具16，并旋转夹具16上的螺旋阀门18，将第一个待测沥青路面试件19夹持于夹具16上，再关闭环境箱1的箱门，控制器控制环境箱1的温度，使环境箱1内的温度调节至T1(T1＜0℃)，打开阀门12，通过喷头13将水灌满裂缝，再关闭阀门12，计算用水量v1，静置1h，使第一个待测沥青路面试件19结冰并达到环境温度，然后调节升降竖杆4的高度，使荷载轮9与第一个待测沥青路面试件19的表面相接触，再通过升降竖杆4调节荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19施加的荷载力，当荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19施加的荷载力等于预设值时，则停止升降竖杆4的动作，当荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19的作用时间为t11，此时两个引伸计15的度数为LL11和LR11，完后一个周期的测试，然后调节荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19施加的作用力，再完成另外四个周期的测试，得五组裂缝宽度读数分别为：LL11和LR11、LL12和LR12、LL13和LR13、LL14和LR14、LL15和LR15；
将第二个待测沥青路面试件19夹持于夹具16上，通过控制器将环境箱1内的温度调节至T2＝T1，然后静置，通过控制器控制电动机6使荷载轮9位于裂缝的正上方，再调节升降竖杆4使荷载轮9与第二个待测沥青路面试件19相接触，并调节荷载轮9对第二个待测沥青路面试件19施加的作用力F，其中，等待一个温度作用周期t21后，两个引伸计15的度数为LL21和LR21，完成一个温度作用周期的测试；调整荷载轮9对待测沥青路面试件19的作用力，完成下一个温度作用周期的测试，得五个连续低温作用周期的五组裂缝宽度度数LL21和LR21、LL22和LR22、LL23和LR23、LL24和LR24、LL25和LR25；
计算沥青混合料在荷载-冻胀作用下裂缝裂缝-冻胀系数α，其中，
其中：裂缝-冻胀系数
通过比较待测沥青路面试件19在有荷载-冻胀双重作用下与荷载-干燥作用下的裂缝大小来反映在实际使用中冻胀作用对沥青混合料路面裂缝的不利影响。
实施例二
荷载与冲刷双重作用下的试验，探究荷载作用下，有无冲刷作用对沥青路面裂缝宽度扩展的影响。
具体操作过程为：
制作两个待测沥青路面试件19，再在两个待测沥青路面试件19上开设一定深度的裂缝；
打开环境箱1将第一个待测沥青路面试件19夹持于夹具16上，再关闭环境箱1的箱门，控制器控制环境箱1，使环境箱1内的温度为T3，静置1h，向水箱11内注入v3体积的水，再移动荷载轮9至第一个待测沥青路面试件19上裂缝的正上方，然后通过调节升降竖杆4使荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19的作用力为F，并设定荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19的作用周期为t，同时开启阀门12，喷头13对第一个待测沥青路面试件19上的裂缝进行冲刷；其中，第一个冲洗周期为t31，第一冲洗周期结束后，裂缝宽度扫描仪14的读数为d31；当一个作用时间t结束后，调节荷载轮9对第一个待测沥青路面试件19的作用力，得下一个冲洗周期结束后裂缝宽度扫描仪14的读数，得连续五个冲刷周期后裂缝宽度扫描仪14的读数分别为d31、d32、d33、d34及d35；
打开环境箱1，将第二个待测沥青路面试件19通过夹具16固定，再关闭环境箱1的箱门，通过控制器使环境箱1内的温度调节至T4＝T3，静置1h，控制器控制电动机6将荷载轮9移动至第二个待测沥青路面试件19上裂纹的正上方，并使荷载轮9对第二个待测沥青路面试件19的作用力F；设定第一个荷载作用周期为t41，等待t41时间后，裂缝宽度扫描仪14读数为d41；然后校准荷载轮9对第二个待测沥青路面试件19的作用力F，再等待下一个荷载作用周期，得连续五个荷载作用周期后裂缝宽度扫描仪14读数d41、d42、d43、d44及d45；
则沥青混合料在荷载-冲刷作用下的裂缝-冲刷系数β为：
通过比较车辙板试件在有荷载-冲刷作用下与荷载-干燥作用下的裂缝大小来反映在实际使用中冲刷作用对沥青混合料路面裂缝的不利影响。

Claims (9)

1.一种多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，包括环境箱(1)、控制器、测试平台(17)、用于对待测沥青路面试件(19)进行喷洒水的供水系统、用于对待测沥青路面试件(19)施加荷载力的荷载轮(9)、用于驱动荷载轮(9)在待测沥青路面试件(19)上移动的驱动系统、用于调节荷载轮(9)对待测沥青路面试件(19)施加的荷载力的升降装置、用于获取待测沥青路面试件(19)上裂缝宽度的裂缝宽度扫描仪(14)、设置于待测沥青路面试件(19)表面的引伸计(15)以及用于测量荷载轮(9)对待测沥青路面试件(19)施加的作用力的压力传感器(10)；
压力传感器(10)、荷载轮(9)、驱动系统、供水系统、测试平台(17)、升降装置、裂缝宽度扫描仪(14)及引伸计(15)均位于环境箱(1)内，待测沥青路面试件(19)固定于测试平台(17)上，控制器与驱动系统、压力传感器(10)、升降装置、裂缝宽度扫描仪(14)、供水系统、引伸计(15)及环境箱(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，升降装置包括底座(3)、横杆(5)及两个升降竖杆(4)，其中，两个升降竖杆(4)竖立固定于底座(3)上，横杆(5)的两端分别与两个升降竖杆(4)的上端相连接，两个升降竖杆(4)的控制端与控制器相连接。
3.根据权利要求2所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，驱动系统包括电动机(6)、导轨轮(7)以及设置于横杆(5)上的纵向导轨(8)，电动机(6)驱动导轨轮(7)在纵向导轨(8)上移动，导轨轮(7)与荷载轮(9)之间相连接。
4.根据权利要求3所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，导轨轮(7)与荷载轮(9)之间通过钢管相连接。
5.根据权利要求2所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，测试平台(17)夹持并固定于两个升降竖杆(4)之间，待测沥青路面试件(19)通过夹具(16)固定于测试平台(17)上。
6.根据权利要求5所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，测试平台(17)与底座(3)之间设置有废水箱(21)及废水集水槽(20)，其中，废水箱(21)位于底座(3)上，废水集水槽(20)位于测试平台(17)的下方，且废水集水槽(20)的底部出口与废水箱(21)的入口相连通。
7.根据权利要求1所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，供水系统包括水箱(11)、水泵、阀门(12)及喷头(13)，其中，喷头(13)位于待测沥青路面试件(19)的上方，水箱(11)的出口经水泵及阀门(12)与喷头(13)的入口相连通，控制器与阀门(12)及水泵的控制端相连接。
8.根据权利要求1所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，环境箱(1)的外壁上设置有显示屏(2)，显示屏(2)与控制器相连接。
9.根据权利要求1所述的多因素耦合作用下沥青路面裂缝及裂缝发育的试验装置，其特征在于，引伸计(15)的数目为两个，两个引伸计(15)分别位于待测沥青路面试件(19)的两侧。
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