CN108387418A - 全自动沥青混合料均匀性测试仪器及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动沥青混合料均匀性测试仪器及测试方法，包括测试箱，以及带有温度控制、湿度控制和风速控制的试样养生室；测试箱中安装有用于切割待测试件的切割组件，切割组件的一侧安装传送带，切割组件的另一侧安装用于将切割后的待测试件推到传送带上的脱模装置，传送带连接电子称量仪，电子称量仪和切割组件均连接计算机。本发明能较为真实得模拟路面的真实使用环境，测试结果更接近工程实际情况；随机选取切割点，避免了人为切割时造成的主观影响，节省人力，节省试验时间，保证试验结果的准确度，实现自动化操作，提高测试效率；不包含CT扫描等试验仪器的使用，扩大了应用范围，节省了试验成本，不受环境因素限制。
Description
技术领域
本发明涉及道路施工检测领域，具体涉及一种全自动沥青混合料均匀性测试仪器及测试方法。
背景技术
随着我国公路交通的飞速发展，沥青路面的应用越来越广泛。然而，沥青路面的主要铺筑材料——沥青混合料却容易在生产、运输、摊铺过程中发生粗细集料离析现象，对沥青路面的使用寿命造成严重影响。因而，防止沥青混合料离析成为当今道路工程行业的一大课题。
又因为沥青混合料组成的复杂性，如何定量评价其均匀性，就成为道路工程行业的一项普遍难题。对于沥青混合料的均匀性评价，目前，国内外有以下几种方法，例如：采用盒子密度仪评价，热成像和激光断面仪结合的方法判定离析，通过数字图像技术判别离析，通过芯样的压实度、孔隙率、沥青含量和级配分析离析等。
目前针对沥青混合料均匀性的评价方法十分局限，都基于CT扫描成像并结合数学模型进行分析，如公开号为CN103575752A的中国专利提出了一项沥青混合料均匀性评价方法。通过CT扫描试样，获得试样截面图样，采集图样中有效信息，建立数学模型与评价体系，得出评价结果；过程较为繁琐、复杂，且周期长，成本高。
综上所述，目前各种评价方法普遍都有过程繁琐，评价使用复杂，可操作性较差，使用环境单一等诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种全自动沥青混合料均匀性测试仪器及测试方法，能够方便快捷的评价沥青混合料的均匀性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括测试箱，以及带有温度控制、湿度控制和风速控制的试样养生室；测试箱中安装有用于切割待测试件的切割组件，切割组件的一侧安装传送带，切割组件的另一侧安装用于将切割后的待测试件推到传送带上的脱模装置，传送带连接电子称量仪，电子称量仪和切割组件均连接计算机。
进一步地，试样养生室中安装有温度控制器、湿度控制器及风速控制器，温度控制器、湿度控制器及风速控制器均连接控制面板，控制面板安装在测试箱外部。
进一步地，切割组件包括固定安装在测试箱内的试样固定底座，试样固定底座上方安装有能够上下移动的绳锯。
进一步地，试样固定底座通过第一连接杆和连接轴承固定安装在测试箱内。
进一步地，试样固定底座的上表面含有能够和待测试件配合的凹槽。
进一步地，脱模装置包括固定在测试箱内的脱模面板，脱模面板通过第二连接杆连接能够在切割组件上侧伸缩的液压装置。
进一步地，电子称量仪位于传送带下方，电子称量仪通过机架安装在测试箱内。
本发明测试方法的技术方案是：包括以下步骤：
步骤一：将待测试件在设定温度、湿度和风速条件下进行养生；
步骤二：将养生结束的待测试件进行切割，分别称量切割后待测试件的质量并记录；
步骤三：根据切割后待测试件的质量计算不均匀度，完成全自动沥青混合料均匀性测试。
进一步地，步骤一中养生2h。
进一步地，步骤二中，切割的方向平行于待测试件的轴线或者垂直于待测试件的轴线；
步骤三中，不均匀度的计算公式是：
其中：R是不同切割方向待测试件的不均匀度；Ri是同一切割方向切割后的各部分待测试件不均匀度；β温度是温度影响系数；β湿度是湿度影响系数；β风速是风速影响系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用试样养生室模拟施工现场的温度、湿度及风的作用，进行试样养生，较为真实得模拟路面的真实使用环境，测试结果更接近工程实际情况；试验操作过程采用计算机自动控制切割组件和脱模装置运行，并记录切割后待测试件的质量，完成不均匀度计算，在测试过程中，通过计算机控制切割组件，随机选取切割点，避免了人为切割时造成的主观影响，为测试结果的准确客观性提供了保障；不仅可以节省人力，还可以有效节省试验时间，并且能够保证试验结果的准确度，实现自动化操作，提高测试效率；本发明所提出的一整套完整设备，技术论证可靠，不包含CT扫描等试验仪器的使用，一方面扩大了本发明的应用范围，另一方面节省了试验成本，降低了造价，内部结构稳定，适用性广，不受环境因素限制，可为工程施工及沥青混合料室内试验提供修正指导依据，可用于全地形，全环境的沥青混料均匀性测试评价。
本发明方法中提出全新评价体系，通过测定试样切割后各部分的材料密度，以定量判定试样的均匀性，评价方法较为简单，易于操作，大大简化评价过程，并且缩短评价周期，降低评价成本，可为工程施工以及室内试验提供直观便捷的评价结果。
附图说明
图1为本发明的测试箱的左视图；图2为本发明的测试箱的正视图；
图3为本发明的测试箱俯视图；图4为本发明的测试箱的内部结构图；
图5为本发明的切割组件侧视图；
图6为本发明的脱模装置正视图；
图7是试样横向切割示意图；
图8是试样纵向切割示意图。
其中：1为控制面板、12为控制面板按钮；2为测试箱开关；3为试样养生室、31为湿度控制器、32为温度控制器、33为风速控制器；4为切割组件、41为绳锯、42为试样固定底座、43为连接轴承、44为第一连接杆；5为脱模装置、51为脱模面板、52为液压装置、53为第二连接杆；6为传送带；7为电子称量仪；8为机架；9为计算机；10为计算机连接缆线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明测试仪器和方法能够在三场耦合作用下，方便快捷的评价沥青混合料的均匀性，克服已有评价标准的复杂不便性，并为各种环境下沥青路面的道路施工提供指导依据。
参见图1至图6，本发明测试仪器包括：环境箱、试验装置以及外接的计算机9。
环境箱是带有温度控制、湿度控制和风速控制的试样养生室3，试样养生室3中安装有温度控制器32、湿度控制器31及风速控制器33，温度控制器32、湿度控制器31及风速控制器33均通过缆线连接控制面板1，控制面板1安装在测试箱外部；可以同时设定温度、湿度及风速，该环境箱的工作原理是：通过加装的湿度控制器31、温度控制器32以及风速控制器33，分别连接加湿装置、加热装置和鼓风机，并通过控制面板1进行湿度、温度和风速的调控，调节环境箱内部的温度和湿度，来模拟不同施工现场沥青混合料所受到的温度、湿度和风速的环境荷载。其中各控制器均需要外接电源。
试验装置包括测试箱，以及在测试箱中安装的用于切割待测试件的切割组件4，切割组件4的一侧安装传送带6，切割组件4的另一侧安装用于将切割后的待测试件推到传送带6上的脱模装置5，传送带6连接电子称量仪7，电子称量仪7记录质量数据，电子称量仪7通过计算机连接缆线10连接计算机9。
切割组件4包括固定安装在测试箱内的试样固定底座42，试样固定底座42上方安装有能够上下移动的绳锯41，绳锯41的长度大于待测试件的直径和长度，保证平行于待测试件的轴线或者垂直于待测试件的轴线的顺利切割。试样固定底座42通过第一连接杆44和连接轴承43固定安装在测试箱内。试样固定底座42的上表面含有能够和待测试件配合的凹槽。
脱模装置包括固定在测试箱内的脱模面板51，脱模面板51通过第二连接杆53连接能够在切割组件4上侧伸缩的液压装置52。
电子称量仪7位于传送带6下方，电子称量仪7通过机架8安装在测试箱内。
外接计算机9通过缆线连接切割组件4，实现试样均匀性的全自动测试，并输出评价结果。
本发明所述的沥青混合料均匀性全自动测试仪的使用方法包括以下步骤：
(1)通过室内成型标准马歇尔试件或者现场钻芯取样，获得测试试样，优选制备6件测试试样；启动试样养生室3，将一组测试试样置于本发明试样养生室3中，设定温度、湿度和风速值，养生2小时；一般一组测试试样中含有两件试样；
(2)养生结束后，将试样取出，并置于图5所示切割组件4中的试样固定底座42中；计算机9控制试样箱中内置切割组件4中的绳锯41，沿试件高的方向随机选择4个切割点，控制图5所示的切割组件4，使绳锯41垂直向下运动，按照随机选取点将试样切割并记录该组切割点；然后，继续通过计算机9控制试样固定底座42的连接轴承43水平旋转90度，并调整切割组件4中内置绳锯41的切割位置，沿试件直径方向随机选择4个切割点，控制切割组件4，使绳锯41垂直向下运动，将试样切割并记录该组切割点，完成切割；
(3)通过计算机控制，启动图6所示脱模装置5，将已完成切割的试样沿水平方向脱离试样固定底座42，将已完成切割的试样逐一推动至图3所示传送带6上，启动传送带6，通过传送带6将切割后试样分别传送到图3所示电子称量仪7上称量质量，读数并记录；
(4)利用采集的数据，通过计算机计算不均匀度，并输出评价结果，完成评价。
如上，完成同一测试条件下沥青混合料均匀性测试评价，下面，分别选择温度、湿度、风速作为单一控制变量，并重复上述试验过程，完成测定，并记录测定结果。
将6组测定结果输入算例中，计算出温度、湿度、风速影响因子，并综合6例，完成沥青混合料均匀性评价，给出评价结果。
下面具体说明本发明提出的沥青混合料均匀性评价计算过程。
本发明利用不均匀度来评价沥青混合料均匀性，不均匀度R数值越小，沥青混合料的均匀性越好。
式中：R是水平方向(或竖直方向)沥青混合料试样不均匀度；Ri是各部分沥青混合料试样不均匀度(同一测试方向)；β温度是温度影响系数；β湿度是湿度影响系数；β风速是风速影响系数。
式中：T是温度，i、j分别表示同一变量下不同组别测试数据。下同。
式中：W是湿度值。
式中：S是风速值。
式中：ρMax是密度最大值；ρMin是密度最小值；ρ平均是密度平均值。
式中：M是测试部分质量；V是测试部分体积，可用计算机预置算式算得。
本发明提出的沥青混合料均匀性评价指标分为沿高方向不均匀度与沿直径方向不均匀度，即对应竖直方向不均匀度与水平方向不均匀度。二者计算方式均如以上各式所示。
实施例一
以下为一次试样在温度为T，湿度为W，风速为S下，切割示意图，试样高为H，底面半径为r，如图7和图8所示。
则对于该试样，横向(沿高度方向)随机切割为五部分，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，每部分对应高度为HⅠ＝5mm,HⅡ＝12mm,HⅢ＝15mm,HⅣ＝27mm,HⅤ＝4.5mm；质量为mⅠ＝83g,mⅡ＝220.3g,mⅢ＝284g,mⅣ＝523.2g,mⅤ＝95.2g试样底面半径为r；纵向随机切割为5部分，分别记为1，2，3，4，5，每部分宽度分别为b1＝9mm,b2＝17mm,b3＝28mm,b4＝34mm,b5＝13.6mm；质量为m1＝47.5g,m2＝191.05g,m3＝383.2g,m4＝483.5g,m5＝101.45g。
纵向(沿径向方向)不均匀度：
该试样横向切割后五部分的密度分别为：
密度平均值为：
则其纵向不均匀度R为：
(1)水平不均匀度：
以试样纵向切割示意图中“2”为例：
其中，h1是计算块的宽度值，h2是圆心到计算块距离，l1是计算块上沿半弦长，l2是计算块下沿半弦长，α是计算块上圆弧对应的圆心角。
同理计算得出1，2，3，4，5部分密度ρ1＝0.5269g/cm3,ρ2＝0.5174g/cm3,ρ3＝0.5374g/cm3,ρ4＝0.4987g/cm3,ρ5＝0.5472g/cm3.
密度平均值为：
则其水平不均匀度R为
以上，得出一件试样在指定温度、湿度、风速环境下不均匀度，进一步地，得出剩余5件试样不均匀度，并输出以下结果：
进一步地可得：
或
或
或
最终得出本次沥青混合料均匀性评价结果：
即R横向＝0.19
R纵向＝0.095
由计算结果可知，横向不均匀度较大，表明混合料成型过程已发生较大离析，建议更改配合比或成型方法；纵向不均匀度较小，即纵向较为均匀。
与现有沥青混合料均匀性测试方法及手段相比，本发明具有以下突出的技术优势：
本发明开发了沥青混合料均匀性测试仪，在测试仪内部，设置温度、湿度、风速控制环境，较为真实得模拟路面的真实使用环境，为沥青混合料室内试验的工程应用价值的提高，做出贡献；
本发明在测试过程中，通过计算机控制切割组件，随机选取切割点。避免了人为切割时造成的主观影响，为测试结果的准确客观性提供了保障；
本发明通过测定试样切割后各部分的材料密度，判定试样的均匀性，评价方法较为简单，易于操作。且测试过程自动化水平高，不仅克服了人为因素对测试结果的干扰，也提高了测试效率，减少了人力投入；
本发明的测试手段，不包含CT扫描等试验仪器的使用，一方面扩大了本发明的应用范围，另一方面节省了试验成本，降低了造价；
本发明开发的沥青混合料均匀性测试仪器，内部结构稳定，适用范围广，不受环境因素限制，可为工程施工及沥青混合料室内试验提供修正指导依据；
本发明提出了沥青混合料均匀性评价体系，用以定量评价沥青混合料的均匀性，可为工程施工以及室内试验提供直观便捷的评价结果。
Claims (10)
1.全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：包括测试箱，以及带有温度控制、湿度控制和风速控制的试样养生室(3)；测试箱中安装有用于切割待测试件的切割组件(4)，切割组件(4)的一侧安装传送带(6)，切割组件(4)的另一侧安装用于将切割后的待测试件推到传送带(6)上的脱模装置(5)，传送带(6)连接电子称量仪(7)，电子称量仪(7)和切割组件(4)均连接计算机(9)。
2.根据权利要求1所述的全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：试样养生室(3)中安装有温度控制器(32)、湿度控制器(31)及风速控制器(33)，温度控制器(32)、湿度控制器(31)及风速控制器(33)均连接控制面板(1)，控制面板(1)安装在测试箱外部。
3.根据权利要求1所述的全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：切割组件(4)包括固定安装在测试箱内的试样固定底座(42)，试样固定底座(42)上方安装有能够上下移动的绳锯(41)。
4.根据权利要求3所述的全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：试样固定底座(42)通过第一连接杆(44)和连接轴承(43)固定安装在测试箱内。
5.根据权利要求3所述的全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：试样固定底座(42)的上表面含有能够和待测试件配合的凹槽。
6.根据权利要求1所述的全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：脱模装置包括固定在测试箱内的脱模面板(51)，脱模面板(51)通过第二连接杆(53)连接能够在切割组件(4)上侧伸缩的液压装置(52)。
7.根据权利要求1所述的全自动沥青混合料均匀性测试仪器，其特征在于：电子称量仪(7)位于传送带(6)下方，电子称量仪(7)通过机架(8)安装在测试箱内。
8.全自动沥青混合料均匀性测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将待测试件在设定温度、湿度和风速条件下进行养生；
步骤二：将养生结束的待测试件进行切割，分别称量切割后待测试件的质量并记录；
步骤三：根据切割后待测试件的质量计算不均匀度，完成全自动沥青混合料均匀性测试。
9.根据权利要求8所述的全自动沥青混合料均匀性测试方法，其特征在于：步骤一中养生2h。
10.根据权利要求8所述的全自动沥青混合料均匀性测试方法，其特征在于：步骤二中，切割的方向平行于待测试件的轴线或者垂直于待测试件的轴线；
步骤三中，不均匀度的计算公式是：
其中：R是不同切割方向待测试件的不均匀度；Ri是同一切割方向切割后的各部分待测试件不均匀度；β温度是温度影响系数；β湿度是湿度影响系数；β风速是风速影响系数。
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