CN108507942A - 一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法 - Google Patents

一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法，包括万能试验机以及设置于万能试验机中环境箱内的夹具及定位块，其中，夹具包括自上到下依次设置的连接杆、夹具上平行板、上集料块、下集料块、夹具下平行板及第一固定块，定位模块位于上集料块与下集料块之间，其中，万能试验机与连接杆的上端相连接，连接杆的下端固定于夹具上平行板的上部，上集料块固定于夹具上平行板的底部，下集料块固定于夹具下平行板的上部，第一固定块固定于夹具下平行板的底部，该装置及方法能够测量温度、拉伸速度对沥青粘聚力及粘附力的影响，同时实验误差小。

Description

一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法
技术领域
本发明属于道路工程沥青及沥青混合料试验装置技术领域，涉及一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法。
背景技术
沥青路面以其良好的路面使用性能得到了大家的认可，我国高速公路超过95％的路面使用的是沥青混凝土路面。但是沥青混凝土在服役过程中，主要存在的问题是服役年限远远较设计年限短，这固然与我国实际路面使用情况有联系，但更要的方面是与沥青路面自身的病害有关。在沥青混凝土的众多病害种类中，水损害是不可忽视的主要病害之一，它在形成初期会造成路面出现松散、坑槽等病害而导致路表功能显著下降且促进裂缝的形成；在中后期与裂缝相互促进，则会导致整个道路出现翻浆，同时降低道路的承载强度，进而大大缩短道路使用寿命，具有极其严重的危害。
相关研究表明沥青路面出现水损害的主要原因是沥青胶结料内部的粘聚力不足以及沥青胶结料与集料的粘附力不足造成的。沥青胶结料内部较小的粘聚力以及与集料的粘附力使得其在荷载等外力因素下容易出现薄弱点，导致水分的侵入，从而引起水损害。这就从理论上对水损害进行了解释，但在实际操作中的困难在于，现有的水平很难对沥青粘聚力和与集料的粘附力进行准确测量和表达，为此道路研究者们先后选取了诸多不同的指标进行了评价，而现行广泛使用的方法为从高分子涂料行业引入的气动粘附拉伸试验仪(Pneumaric Adhesion Tensile Testing Instrument，PATTI)，PATTI的主要问题在于不能准确地区分粘聚力和粘附力的测量；实验误差大，实验结果易受边缘沥青的边缘效应影响；拉伸速度和温度变化难以控制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法，该装置及方法能够测量温度、拉伸速度对沥青粘聚力及粘附力的影响，同时实验误差小。
为达到上述目的，本发明所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置包括万能试验机以及设置于万能试验机中环境箱内的夹具及定位块，其中，夹具包括自上到下依次设置的连接杆、夹具上平行板、上集料块、下集料块、夹具下平行板及第一固定块，定位模块位于上集料块与下集料块之间，其中，万能试验机与连接杆的上端相连接，连接杆的下端固定于夹具上平行板的上部，上集料块固定于夹具上平行板的底部，下集料块固定于夹具下平行板的上部，第一固定块固定于夹具下平行板的底部。
所述定位模块包括第一定位块及第二定位块，其中第一定位块的端部设置有第一凹槽，第二定位块的端部设置有第二凹槽，其中，第一凹槽正对第二凹槽，且第一凹槽与第二凹槽组成定位孔。
定位模块包括第一定位夹片及第二定位夹片，其中，第一定位夹片与第二定位夹片均位于上集料块与下集料块之间，且第一定位夹片与第二定位夹片之间有间隙。
连接杆的上端设置有第二固定块，夹具上平行板的上部设置第三固定块，其中，第三固定块固定于连接杆的下端。
固定销钉穿过第三固定块及连接杆的下端将第三固定块与连接杆的下端相连接。
上集料块与夹具上平行板之间通过第一环氧树脂层连接，下集料块与夹具下平行板之间通过第二环氧树脂层连接。
第一固定块上设置有销孔。
本发明所述的测试沥青粘聚力的方法包括以下步骤：
在上集料块与下集料块之间浇筑沥青，并利用定位孔在上集料块与下集料块之间形成沥青试模柱体，其中，该沥青试模柱体为断裂面，冷却后清除溢出来的沥青，然后将夹具固定在万能试验机的环境箱中恒温保温，随后去掉第一定位块及第二定位块，通过万能试验机对连接杆施加拉力，直至沥青与沥青之间在断裂面处完全断裂为止，在此过程中记录力随位移的变化曲线，以研究沥青与沥青之间力随位移的变化规律、温度对沥青粘聚力的影响以及拉伸速度对沥青粘聚力的影响。
本发明所述的测试沥青粘附力的方法包括以下步骤：
将第一定位夹片与第二定位夹片放置于上集料块与下集料块之间，然后在上集料块与下集料块之间浇筑沥青，同时施加外力保证上集料块与下集料块之间沥青流动的均匀性，浇筑的沥青冷却后去除溢出来的沥青，然后将夹具固定在万能试验机的环境箱中恒温保温，随后去除第一定位夹片及第二定位夹片，通过万能试验机对连接杆施加拉力，直至沥青与集料表面完全脱离为止，在此过程中记录力随位移的变化曲线，以评估沥青与集料之间力随位移的变化规律、温度对沥青粘附力的影响以及拉伸速率对沥青粘附力的影响。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置及方法在具体操作时，将沥青浇注于上集料块与下集料块之间，通过环境箱以调整沥青测试的温度，通过万能试验机控制拉伸速度，万能试验机通过连接杆拉伸上集料块、下集料块及沥青，以测试沥青的粘聚力以及沥青与集料之间的粘附力，其中，在测量过程中，通过去除溢出来的沥青以及通过夹具尺寸控制上下集料块之间接触面积大，消除传统试验方法中边缘沥青胶结料的影响，实验误差较小。同时通过调整试验温度及拉伸速度，以获取温度及拉伸速度对沥青性能的影响。最后需要说明的是，本发明首次将沥青粘聚力和粘附力区分，弥补了传统测量方法测量不能区分二者的缺点，改变了该领域的测量方式，并且试验的重复性较好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中定位模块的一种结构示意图；
图3为本发明中定位模块的另一种结构示意图；
图4为实施例一测量得到的力-位移曲线图；
图5为实施例二测量得到的力-位移曲线图；
图6为实施例三测量得到的力-位移曲线图；
图7为实施例四测量得到的力-位移曲线图；
其中，1为第二固定块、2为连接杆、3为第三固定块、4为固定销钉、5为夹具上平行板、6为上集料块、7为第一定位块、8为第二定位块、9为下集料块、10为夹具下平行板、11为第一固定块、13为定位孔、141为第一定位夹片、142为第二定位夹片。
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至图3，本发明所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置包括万能试验机UTM以及设置于万能试验机UTM中环境箱内的夹具及定位块，其中，夹具包括自上到下依次设置的连接杆2、夹具上平行板5、上集料块6、下集料块9、夹具下平行板10及第一固定块11，定位模块位于上集料块6与下集料块9之间，其中，万能试验机UTM与连接杆2的上端相连接，连接杆2的下端固定于夹具上平行板5的上部，上集料块6固定于夹具上平行板5的底部，下集料块9固定于夹具下平行板10的上部，第一固定块11固定于夹具下平行板10的底部。
连接杆2的上端设置有第二固定块1，夹具上平行板5的上部设置第三固定块3，其中，第三固定块3固定于连接杆2的下端；固定销钉4穿过第三固定块3及连接杆2的下端将第三固定块3与连接杆2的下端相连接；上集料块6与夹具上平行板5之间通过第一环氧树脂层连接，下集料块9与夹具下平行板10之间通过第二环氧树脂层连接；第一固定块11上设置有销孔。
本发明所述的测试沥青粘聚力的方法基于测试沥青粘聚力和粘附力的装置，所述定位模块包括第一定位块7及第二定位块8，其中第一定位块7的端部设置有第一凹槽，第二定位块8的端部设置有第二凹槽，其中，第一凹槽正对第二凹槽，且第一凹槽与第二凹槽组成定位孔13。
包括以下步骤：
在上集料块6与下集料块9之间浇筑沥青，并利用定位孔13在上集料块6与下集料块9之间形成沥青试模柱体，其中，该沥青试模柱体为断裂面，冷却后清除溢出来的沥青，然后将夹具固定在万能试验机UTM的环境箱中恒温保温，随后去掉第一定位块7及第二定位块8，通过万能试验机UTM对连接杆2施加拉力，直至沥青与沥青之间在断裂面处完全断裂为止，在此过程中记录力随位移的变化曲线，以研究沥青与沥青之间力随位移的变化规律、温度对沥青粘聚力的影响以及拉伸速度对沥青粘聚力的影响。
本发明所述的测试沥青粘附力的方法基于测试沥青粘聚力的装置，其中，定位模块包括第一定位夹片141及第二定位夹片142，其中，第一定位夹片141与第二定位夹片142均位于上集料块6与下集料块9之间，且第一定位夹片141与第二定位夹片142之间有间隙。
包括以下步骤：
将第一定位夹片141与第二定位夹片142放置于上集料块6与下集料块9之间，然后在上集料块6与下集料块9之间浇筑沥青，同时施加外力保证上集料块6与下集料块9之间沥青流动的均匀性，浇筑的沥青冷却后去除溢出来的沥青，然后将夹具固定在万能试验机UTM的环境箱中恒温保温，随后去除第一定位夹片141及第二定位夹片142，通过万能试验机UTM对连接杆2施加拉力，直至沥青与集料表面完全脱离为止，在此过程中记录力随位移的变化曲线，以评估沥青与集料之间力随位移的变化规律、温度对沥青粘附力的影响以及拉伸速率对沥青粘附力的影响。
实施例一
在10℃时测量某未老化的沥青结合料TMA粘聚力，具体操作为：
1)将某未老化的沥青结合料TMA加热到流动状态，再在第一定位块7与第二定位块8上涂覆沥青隔离剂，并将第一定位块7与第二定位块8夹持于上集料块6与下集料块9之间，控制试模为断面为10mm×10mm的柱体，然后浇注沥青，并施加外力保证上集料块6与下集料块9之间沥青流动均匀并且浇注的试模为所需形状；
2)等沥青冷却后，用加热的刮刀清除溢出来的沥青，此时沥青试模制作完成；
3)按照试验所需温度10℃，设定环境箱的温度，将浇注好的沥青试模放到环境箱中恒温保温4h；
4)打开环境箱的门，迅速把夹具的上下端用固定销钉固定在万能试验机UTM的拉伸杆上，取出第一定位块7及第二定位块8，关好环境箱的门后等待环境箱的温度恢复到10℃；
5)设定试验所需拉伸速率5mm/min，并且设定数据采集系统记录力、位移和时间，再进行直接拉伸试验，直至沥青与沥青之间在断裂面处完全断裂，试验自动停止；
6)通过对比分析记录的力与位移曲线如图4所示，以评价直接拉伸试验过程中沥青与沥青之间的力随着位移的变化规律、温度对沥青粘聚力的影响以及拉伸速率对沥青粘聚力的影响。
实施例二
在10℃时测量某未老化的沥青结合料TMA粘附力，具体操作为：
1)将未老化的沥青结合料TMA加热到流动状态，将厚度为1mm的第一定位夹片141及第二定位夹片142放置于上集料块6与下集料块9之间，然后进行沥青的浇注，并施加外力保证上集料块6与下集料块9之间沥青结合料流动均匀；
2)等待浇注的沥青冷却后，清除溢出来的沥青，完成沥青试模的制作；
3)按照试验所需温度10℃，设环境箱的温度，将浇注好的沥青试模放到环境箱中恒温保温4h；
4)打开环境箱的门，将夹具固定于万能试验机UTM的拉伸杆上，取出第一定位夹片141及第二定位夹片142，然后关闭好环境箱的箱门，使环境箱的温度恢复至10℃；
5)设定试验所需拉伸速率5mm/min，并且设定数据采集系统记录力、位移及时间，然后进行直接拉伸试验，直至沥青与集料表面完全脱离为止；
6)通过对比分析记录的力与位移曲线，如图5所示，评估在直接拉伸试验过程中沥青与集料之间力随着位移的变化规律、温度对沥青粘附力的影响以及拉伸速率对沥青粘附力的影响。
实施例三
在-10℃时测量某未老化的沥青结合料TMA粘聚力，具体操作为：
1)将某未老化的沥青结合料TMA加热到流动状态，再在第一定位块7与第二定位块8上涂覆沥青隔离剂，并将第一定位块7与第二定位块8夹持于上集料块6与下集料块9之间，控制试模是断面为10mm×10mm的柱体，然后浇注沥青，并施加外力保证上集料块6与下集料块9之间沥青流动均匀并且浇注的试模为所需形状；
2)等沥青冷却后，用加热的刮刀清除溢出来的沥青，此时沥青试模制作完成；
3)按照试验所需温度-10℃，设定环境箱的温度，将浇注好的沥青试模放到环境箱中恒温保温4h；
4)打开环境箱的门，迅速把夹具的上下端用固定销钉固定在万能试验机UTM的拉伸杆上，取出第一定位块7及第二定位块8，关好环境箱的门后等待环境箱的温度恢复到-10℃；
5)设定试验所需拉伸速率2mm/min，并且设定数据采集系统记录力、位移和时间，再进行直接拉伸试验，直至沥青与沥青之间在断裂面处完全断裂为止，试验自动停止；
6)通过对比分析记录的力与位移曲线如图6所示，以评价直接拉伸试验过程中沥青与沥青之间的力随着位移的变化规律、温度对沥青粘聚力的影响以及拉伸速率对沥青粘聚力的影响。
实施例四
在-10℃时测量某未老化的沥青结合料TMA粘附力，具体操作为：
1)将未老化的沥青结合料TMA加热到流动状态，将厚度为1mm的第一定位夹片141及第二定位夹片142放置于上集料块6与下集料块9之间，然后进行沥青的浇注，并施加外力保证上集料块6与下集料块9之间沥青结合料流动均匀；
2)等待浇注的沥青冷却后，清除溢出来的沥青，完成沥青试模的制作；
3)按照试验所需温度-10℃，设环境箱的温度，将浇注好的沥青试模放到环境箱中恒温保温4h；
4)打开环境箱的门，将夹具固定于万能试验机UTM的拉伸杆上，取出第一定位夹片141及第二定位夹片142，然后关闭好环境箱的箱门，使环境箱的温度恢复至-10℃；
5)设定试验所需拉伸速率2mm/min，并且设定数据采集系统记录力、位移及时间，然后进行直接拉伸试验，直至沥青与集料表面完全脱离为止；
6)通过对比分析记录的力与位移曲线，如图7所示，评估在直接拉伸试验过程中沥青与集料之间力随着位移的变化规律、温度对沥青粘附力的影响以及拉伸速率对沥青粘附力的影响。

Claims (9)

1.一种测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，包括万能试验机(UTM)以及设置于万能试验机(UTM)中环境箱内的夹具及定位块，其中，夹具包括自上到下依次设置的连接杆(2)、夹具上平行板(5)、上集料块(6)、下集料块(9)、夹具下平行板(10)及第一固定块(11)，定位模块位于上集料块(6)与下集料块(9)之间，其中，万能试验机(UTM)与连接杆(2)的上端相连接，连接杆(2)的下端固定于夹具上平行板(5)的上部，上集料块(6)固定于夹具上平行板(5)的底部，下集料块(9)固定于夹具下平行板(10)的上部，第一固定块(11)固定于夹具下平行板(10)的底部。
2.根据权利要求1所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，所述定位模块包括第一定位块(7)及第二定位块(8)，其中第一定位块(7)的端部设置有第一凹槽，第二定位块(8)的端部设置有第二凹槽，其中，第一凹槽正对第二凹槽，且第一凹槽与第二凹槽组成定位孔(13)。
3.根据权利要求1所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，定位模块包括第一定位夹片(141)及第二定位夹片(142)，其中，第一定位夹片(141)与第二定位夹片(142)均位于上集料块(6)与下集料块(9)之间，且第一定位夹片(141)与第二定位夹片(142)之间有间隙。
4.根据权利要求1所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，连接杆(2)的上端设置有第二固定块(1)，夹具上平行板(5)的上部设置第三固定块(3)，其中，第三固定块(3)固定于连接杆(2)的下端。
5.根据权利要求4所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，固定销钉(4)穿过第三固定块(3)及连接杆(2)的下端将第三固定块(3)与连接杆(2)的下端相连接。
6.根据权利要求1所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，上集料块(6)与夹具上平行板(5)之间通过第一环氧树脂层连接，下集料块(9)与夹具下平行板(10)之间通过第二环氧树脂层连接。
7.根据权利要求1所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，其特征在于，第一固定块(11)上设置有销孔。
8.一种测试沥青粘聚力的方法，其特征在于，基于权利要求2所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，包括以下步骤：
在上集料块(6)与下集料块(9)之间浇筑沥青，并利用定位孔(13)在上集料块(6)与下集料块(9)之间形成沥青试模柱体，其中，该沥青试模柱体为断裂面，冷却后清除溢出来的沥青，然后将夹具及定位模块一起放入环境箱中恒温保温，随后去掉定位模块，并将连接杆(2)固定于万能试验机(UTM)上，通过万能试验机(UTM)对连接杆(2)施加拉力，直至沥青与沥青之间在断裂面处完全断裂为止，在此过程中记录力随位移的变化曲线，以研究沥青与沥青之间力随位移的变化规律、温度对沥青粘聚力的影响以及拉伸速度对沥青粘聚力的影响。
9.一种测试沥青粘附力的方法，其特征在于，基于权利要求3所述的测试沥青粘聚力和粘附力的装置，包括以下步骤：
将第一定位夹片(141)与第二定位夹片(142)放置于上集料块(6)与下集料块(9)之间，然后在上集料块(6)与下集料块(9)之间浇筑沥青，同时施加外力保证上集料块(6)与下集料块(9)之间沥青流动的均匀性，浇筑的沥青冷却后去除溢出来的沥青，然后将夹具固定在万能试验机(UTM)的环境箱中恒温保温，随后去除第一定位夹片(141)及第二定位夹片(142)，通过万能试验机(UTM)对连接杆(2)施加拉力，直至沥青与集料表面完全脱离为止，在此过程中记录力随位移的变化曲线，以评估沥青与集料之间力随位移的变化规律、温度对沥青粘附力的影响以及拉伸速率对沥青粘附力的影响。
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