CN108872071A - 一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置及方法，包括升降单元，升降单元包括底板，水平移动单元和检测单元设于升降单元上；水平移动单元设置在底板上；水平移动单元包括夹紧装置，试验样品包括悬臂石板、沥青粘结层和基底石板；基底石板设置在夹紧装置上，悬臂石板通过沥青粘结层与基底石板交错粘结在一起；检测单元包括能够在竖直方向上下移动的L型抓手，L型抓手包括竖直设置的第一板，第一板的底端设置有第二板，第二板与第一板垂直设置，第二板位于悬臂石板的底面的下方，当L型抓手向上移动时，对悬臂石板施加负载。此方法使得测量结果更加精准，提高了测量的精度，克服了传动测量装置对粘结强度测量结果的不确定性。

Description

一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置及方法

技术领域

本发明属于粘结强度测量技术领域，具体涉及对柔性粘结剂与刚性材料之间的粘结强度的测量装置，尤其涉及一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置及方法。

背景技术

沥青混合料是一种重要的筑路材料，广泛应用于高速公路、等级公路的修筑。它是由沥青与集料结合后固化而形成的一种复合材料。沥青与集料之间的粘结强度是评价沥青混合料使用性能好坏的重要指标。目前，国内外关于沥青与集料之间粘附性评价试验方法虽能从一定程度上表征沥青与集料之间粘结性的强弱，但是依然存在诸多的缺陷。若要进一步研究沥青与集料之间的粘结规律，则需要进一步开发测量手段与工具来更加准确、有效的对粘结强度进行测量。

目前，公知的沥青与集料之间粘结强度的测量是使用粘结力测试仪来实现的。该方法的原理是通过沥青将仪器的锭子粘结在集料切割成的石板上，通过对锭子与石板施加载荷将两者分离。记录分离时的载荷大小作为沥青与集料之间粘结强度的大小。此种方法忽略了沥青自身的内聚强度与沥青-集料之间粘结强度的区别。若在沥青内部发生了分离，则测量结果应为粘结剂的抗拉强度而非沥青与集料之间的粘结强度。传统的测量仪器对于分离的位置无法进行有效的控制，故并不能准确的测量沥青与集料之间的粘结强度。需要进一步开发更加有效的测量设备。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种沥青与集料之间粘结强度测量装置及方法，通过将试验样品从侧面拉伸进行分离，能够实现样品从沥青与集料石板的粘结面处分离，从而使测量结果更加准确，解决了现有的测量装置无法确定材料分离位置的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，包括升降单元、水平移动单元、试验样品和检测单元；升降单元包括底板，水平移动单元和检测单元设于升降单元上；水平移动单元设置在底板上；水平移动单元包括夹紧装置，试验样品包括悬臂石板、沥青粘结层和基底石板；基底石板设置在夹紧装置上，悬臂石板通过沥青粘结层与基底石板交错粘结在一起；

检测单元包括能够在竖直方向上下移动的L型抓手，L型抓手包括竖直设置的第一板，第一板的底端设置有第二板，第二板与第一板垂直设置，第二板位于悬臂石板的底面的下方，当L型抓手向上移动时，对悬臂石板施加负载。

本发明进一步的改进在于，所述的升降单元包括支撑装置、底板、第一电机和第二电机，支撑装置设于底板上方，第一电机和第二电机设于支撑装置之上。

本发明进一步的改进在于，水平移动单元包括夹紧装置和平移装置，平移装置安装于底板上，夹紧装置安装于平移装置上，通过平移装置来调节夹紧装置在水平方向的位置。

本发明进一步的改进在于，所述的夹紧装置包括第三丝杠、滑块和第一底座，滑块设置于第一底座上，第三丝杠通过螺旋副与滑块相连，第三丝杠转动时，能够带动滑块在第一底座上移动。

本发明进一步的改进在于，所述的平移装置包括滑台、第四丝杠与第二底座，第二底座开设有燕尾槽滑道，燕尾槽滑道内设置有滑台，第四丝杠通过螺旋副与滑台相连，第四丝杠转动时，能够带动滑台在燕尾槽滑道内移动。

本发明进一步的改进在于，所述的支撑装置包括第一支架、第二支架、第一丝杠、第二丝杠、连接板和横梁，第一支架和第二支架竖直设置于底板上，连接板安装于第一支架和第二支架顶部，将第一支架和第二支架连接，第一支架内部安装有第一丝杠，第二支架内部安装有第二丝杠，第一丝杠和第二丝杠之间水平设置有横梁，横梁通过螺旋副将第一丝杠和第二丝杠连接。

本发明进一步的改进在于，第一电机与第一丝杠连接；第二电机与第二丝杠连接。

本发明进一步的改进在于，检测单元包括拉力传感器和L型抓手，拉力传感器安装在横梁底部，L型抓手安装在拉力传感器底部，悬臂石板设置在L型抓手上。

一种沥青与集料之间粘结强度的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：启动第一电机与第二电机，第一电机与第二电机分别带动第一丝杠与第二丝杠反向转动，从而使横梁、拉力传感器和L型抓手向下运动；

步骤2：将试验样品的基底石板放置于第一底座上，滑块将试验样品固定于第一底座上；

步骤3：启动第一电机和第二电机，并使第一电机和第二电机正转，横梁带动拉力传感器与L型抓手向上运动，使L型抓手与悬臂石板接触并施加载荷，直至悬臂石板与沥青粘结层分离；

步骤4：关闭第一电机和第二电机，记录通过拉力传感器测量的数据，完成测量过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过设置升降单元、水平移动单元、试验样品和检测单元；升降单元包括底板，水平移动单元和检测单元设于升降单元上；水平移动单元设置在底板上；水平移动单元包括夹紧装置，试验样品包括悬臂石板、沥青粘结层和基底石板；基底石板设置在夹紧装置上，悬臂石板通过沥青粘结层与基底石板交错粘结在一起；检测单元包括能够在竖直方向上下移动的L型抓手，L型抓手包括竖直设置的第一板，第一板的底端设置有第二板，第二板与第一板垂直设置，第二板位于悬臂石板的底面的下方，当L型抓手向上移动时，对悬臂石板施加负载，从而实现测量沥青与集料之间的粘结强度的测量，本发明的测量装置结构简单，易于实现，本发明实现了对传统测量仪器正面拉伸测量方法的改进，大大提高了对粘结强度测量的准确性。

本发明的原理为：由于试验样品悬臂石板与沥青粘结层的交界处呈90度角，在此结构处存在应力集中现象，所以受负载作用时样品会在此处首先发生破坏，即在受负载石板与沥青之间会首先出现分离，随后分离会扩展到整个粘结平面，使沥青与石板分离。此方法使得测量结果更加精准，提高了测量的精度。本发明的测量方法，克服了传动测量装置对粘结强度测量结果的不确定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2(a)为本发明的升降单元的立体图。

图2(b)为本发明的升降单元的正视图。

图3为本发明的检测单元的结构示意图。

图4为本发明的夹紧装置的结构示意图。

图5为本发明的平移装置的结构示意图。

图6为本发明的试验样品的结构示意图。

图中各标号的含义：

1-1为支撑装置，1-1-1为第一支架，1-1-2为第二支架，1-1-3为第一丝杠，1-1-4为第二丝杠，1-1-5为连接板，1-1-6为横梁；1-2为底板；1-3为第一电机；1-4为第二电机；2-1为拉力传感器；2-2为L型抓手；3-1为夹紧装置，3-1-1为第三丝杠，3-1-2为滑块，3-1-3为第一底座；3-2为平移装置，3-2-1为滑台，3-2-2为第四丝杠，3-2-3为第二底座；4-1为悬臂石板，4-2为沥青粘结层，4-3为基底石板。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

参见图1-图6，本发明的沥青与集料之间粘结强度的测量装置，包括升降单元、水平移动单元、试验样品和检测单元；升降单元包括底板1-2，水平移动单元和检测单元设于升降单元上；水平移动单元设置在底板1-2上；水平移动单元包括夹紧装置3-1，参见图6，试验样品包括悬臂石板4-1、沥青粘结层4-2和基底石板4-3；基底石板4-3设置在夹紧装置3-1上，悬臂石板4-1通过沥青粘结层4-2与基底石板4-3交错粘结在一起。

检测单元包括能够在竖直方向上下移动的L型抓手2-2，L型抓手2-2包括竖直设置的第一板，第一板的底端设置有第二板，第二板与第一板垂直设置，第二板位于悬臂石板4-1的底面的下方，当L型抓手2-2向上移动时，对悬臂石板4-1施加负载。

本测量装置改进了传统测量装置对试验样品的正面拉伸方法，采用侧面拉伸样品的方法能够更加准确的确定样品的分离位置。

具体的，参见图2(a)和图2(b)，所述的升降单元包括支撑装置1-1、底板1-2、第一电机1-3和第二电机1-4，所述的支撑装置1-1设于底板1-2上方，所述的第一电机1-3和第二电机1-4设于支撑装置之上。

所述的支撑装置1-1包括第一支架1-1-1、第二支架1-1-2、第一丝杠1-1-3、第二丝杠1-1-4、连接板1-1-5和横梁1-1-6，第一支架1-1-1和第二支架1-1-2竖直设置于底板1-2上，连接板1-1-5安装于第一支架1-1-1和第二支架1-1-2顶部，将第一支架1-1-1和第二支架1-1-2连接起来，第一支架1-1-1内部安装有第一丝杠1-1-3，第二支架1-1-2内部安装有第二丝杠1-1-4，第一丝杠1-1-3和第二丝杠1-1-4之间水平设置有横梁1-1-6，横梁1-1-6通过螺旋副将第一丝杠1-1-3和第二丝杠1-1-4连接，横梁1-1-6可随第一丝杠1-1-3和第二丝杠1-1-4的转动上下运动。

所述的第一电机1-3与第一丝杠1-1-3连接，所述的第一丝杠1-1-3在第一电机1-3的带动下，能够进行转动。

所述的第二电机1-4与第二丝杠1-1-4连接，所述的第二丝杠1-1-4在第二电机1-4的带动下，能够进行转动。

参见图3，所述的检测单元包括拉力传感器2-1和L型抓手2-2，拉力传感器2-1安装在支撑装置1-1中横梁1-1-6底部，L型抓手2-2安装在拉力传感器2-1底部，悬臂石板4-1设置在L型抓手2-2上，L型抓手2-2可以通过升降单元对悬臂石板4-1施加垂直向上的负载，拉力传感器2-1可以测量横梁1-1-6与L型抓手2-2之间力的大小；

所述的水平移动单元包括夹紧装置3-1和平移装置3-2，平移装置3-2安装于底板1-2上，夹紧装置3-1安装于平移装置3-2上，通过平移装置3-2来调节夹紧装置3-1在水平方向的位置；

参见图4，所述的夹紧装置3-1包括第三丝杠3-1-1、滑块3-1-2和第一底座3-1-3，滑块3-1-2设置于第一底座3-1-3上，第三丝杠3-1-1通过螺旋副与滑块3-1-2相连，第三丝杠3-1-1转动时，能够带动滑块3-1-2在第一底座3-1-3上移动，从而能够调节滑块3-1-2在第一底座3-1-3上的位置，实现滑块3-1-2将基底石板4-3夹紧的功能。第一底座3-1-3包括平板，平板上设置有挡板，滑块3-1-2设置在平板上，滑块3-1-2与挡板之间用于放置基底石板4-3，并且基底石板4-3的高度与挡板的高度相同。

参见图5，所述的平移装置3-2包括滑台3-2-1、第四丝杠3-2-2与第二底座3-2-3，第二底座3-2-3开设有燕尾槽滑道，燕尾槽滑道内设置有滑台3-2-1，第四丝杠3-2-2通过螺旋副与滑台3-2-1相连，第四丝杠3-2-2转动时，能够带动滑台3-2-1在燕尾槽滑道内移动，从而能够调节滑台3-2-1在第二底座3-2-3上的位置，实现对设置于平移装置3-2上的夹紧装置3-1水平方向位置的调节。

本发明的通过升降单元中的横梁1-1-6和检测单元中的拉力传感器2-1、L型抓手2-2实现向试验样品提供垂直载荷与载荷测量。通过第一电机1-3与第二电机1-4分别带动第一丝杠1-1-3与第二丝杠1-1-4旋转，通过第一丝杠1-1-3与第二丝杠1-1-4将圆周运动转换为横梁1-1-6的线性运动，从而带动横梁1-1-6做竖直运动，为样品提供垂直负载。

本发明通过夹紧装置3-1来实现试验样品的固定。

本发明的水平移动单元的平移装置3-2使待测样品实现水平方向的移动，调节样品在水平方向的位置，便于实现样品的侧面拉伸。

本发明中采用升降单元来实现试验样品的拉伸分离；采用检测单元实现粘结强度的检测与记录；采用水平移动单元实现样品的固定与水平位置的调整；本发明实现了对传统测量仪器正面拉伸测量方法的改进，大大提高了对粘结强度测量的准确性。

本发明的测量方法如下：

步骤1：启动第一电机1-3与第二电机1-4，使第一电机1-3与第二电机1-4分别带动第一丝杠1-1-3与第二丝杠1-1-4反向转动，从而使横梁1-1-6、拉力传感器2-1和L型抓手2-2向下运动到低于夹紧装置3-1的挡板的顶面的高度。

步骤2：将制作完成的待测试验样品的基底石板4-3放置于夹紧装置3-1的第一底座3-1-3上，转动第三丝杠3-1-1推动滑块3-1-2将试验样品固定于第一底座3-1-3上。

步骤3：转动第四丝杠3-2-2，推动滑台3-2-1做水平移动，调节设置于平移装置3-2上的夹紧装置3-1与试验样品的位置，确定L型抓手2-2与悬臂石板4-1的接触面的中心与悬臂石板4-1和沥青粘结层4-2的交界面的距离，便于粘结强度的计算。

步骤4：启动拉力传感器2-1的数据显示与记录功能，将显示值归零。

步骤5：启动第一电机1-3和第二电机1-4，并使第一电机1-3和第二电机1-4正转，使横梁1-1-6带动拉力传感器2-1与L型抓手2-2向上运动，使L型抓手2-2与悬臂石板4-1接触并施加载荷，直至将悬臂石板4-1与沥青粘结层4-2分离。本装置设计了三级调速，可以通过调节第一电机1-3与第二电机1-4的转动速度实现。

步骤6：待悬臂石板4-1与沥青粘结层4-2分离后，关闭第一电机1-3和第二电机1-4，记录通过拉力传感器2-1测量的数据，完成测量过程。

本发明方法的具体原理为：将集料切割成尺寸为100mm×100mm×30mm的两块石板，通过沥青将两块石板交错粘结，粘结部分的尺寸为100mm×30mm。使用本发明的装置将试验样品其中的一个石板水平固定，对另一个石板进行垂直向上的负载。由于试验样品悬臂石板4-1与沥青粘结层4-2的交界处呈90度角，在此结构处存在应力集中现象，所以受负载作用时样品会在此处首先发生破坏，即在受负载石板与沥青之间会首先出现分离，随后分离会扩展到整个粘结平面，使沥青与石板分离。此方法与装置使得测量结果更加精准，提高了测量的精度。本发明的测量装置，克服了传动测量装置对粘结强度测量结果的不确定性(即无法确定测量结果为沥青的粘结强度还是沥青集料之间的粘结强度)。

Claims (9)

1.一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：包括升降单元、水平移动单元、试验样品和检测单元；升降单元包括底板(1-2)，水平移动单元和检测单元设于升降单元上；水平移动单元设置在底板(1-2)上；水平移动单元包括夹紧装置(3-1)，试验样品包括悬臂石板(4-1)、沥青粘结层(4-2)和基底石板(4-3)；基底石板(4-3)设置在夹紧装置(3-1)上，悬臂石板(4-1)通过沥青粘结层(4-2)与基底石板(4-3)交错粘结在一起；

检测单元包括能够在竖直方向上下移动的L型抓手(2-2)，L型抓手(2-2)包括竖直设置的第一板，第一板的底端设置有第二板，第二板与第一板垂直设置，第二板位于悬臂石板(4-1)的底面的下方，当L型抓手(2-2)向上移动时，对悬臂石板(4-1)施加负载。

2.根据权利要求1所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：所述的升降单元包括支撑装置(1-1)、底板(1-2)、第一电机(1-3)和第二电机(1-4)，支撑装置(1-1)设于底板(1-2)上方，第一电机(1-3)和第二电机(1-4)设于支撑装置之上。

3.根据权利要求2所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：水平移动单元包括夹紧装置(3-1)和平移装置(3-2)，平移装置(3-2)安装于底板(1-2)上，夹紧装置(3-1)安装于平移装置(3-2)上，通过平移装置(3-2)来调节夹紧装置(3-1)在水平方向的位置。

4.根据权利要求3所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：所述的夹紧装置(3-1)包括第三丝杠(3-1-1)、滑块(3-1-2)和第一底座(3-1-3)，滑块(3-1-2)设置于第一底座(3-1-3)上，第三丝杠(3-1-1)通过螺旋副与滑块(3-1-2)相连，第三丝杠(3-1-1)转动时，能够带动滑块(3-1-2)在第一底座(3-1-3)上移动。

5.根据权利要求3所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：所述的平移装置(3-2)包括滑台(3-2-1)、第四丝杠(3-2-2)与第二底座(3-2-3)，第二底座(3-2-3)开设有燕尾槽滑道，燕尾槽滑道内设置有滑台(3-2-1)，第四丝杠(3-2-2)通过螺旋副与滑台(3-2-1)相连，第四丝杠(3-2-2)转动时，能够带动滑台(3-2-1)在燕尾槽滑道内移动。

6.根据权利要求3所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：所述的支撑装置(1-1)包括第一支架(1-1-1)、第二支架(1-1-2)、第一丝杠(1-1-3)、第二丝杠(1-1-4)、连接板(1-1-5)和横梁(1-1-6)，第一支架(1-1-1)和第二支架(1-1-2)竖直设置于底板(1-2)上，连接板(1-1-5)安装于第一支架(1-1-1)和第二支架(1-1-2)顶部，将第一支架(1-1-1)和第二支架(1-1-2)连接，第一支架(1-1-1)内部安装有第一丝杠(1-1-3)，第二支架(1-1-2)内部安装有第二丝杠(1-1-4)，第一丝杠(1-1-3)和第二丝杠(1-1-4)之间水平设置有横梁(1-1-6)，横梁(1-1-6)通过螺旋副将第一丝杠(1-1-3)和第二丝杠(1-1-4)连接。

7.根据权利要求6所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：第一电机(1-3)与第一丝杠(1-1-3)连接；第二电机(1-4)与第二丝杠(1-1-4)连接。

8.根据权利要求6所述的一种沥青与集料之间粘结强度的测量装置，其特征在于：检测单元包括拉力传感器(2-1)和L型抓手(2-2)，拉力传感器(2-1)安装在横梁(1-1-6)底部，L型抓手(2-2)安装在拉力传感器(2-1)底部，悬臂石板(4-1)设置在L型抓手(2-2)上。

9.一种基于权利要求6所述装置的沥青与集料之间粘结强度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：启动第一电机(1-3)与第二电机(1-4)，第一电机(1-3)与第二电机(1-4)分别带动第一丝杠(1-1-3)与第二丝杠(1-1-4)反向转动，从而使横梁(1-1-6)、拉力传感器(2-1)和L型抓手(2-2)向下运动；

步骤2：将试验样品的基底石板(4-3)放置于第一底座(3-1-3)上，滑块(3-1-2)将试验样品固定于第一底座(3-1-3)上；

步骤3：启动第一电机(1-3)和第二电机(1-4)，并使第一电机(1-3)和第二电机(1-4)正转，横梁(1-1-6)带动拉力传感器(2-1)与L型抓手(2-2)向上运动，使L型抓手(2-2)与悬臂石板(4-1)接触并施加载荷，直至悬臂石板(4-1)与沥青粘结层(4-2)分离；

步骤4：关闭第一电机(1-3)和第二电机(1-4)，记录通过拉力传感器(2-1)测量的数据，完成测量过程。