CN109374434A - 沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,以解决现有技术不能兼顾操作简单、价格便宜的技术问题。本发明包括试验箱,在所述试验箱内设有试件夹持机构和施力机构,所述试件夹持机构包括分别设于试验箱底部两侧的用于固定试件的第一置物块和第二置物块,在所述施力机构上设有可推挤试件的压块,在所述压块底面上设有压力传感器,所述压力传感器电连接有数据采集卡,所述数据采集卡电性连接有外界的电脑。本发明的结构简单,操作方便,造价低,适合大范围的推广。
Description
技术领域
本发明涉及路面工程试验设备技术领域,具体涉及一种沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置。
背景技术
目前我国高速公路里程位居全球第二,沥青混凝土路面占到高等级公路的75%。车辆对路面的碾压作用是造成路面结构破坏的直接原因之一,车辆行驶在路面上,路面承受垂向作用力、水平作用力以及振动冲击力的作用,导致路面结构内部正应力、剪应力影响道路耐久性,而且随着超载现象的增多,这种影响作用会愈加严重,久而久之,出现层间滑移、拥包、车辙等病害,以至于降低道路使用性能。
目前针对上述病害,处理办法通常是加铺沥青混凝土材料,而加铺后的部位通常会受到较大的纵向疲劳载荷,产生的剪应力极易使病害部位发生二次损坏。特别是在夏季高温季节,路面强度降低,在车轮的水平和垂直荷载的综合作用下,较小的剪应力作用也容易使沥青面层产生剪切破坏,然而在沥青混合料的设计过程中忽略了对材料抗剪性能的检验,这也是导致沥青路面早期损坏发生的重要原因之一。而实际研究表明,剪应力是造成路面结构破坏不可忽视的因素。
目前国内外常见的沥青混凝土剪切试验方法主要有三轴试验、Superpave剪切试验、同轴剪切试验和旋转剪切试验。但是三轴试验试验操作复杂,所以应用较少。Superpave剪切试验中必须采用Superpave剪切试验仪,它的价格昂贵,不适于大范围的推广应用。同轴剪切试验虽然能够直接确定沥青混凝土抗剪强度,且与三轴试验的结果对比表明,同轴剪切试验测定沥青混凝土的抗剪强度精度较好,但粒径大的骨料会对试验结果有较大影响,所以该方法目前应用较少。旋转剪切试验用于沥青混合料设计。该方法在国内有应用,但因设备价格昂贵,目前没有得到广泛应用。
目前,急需一种既能够测定沥青混凝土的剪切强度,价格又相对比较便宜的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,以解决现有技术不能兼顾操作简单、价格便宜的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
设计一种沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,包括试验箱,在所述试验箱内设有试件夹持机构和施力机构,所述试件夹持机构包括分别设于试验箱底部两侧的用于放置试件的第一置物块和第二置物块,在所述施力机构上设有可推挤试件的压块,在所述压块底面上设有压力传感器,所述压力传感器电连接有数据采集卡,所述数据采集卡电性连接有外界的电脑。
优选的,所述施力机构包括一端与所述压块转动连接的螺杆,所述螺杆另一端连接有设在所述试验箱外的动力源,在所述螺杆上套装有螺母,所述螺母固定在所述试验箱壁上。
优选的,所述施力机构还包括螺杆导向单元。
优选的,所述螺杆导向单元包括与所述螺杆螺纹连接的导向板,所述导向板两端固定。
优选的,所述导向单元包括分别设于所述压块两侧且与所述压块滑动连接的导柱,所述导柱两端分别固定在所述试验箱顶面和底面。
优选的,所述第一置物块和第二置物块中的至少一个与所述试验箱可拆卸连接。
优选的,在所述第一置物块和第二置物块上均设有用于固定试件的凹槽。
优选的,还包括弹性组件,所述弹性组件包括分别设于所述凹槽两侧的活动板,在所述活动板与所述凹槽的侧壁间均设有弹性件。
优选的,所述弹性件为弹簧,在所述活动板与所述凹槽的侧壁间设有多个弹簧。
优选的,所述试验箱为高低温试验箱, 高低温试验箱的温度范围为-40℃~150℃,高低温试验箱的大小根据实际需要选择,例如上海建恒仪器有限公司的型号为WGD445的大型高低温试验箱。
本发明测试的试件是由沥青混凝土材料制备而成的长方体结构。沥青混凝土(bituminous concrete)俗称沥青砼,是经人工选配具有一定级配组成的矿料(碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等)与一定比例的路用沥青材料,在严格控制条件下拌制而成的混合料。沥青混凝土按所用结合料不同,可分为石油沥青的和煤沥青的两大类。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果在于:
本发明的结构简单,操作方便,造价低,适合大范围的推广。
可以通过压力传感器将试件受到的压力实时的传输给外界电脑主机,电脑的显示屏实时的显示试件受到的压力,实时测试试件受到的剪切力,还能够检测到试件被压断瞬间受到的压力,便于判断试件的极限剪切力。
附图说明
图1为本发明沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置实施例1结构示意图;
图2为本发明沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置实施例1第一置物块结构示意图;
图3为本发明沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置实施例2结构示意图;
图4为本发明沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置实施例3第一置物块结构示意图;
图5为本发明中压力传感器、数据采集卡和电脑连接的系统图。
图中,1.试验箱,2.螺母,3.驱动电机,4.螺杆,5.压块,6.压力传感器,7.第二置物块,8.试件,9.第一置物块,10.导柱,11.活动板,12.弹簧,13.导向板,14.凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式,但以下实施例只是用来详细说明本发明,并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明,均为常规仪器设备;以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序,本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。
以下实施例中所涉及的零部件、结构、机构等,如无特别说明,则均为常规市售产品。
实施例1:一种沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,参见图1至图2,包括试验箱1,在试验箱1内设有试件夹持机构和施力机构。
试件夹持机构包括分别设于试验箱1底部两侧的用于放置试件的第一置物块9和第二置物块7,第一置物块9和第二置物块7的结构相同,在施力机构上设有可推挤试件8的压块5,在压块5底面上设有压力传感器6,压力传感器6电连接有数据采集卡,数据采集卡电连接有外界的电脑,数据采集卡的型号选用PCI-6221。
施力机构包括一端与压块5通过轴承转动连接的螺杆4,螺杆4另一端连接有设在试验箱外的动力源,动力源为驱动电机3,在螺杆4上套装有螺母2,螺母2固定在试验箱1壁上。
施力机构还包括螺杆导向单元,螺杆导向单元包括与螺杆4螺纹连接的导向板13,导向板13两端通过两个支撑柱固定。
第一置物块9和第二置物块7中的至少一个与试验箱1通过螺钉可拆卸连接,可便于根据试件8的大小调整第一置物块9和第二置物块7间的距离。
在第一置物块9和第二置物块7上均设有用于固定试件8的凹槽14,测试时,试件8的两端均固定在凹槽14内。
具体的,试验箱1为高低温试验箱, 高低温试验箱的温度范围为-40℃~150℃,高低温试验箱的大小根据实际需要选择,例如上海建恒仪器有限公司的型号为WGD445的大型高低温试验箱,通过改变试验箱1内的温度模拟试件8在不同温度下的剪切力的大小。
本发明测试的试件是由沥青混凝土材料制备而成的长方体结构。沥青混凝土(bituminous concrete)俗称沥青砼,是经人工选配具有一定级配组成的矿料(碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等)与一定比例的路用沥青材料,在严格控制条件下拌制而成的混合料。沥青混凝土按所用结合料不同,可分为石油沥青的和煤沥青的两大类。
使用本发明时,将试件水平放置在第一置物块和第二置物快的凹槽内,确保试件的两端分别与第一置物块的左侧和第二置物块的右侧对齐,然后启动驱动电机,带动螺杆旋转,螺杆向下运动时带动压块朝向试件运动,当压块与试件接触后,螺杆仍然向下运动,压块就会对试件施加向下的压力,压力传感器将试件受到的压力实时的传输给外界电脑主机,电脑的显示屏实时的显示试件受到的压力,这样还能够检测到试件被压断瞬间受到的压力,便于判断试件的极限剪切力。当不需要对试件施加压力时,驱动电机带动螺杆反转,螺杆将携带压块一起向上运动。试件受到的剪切力τ=F/2A,其中F为试件受到的压力,A为试件的截面积,F能够通过电脑显示屏实时的记录,A能够通过测量试件的宽度a和高度b得到:A=a×b。当F为试件断开瞬间的压力时,此时测到的剪切力τ为试件的极限剪切力。例如待测试件的长×宽×高为30cm×10cm×5cm,受到的压力为500N,那么试件的截面积A=0.005m2,试件受到的剪切力τ=F/2A=500/(2×0.005)=5000N/m2。
实施例2:本发明的工作原理与实施例1相同,参见图3,具体不同之处在于导向单元包括分别设于压块5两侧且与压块5通过直线轴承滑动连接的导柱10,导柱10两端分别固定在试验箱1顶面和底面。
实施例3:作为实施例1或实施例2的进一步改进,参见图4,本实施例还包括弹性组件,弹性组件包括分别设于凹槽14两侧的活动板11,在活动板11与凹槽14的侧壁间均设有弹性件,弹性件为弹簧12,在活动板11与凹槽14的侧壁间设有多个弹簧12,可防止试件8在受力的过程中在凹槽14内滑动。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明,但是,所属技术领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明宗旨的前提下,还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更,形成多个具体的实施例,均为本发明的常见变化范围,在此不再一一详述。
Claims (10)
1.一种沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,包括试验箱,在所述试验箱内设有试件夹持机构和施力机构,所述试件夹持机构包括分别设于试验箱底部两侧的用于固定试件的第一置物块和第二置物块,在所述施力机构上设有可推挤试件的压块,在所述压块底面上设有压力传感器,所述压力传感器电连接有数据采集卡,所述数据采集卡电性连接有外界的电脑。
2.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述施力机构包括一端与所述压块转动连接的螺杆,所述螺杆另一端连接有设在所述试验箱外的动力源,在所述螺杆上套装有螺母,所述螺母固定在所述试验箱壁上。
3.根据权利要求2所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述施力机构还包括螺杆导向单元。
4.根据权利要求3所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述螺杆导向单元包括与所述螺杆螺纹连接的导向板,所述导向板两端固定。
5.根据权利要求3所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述导向单元包括分别设于所述压块两侧且与所述压块滑动连接的导柱,所述导柱两端分别固定在所述试验箱顶面和底面。
6.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述第一置物块和第二置物块中的至少一个与所述试验箱可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,在所述第一置物块和第二置物块上均设有用于固定试件的凹槽。
8.根据权利要求7所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,还包括弹性组件,所述弹性组件包括分别设于所述凹槽两侧的活动板,在所述活动板与所述凹槽的侧壁间均设有弹性件。
9.根据权利要求8所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述弹性件为弹簧,在所述活动板与所述凹槽的侧壁间设有多个弹簧。
10.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面材料剪切性能测试装置,其特征在于,所述试验箱为高低温试验箱。
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