CN109406296A - 一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置 - Google Patents

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Abstract

一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，它涉及一种沥青性能测试装置，以解决传统沥青混合料低温性能测试方法中制备试件繁琐、试验效率低、试验结果精度低的问题，它包括圆锥形块和套筒；套筒由对称的N个圆弧形板对接而成，套筒内孔为正N棱台孔，所述正N棱台孔相切有圆锥形块，正N棱台孔侧面的中线上设置有滑槽，滑槽内设有与圆锥形块的圆锥曲面接触的钢珠，所述正四棱台孔的小孔端所在的端面固接有托件盘。本发明用于沥青混合料低温性能测试。

Description

一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置
技术领域
本发明涉及一种沥青性能测试装置，具体涉及一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置。
背景技术
沥青路面低温缩裂问题是目前困扰国内外专家的难题。我国一半以上地区沥青路面要受到温度裂缝的危害。沥青混合料所具备的低温性能直接反映了其抵抗温缩开裂能力，因此获取沥青混合料低温性能的测试方法尤为重要；并且在设计沥青路面时温度应力的验算精度很大程度上取决于材料参数获取时的测试精度。当前测试方法存在以下问题：
(1)测试工序繁琐，测试精度低；
在沥青混合料的低温收缩试验中，现有方法中的试件是从轮碾成型的板块状试件上切制的棱柱体试件，试件制备过程繁琐；而且通过以往数据得出结论，棱柱体试件变异性较大，各组平行试件间往往存在较大差异，难以得到较为准确的结论；由于棱柱体试件尺寸较大，导致试件内外温差大，影响测试结果的准确性。
评价沥青混合料低温抗裂性能的冻断试验中，由于模具的收缩系数不可忽略，需要在试验中进行实时温度补偿，使得试验过程复杂。
评价材料力学性能的常用试验中，直拉试验需要对试件进行切割、粘结，这样就会引入新的粘结材料，这种试验方法不仅繁琐而且评价结果与真实值有一定的差距；劈拉试验虽然简易，但是试件受力复杂，并且破坏模式有待探究。
(2)测试效率低；
评价沥青混合料低温抗裂性能的冻断试验中，由于试件尺寸大，环境箱内空间有限，而且每个试件都需要独立系统，因此一次只能测试一个试件；测试前还需要将试件与模具用粘结材料粘结，达到粘结强度也需要一定的时间。这些因素都导致了测试效率低。
(3)评价材料低温性能的方法不符合实际。
大多数学者通过间接形式来测试试件的低温性能，即通过缓慢的力学加载来替代温度荷载。力学加载的受力模式与实际温度变化产生的温度应力截然不同，这样对材料低温性能的评价不准确。而对于现场取样，往往需要对试件进行切割、粘结，这样就会引入新的粘结材料，这种试验方法不仅繁琐而且评价结果与真实值有一定的差距。
发明内容
本发明提供一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，为解决传统沥青混合料低温性能测试方法中制备试件繁琐、试验效率低、试验结果精度低的问题。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置包括圆锥形块和套筒；套筒由对称的N个圆弧形板对接而成，套筒内孔为正N棱台孔，所述正N棱台孔相切有圆锥形块，正N棱台孔侧面的中线上设置有滑槽，滑槽内设有与圆锥形块的圆锥曲面接触的钢珠，所述正四棱台孔的小孔端所在的端面固接有托件盘，其中N为整数。
进一步地，N个圆弧形板的两两对接面分别具有突齿以及对接面上突齿之间形成的对接槽，N个圆弧形板对接后通过突齿及对接槽轴向定位。
进一步地，一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置还包括压力传感器，圆锥形块的小直径端延伸有一螺杆段，压力传感器安装在螺杆段上贴靠托件盘并由螺母固定。
本发明相比现有技术的有益效果是：本发明结构简单，设计合理，利用本发明的低温性能简易装置可实现多种条件下的试验性能测试。比如沥青混合料低温下的冻断试验、收缩试验和加载试验。用于收缩试验，由于圆锥形块1的斜面设计，将圆环柱体的试件由于低温收缩产生的横向位移转化为竖向位移，试验结果可知，提高了测量精度，降低了对测量仪器的精度要求，测量值放大了4.9倍左右。用于约束冻断试验，省去了繁琐的粘件过程，而且试验装置由殷钢制成，这种材料最大的特点就是随温度的变形极小，因此，测试时不必进行温度补偿，大大简化了测试工序，保证一个环境箱内同时进行多组试验，用于加载试验时，可以测试沥青混合料的力学性能。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为本发明用于收缩试验示意图；
图4为本发明用于加载试验示意图；
图5为本发明用于冻断试验及松弛试验示意图；
图6为本发明内置钢珠横断面示意图；
图7为本发明套筒与托件盘连接剖视图；
图8为圆锥形块和螺杆段连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地说明。
结合图1、图2、图6、图7和图8说明，一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，它包括圆锥形块1和套筒；套筒由对称的N个圆弧形板2-1对接而成，套筒内孔为正N棱台孔，所述正N棱台孔相切有圆锥形块1，正N棱台孔侧面的中线上设置有滑槽2-4，滑槽2-4内设有与圆锥形块1的圆锥曲面接触的钢珠，所述正四棱台孔的小孔端所在的端面固接有托件盘3，其中N为整数。
本实施方式的圆锥形块1和套筒由膨胀系数很小地殷钢打造，降低了温度对设备的影响。滑槽2-4内设有与圆锥形块1的圆锥曲面接触的钢珠，不仅保证圆锥形块1与套筒内孔侧面轴向空间上紧密贴合，还减少了圆锥形块1与套筒之间的摩擦。在这里套筒采用空心结构，内孔为正N棱台形状，且内孔侧面中线与圆锥形块1的侧面相切。
为了进一步保证圆锥形块1和套筒能轴向定位准确。N个圆弧形板的两两对接面分别具有突齿2-2以及对接面上突齿2-2之间形成的对接槽2-3，N个圆弧形板2-1对接后通过突齿2-2及对接槽2-3轴向定位。如此设置，相邻的两个圆弧形板2-1由突齿2-2和对接槽2-3相互咬合，保证套筒和圆锥形块1不会轴向错动，但是可以径向移动。参见图7说明，优选方案是：圆弧形板2-1的数量为4个，也即，套筒内孔为正四棱台孔。
结合图5说明，为了适应冻断试验，以满足不同工况条件下的多项试验，一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置还包括压力传感器4，圆锥形块1的小直径端延伸有一螺杆段1-2，压力传感器4安装在螺杆段1-1上贴靠托件盘3并由螺母5固定。压力传感器4的设计能用于在约束冻断中测量断裂应力。
实施例
(1)低温收缩试验
该试验设备需制备圆环柱体试件，通过简易装置将试件的径向变形转换为轴向变形，试验设备采用回弹式LVDT。降温区间的平均收缩应变及平均收缩系数按式(1-1)、式(1-2)计算。
Δr＝Δh·tanθ (1-1)
上述式中：α——平均收缩收缩系数(℃-1)；
Δr——环形半径变形量(mm)；
θ——锥形块的锥面与法线之间的夹角；
——试件外径(mm)；
——试件内径(mm)；
C——沥青混合料的平均线收缩系数；
参见图3说明，举例：制备标准马歇尔试件6，经过取芯得到圆环柱体试件，进行低温收缩试验。其中该试件6的外径为101.6mm，内径为50mm，圆锥形块1的锥面与法线的夹角的正切值为2/13，温度区间为50℃，沥青混合料的收缩系数假定为20×10-6。根据这些条件计算温度变化前后锥形块的高度变化：
由此可见，由于圆锥形块1的斜面设计，将圆环柱体试件由于低温收缩产生的横向位移转化为竖向位移，10cm棱柱体试件在50℃温差下的变形为0.1mm，而圆环柱体试件能够给圆锥形块1产生0.49269mm的位移，将测量值放大了4.9倍，提高了测量精度，降低了对测量仪器的精度要求。
(2)低温抗裂性能
参见图5说明，将圆柱形的套筒锁定，可以进行约束冻断试验。随着温度降低，沥青混合料试件内部产生温度应力，由于约束了变形，当应力达到极限时，试件发生断裂，该设备即可测量试件6的断裂温度。与传统冻断试验相比：试件尺寸更小，能够保证一个环境箱内同时进行多组试验，提高了试验效率；省去了繁琐的粘件过程，而且试验装置由殷钢制成，这种材料最大的特点是随温度的变形极小，因此，测试时不必进行温度补偿，大大简化了测试工序。
(3)评价材料的力学性能
参见图4说明，通过对圆锥形块1的加载，加载试验采用MTS加载设备，使其沿圆柱形的套筒轴向移动，可以测试沥青混合料的力学性能。按式2-1计算。
上述式中：F——环形沥青混合料的径向压力(kN)；
F0——轴向加载压力(kN)；
θ——锥形块的锥面与法线之间的夹角。
μ——摩擦系数，本专利的滑道设计可以将摩擦系数忽略不计。
在试验装置中圆锥形块1下方用螺栓固定环形的压力传感器4，可以测试沥青混合料的低温力学指标。当沥青混合料低温收缩时，t时刻完全约束下应力结果按式(2-2)、式(2-3)和式(2-4)计算。
上述式中：σs(t)——t时刻半径为r处沥青混合料环的环向拉应力；
——试件外径(mm)；
——试件内径(mm)；
p(t)——t时刻半径为r处沥青混合料收缩对设备产生的径向压应力；
E——沥青混合料弹性模量；
ε——沥青混合料环自收缩应变；
v——泊松比。
(2-1)式中F是(2-4)式中p(t)的一个具体值，假设普通马歇尔试件半径50.5mm，取芯孔半径25.5mm，那么在试件外侧，径向压应力σr(t)为0，环向拉应力σs(t)为0.68p(t)；在试件内侧，径向压应力σr(t)为p(t)，环向拉应力σs(t)为1.68p(t)。由该受力特点可知，环形试件外侧仅受环向拉应力符合沥青混合料破坏时的受力模式，环形试件内侧拉应力大于外侧，为了让破坏发生在外侧时，可以对试件外侧沿轴向切一条已知尺寸的缝，以便形成尖端应力促使破坏在外侧开始。进而获取材料的低温抗裂性能。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，其特征在于：它包括圆锥形块(1)和套筒；套筒由对称的N个圆弧形板(2-1)对接而成，套筒内孔为正N棱台孔，所述正N棱台孔相切有圆锥形块(1)，正N棱台孔侧面的中线上设置有滑槽(2-4)，滑槽(2-4)内设有与圆锥形块(1)的圆锥曲面接触的钢珠，所述正四棱台孔的小孔端所在的端面固接有托件盘(3)，其中N为整数。
2.根据权利要求1所述一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，其特征在于：3≤N≤10。
3.根据权利要求1或2所述一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，其特征在于：N个圆弧形板的两两对接面分别具有突齿(2-2)以及对接面上突齿(2-2)之间形成的对接槽(2-3)，N个圆弧形板(2-1)对接后通过突齿(2-2)及对接槽(2-3)轴向定位。
4.根据权利要求3所述一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，其特征在于：所述一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置还包括压力传感器(4)，锥形块(1)的小直径端延伸有一螺杆段(1-1)，压力传感器(4)安装在螺杆段(1-1)上贴靠托件盘(3)并由螺母(5)固定。
5.根据权利要求2或4所述一种径向测试沥青混合料低温性能的简易装置，其特征在于：所述圆弧形板(2-1)的数量为4个。
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