CN110006822A - 一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种冰‑路界面粘结力多角度、原位测试装置，本发明属于沥青混合料物理性能测试技术领域，它为了解决现有粘结力测试装置无法在实际路面使用，难以准确掌握冰与路面粘结状态的问题。该测试装置是在底座的上表面竖立有多根承力杆，顶板固定在承力杆的上部，中间板套设在多个承力杆之间，在顶板的上板面设置有压力传感器，工具锚固设在千斤顶的活塞上，通过工具锚锁住传动索的一端，中间板上设置有角度调节盘，传动索的另一端绕过角度调节盘上的两个滑轮连接在筒件上，筒件内套有路面上的冰层。本发明所述的测试装置能够应用在实际的路面上，实现了对实际道路表面冰‑路粘结力的测试，准确掌握冰与路面的粘结状态。

Description

一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置
技术领域
本发明属于沥青混合料物理性能测试技术领域，具体涉及一种冰-路界面粘结力的测试装置。
背景技术
寒区低温状态下，路表容易积雪结冰，导致路面抗滑性能的迅速下降，增加了车辆驾驶难度，严重影响道路通行能力和行车安全，成为冬季道路运营的重大隐患。
为了保障冬季道路行车安全，学者们一般将研究集中在对除雪方法的研究上。在物理方法研究中，一般采用人工和机械除雪方式，通过外力直接作用在冰面，实现对路表冰雪的清除。在化学方法研究方面，一般多采用洒布融雪剂的方式，直接融化路面冰雪。上述方法均属于被动除冰雪方法，即冰雪出现后，再对冰雪进行处理。在主动除冰雪研究方面，学者通过能量转化或添加低冰点材料等方式，实现了在低温环境下，防止路面结冰的作用。在对冰雪处理效果评价方面，学者指出，冰层与路面间的粘结力影响路面附着系数，直接决定了冰雪清除的难易程度和道路的通行能力。基于此，学者们先后开发了可测定冰-路界面直拉粘结力和不同角度斜拉粘结力的装置，成功评价了测试样品与表面覆盖冰层间的粘结力。
然而，现有粘结力测试装置仅针对室内小尺寸样品，依赖于万能材料试验机，因此，测试过程仅能在实验室中进行。受到尺寸效应、自然环境和人为因素等的影响，室内试验测试结果与实际路面存在差异，因此，室内试验测试结果无法直接应用于实际工程中。
针对现有粘结力测试设备无法在实际路面进行测试，同时，考虑路表冰层清理过程和冰层在车辆行驶过程中的受力状态，本发明研发一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，可实现对实际道路中冰-路粘结力的测试。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有粘结力测试装置无法在实际路面使用，难以准确掌握冰与路面的粘结状态的问题，而提供一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置。
本发明冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置包括工具锚、千斤顶、限位板、压力传感器、支撑架、角度调节盘、传动索和筒件，所述的支撑架由底座、顶板、多个承力杆和中间板组成，底座为圆环座体，在底座的上表面竖立有多根承力杆，顶板固定在承力杆的上部，中间板套设在多个承力杆之间，中间板上开有通孔；
在顶板的上板面设置有压力传感器，压力传感器上设置限位板，限位板的上板面设置有千斤顶，工具锚固设在千斤顶的活塞上，通过工具锚锁住传动索的一端；
角度调节盘固设在中间板的通孔内，角度调节盘的下部从通孔中露出，角度调节盘与中间板的下板面相垂直，第一滑轮固定在角度调节盘上，沿角度调节盘的水平方向开有水平滑槽，水平滑槽位于第一滑轮下方，第二滑轮在水平滑槽内滑动，传动索的另一端绕过第一滑轮和第二滑轮连接在筒件上，筒件位于底座的圆孔中，筒件内套有路面上的冰层。
本发明冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置由动力系统，角度调控系统，冰-路粘结系统三部分组成，其中动力系统由工具锚、千斤顶、限位板和压力传感器组成，在限位板上设置千斤顶，利用压力传感器获取测试过程的荷载-位移曲线。
角度调控系统包括角度调节盘、两个滑轮和角度测量仪，为了减小传动过程中的摩阻系数，在传动索的角点处设置两个滑轮。通过调节角度调节盘上第二滑轮的位置实现角度的调控，基于三维空间结构和正交分解理论，精确计算和采集角度随时间的变化过程，可结合动力系统中的程序实现冰路界面剪切角度的变化测试与计算，角度调控系统的张拉角度范围为0～90°。
冰-路粘结系统主要为筒件，通过防水密封膏嵌缝实现套筒内的水-冰恒重下的相变转换，传动索拉动筒件实现冰-路粘结面的分离。
本发明所述的冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置能够应用在实际的路面上，实现了对实际道路表面冰-路粘结力的测试，准确掌握冰与路面的粘结状态，为道面结冰的清除方法提供参考。
附图说明
图1为本发明冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置的结构示意图；
图2为具体实施方式四中所述中间板固定方式的结构示意图；
图3为具体实施方式五中所述第二滑轮固定方式结构示意图；
图4为实施例测试得到的荷载-位移曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置包括工具锚1、千斤顶2、限位板3、压力传感器4、支撑架6、角度调节盘7、传动索10和筒件14，所述的支撑架6由底座6-1、顶板6-2、多个承力杆6-3和中间板6-4组成，底座6-1为圆环座体，在底座6-1的上表面竖立有多根承力杆6-3，顶板6-2固定在承力杆6-3的上部，中间板6-4套设在多个承力杆6-3之间，中间板6-4上开有通孔13；
在顶板6-2的上板面设置有限位板3，限位板3的上板面设置有千斤顶2，工具锚1固设在千斤顶2的活塞上，通过工具锚1锁住传动索10的一端；
角度调节盘7固设在中间板6-4的通孔13内，角度调节盘7的下部从通孔13中露出，角度调节盘7与中间板6-4的下板面相垂直，第一滑轮12-1固定在角度调节盘7上，沿角度调节盘7的水平方向开有水平滑槽11，水平滑槽11位于第一滑轮12-1下方，第二滑轮12-2在水平滑槽11内滑动，传动索10的另一端绕过第一滑轮12-1和第二滑轮12-2连接在筒件14上，筒件14位于底座6-1的圆孔中，筒件14内套有路面上的冰层。
本实施方式传动索由工具锚锁住的一端经角度调节盘至连接筒件的一端在同一平面上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在压力传感器4上设置有压力表5。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是在底座6-1的上表面竖立有3～5根承力杆6-3。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是沿承力杆6-3的高度方向设置有多个定位孔，定位螺丝16沿中间板6-4的径向旋入定位孔中固定中间板6-4的位置。
本实施方式中间板固定方式的结构图如图2所示。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是固定螺栓15穿过第二滑轮12-2的中心，固定螺栓15配合螺母使第二滑轮12-2固定在水平滑槽11中。
本实施方式第二滑轮固定方式的结构图如图3所示。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是在筒件14的外顶壁上设置有角度测量仪8，通过角度测量仪8测量传动索10与筒件14外顶壁之间的夹角。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是在筒件14的外顶壁上开有输液通道9。
本实施方式在现场检测时，通过向输液通道9注水，等到水凝结成冰之后，再进行拉伸试验。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是在筒件14的内壁涂抹有防水密封膏。
本实施方式防水密封膏的作用是防止水分从筒件中流出，一般是直接涂抹在筒件内容易漏水的缝隙位置处。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是在底座6-1上设置有红外测温仪17。
本实施方式通过红外测温仪测试环境温度。
实施例：本实施例冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置包括工具锚1、千斤顶2、限位板3、压力传感器4、支撑架6、角度调节盘7、传动索10和筒件14，所述的支撑架6由底座6-1、顶板6-2、多个承力杆6-3和中间板6-4组成，底座6-1为圆环座体，在底座6-1的上表面竖立有三根承力杆6-3，顶板6-2固定在承力杆6-3的上部，中间板6-4套设在多个承力杆6-3之间，中间板6-4上开有通孔13；
在顶板6-2的上板面设置有限位板3，限位板3的上板面设置有千斤顶2，工具锚1固设在千斤顶2的活塞上，通过工具锚1锁住传动索10的一端；
角度调节盘7固设在中间板6-4的通孔13内，角度调节盘7的下部从通孔13中露出，角度调节盘7与中间板6-4的下板面相垂直，第一滑轮12-1固定在角度调节盘7上，沿角度调节盘7的水平方向开有水平滑槽11，水平滑槽11位于第一滑轮12-1下方，第二滑轮12-2在水平滑槽11内滑动，传动索10的另一端绕过第一滑轮12-1和第二滑轮12-2连接在筒件14上，筒件14位于底座6-1的圆孔中，筒件14内套有路面上的冰层；
本实施例沿承力杆6-3的高度方向设置有多个定位孔，定位螺丝16沿中间板6-4的径向旋入定位孔中固定中间板6-4的位置；固定螺栓15穿过第二滑轮12-2的中心，固定螺栓15配合螺母使第二滑轮12-2固定在水平滑槽11中。
本实施例冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置的应用过程如下：
一、在低温环境下，在高分子防水卷材和防水密封膏的辅助下，使路面上的冰与筒件形成冰-路粘结状态；
二、调节中间板在承力杆上的位置，在角度调节盘上调节第二滑轮的位置至目标角度，所述的目标角度为传动索与筒件之间的角度；
三、启动千斤顶，千斤顶上的工具锚向上拉动传动索，实现了对冰-路界面的拉力作用，通过压力传感器测试张拉过程的荷载-位移曲线，在-20℃环境，动力系统拉力控制为5kN的条件下，测试得到的荷载-位移曲线如图4所示，由图4可知，荷载随张拉位移的增加逐渐增大，当位移为2mm时，荷载突然下降至0kN附近，此时，对应荷载最大值为2kN，表明该环境下，冰-路粘结力为2kN。

Claims (9)

1.一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于该冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置包括工具锚(1)、千斤顶(2)、限位板(3)、压力传感器(4)、支撑架(6)、角度调节盘(7)、传动索(10)和筒件(14)，所述的支撑架(6)由底座(6-1)、顶板(6-2)、多个承力杆(6-3)和中间板(6-4)组成，底座(6-1)为圆环座体，在底座(6-1)的上表面竖立有多根承力杆(6-3)，顶板(6-2)固定在承力杆(6-3)的上部，中间板(6-4)套设在多个承力杆(6-3)之间，中间板(6-4)上开有通孔(13)；
在顶板(6-2)的上板面设置有压力传感器(4)，压力传感器(4)上设置限位板(3)，限位板(3)的上板面设置有千斤顶(2)，工具锚(1)固设在千斤顶(2)的活塞上，通过工具锚(1)锁住传动索(10)的一端；
角度调节盘(7)固设在中间板(6-4)的通孔(13)内，角度调节盘(7)的下部从通孔(13)中露出，角度调节盘(7)与中间板(6-4)的下板面相垂直，第一滑轮(12-1)固定在角度调节盘(7)上，沿角度调节盘(7)的水平方向开有水平滑槽(11)，水平滑槽(11)位于第一滑轮(12-1)下方，第二滑轮(12-2)在水平滑槽(11)内滑动，传动索(10)的另一端绕过第一滑轮(12-1)和第二滑轮(12-2)连接在筒件(14)上，筒件(14)位于底座(6-1)的圆孔中，筒件(14)内套有路面上的冰层。
2.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于在压力传感器(4)上设置有压力表(5)。
3.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于在底座(6-1)的上表面竖立有3～5根承力杆(6-3)。
4.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于沿承力杆(6-3)的高度方向设置有多个定位孔，定位螺丝(16)沿中间板(6-4)的径向旋入定位孔中固定中间板(6-4)的位置。
5.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于固定螺栓(15)穿过第二滑轮(12-2)的中心，固定螺栓(15)配合螺母使第二滑轮(12-2)固定在水平滑槽(11)中。
6.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于在筒件(14)的外顶壁上设置有角度测量仪(8)，通过角度测量仪(8)测量传动索(10)与筒件(14)外顶壁之间的夹角。
7.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于在筒件(14)的外顶壁上开有输液通道(9)。
8.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于在筒件(14)的内壁涂抹有防水密封膏。
9.根据权利要求1所述的一种冰-路界面粘结力多角度、原位测试装置，其特征在于在底座(6-1)上设置有红外测温仪(17)。
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