CN110196227A - 一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，包括试件制备部分和拉伸测试部分；试件制备部分包括支架、底座和沥青基槽，沥青基槽的轴心处开设有中心孔，纤维穿过中心孔伸入底座的空腔中，纤维的上端设置固定件，下端设置一配重件；拉伸测试部分包括万能试验机和盛样皿，纤维穿过盛样皿的开孔；本发明还公开了一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法。本发明的有益效果是，测试装置结构简单，便于制作与操作，试件制作精度高；通过拉拔试验可测出不同纤维与沥青胶浆间的粘结强度，便于找出与沥青粘结效果最好的纤维；从纤维与沥青基体的粘结性能的角度出发，通过测定纤维与沥青胶浆的粘结强度实现了对路用纤维的评价和选型。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置和方法。
背景技术
目前，在沥青混合料中掺入增强纤维成为一种提高沥青混合料性能的有效手段，受到广泛的关注和重视。将纤维掺入沥青混凝土中可以改善沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性，并可以有效地提高抗拉、抗压、抗剪切以及抗冲击强度，极大的改善沥青路面的路用性能，纤维增强沥青混凝土路面是国内外沥青混凝土路面的发展方向之一。
国内外已针对纤维的加筋效果进行了广泛研究。但以往的研究主要侧重于纤维沥青混合料性能试验，而纤维在沥青混凝土中的增强效果与纤维-沥青界面强度关系十分密切。为研究纤维与沥青胶浆基体界面的粘结强度及纤维长度对沥青混凝土性能增强效果，可以利用直接拉伸试验进行界面拉拔试验，但此种方法由于操作可重复性差导致结果离散性偏大，甚至无法有效评定纤维与沥青混凝土的粘结性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置和方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，包括试件制备部分和拉伸测试部分；其中：
试件制备部分，用于浇注试件，包括支架、底座和沥青基槽，所述支架、底座均与支架的顶面保持垂直，且底座的高度低于支架高度，所述沥青基槽置于底座的正上方，沥青基槽的轴心处开设有中心孔，纤维穿过所述中心孔伸入底座的空腔中，纤维的上端设置固定件，下端设置一配重件；
拉伸测试部分，用于测定浇注试件的粘结性能，包括万能试验机和底部开孔的盛样皿，将制备的浇注试件置于倒扣的盛样皿中，且纤维穿过盛样皿的开孔。
作为本发明的进一步优选，所述固定件与纤维的上端相连，且固定件通过螺栓与支架的顶面固定连接。
作为本发明的进一步优选，所述配重件与纤维的下端相连，保持纤维垂直悬空状态。
作为本发明的进一步优选，所述沥青基槽选用圆柱形金属试模。
作为本发明的进一步优选，所述纤维的截面直径2.8-3.2mm，纤维的截面与沥青基槽中心孔的尺寸差不大于0.2mm。
作为本发明的进一步优选，所述底座为空心圆柱形结构，且底座的内径大于沥青基槽的直径。
作为本发明的进一步优选，所述固定件、配重件选用金属夹块，质量为200-500g。
一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法，采用上述的测试装置，包括以下步骤：
(1)浇注试件的制备
a、首先，将沥青基槽及待测纤维烘干至恒重，使沥青基槽与沥青的温度相同，根据纤维截面的尺寸对沥青基槽中心孔的尺寸进行调整；
b、将沥青基槽置于底座上方，沥青基槽及支架均用水准泡进行找平；
c、将纤维拉直并穿过沥青基槽的中心孔，纤维的上端通过固定件与支架固定连接，在纤维的下端固定配重件，保证纤维处于垂直悬空状态；
d、用卡尺测量沥青基槽内高度h1及基槽直径D，计算沥青基槽的内截面面积，并设定纤维在沥青胶浆中的浸入深度L1，计算需浇筑的沥青胶浆体积，进而计算出需要浇筑沥青胶浆的质量ma；
e、待纤维静止后开始浇筑，静置，待沥青胶浆达到室温并凝固时，用卡尺测量浇筑沥青后沥青基槽内高度h2，得到实际的纤维与沥青浸入深度L2＝h1-h2；
f、将上述浇注成功的试件，放入水浴箱保温2小时或放置于空气浴环境中保温6小时，保温完成后开始测试。
(2)试件粘结性能测试
利用万能试验机，将沥青基槽连接杆与万能试验机的夹头进行连接，进行单轴拉伸试验，万能试验机的试验速率根据测试需要进行选择；
单轴拉伸试验后，提取拉伸破坏荷载峰值，绘制浸入长度-粘结力曲线，根据曲线确定纤维的最佳粘结长度，并确定出纤维粘结力与浸入长度的数学关系。
作为本发明的进一步优选，步骤e中，若L2＝(0.98-1.02)L1，则认为浇铸成功，否则，认为操作失败，需重复步骤a-e，重新制备浇注试件。
作为本发明的进一步优选，万能试验机的试验速率为1-50mm/min。
本发明为路用纤维的选型提供了一种快速测试方法，通过测定纤维与沥青间的粘结强度来评定纤维与沥青的结合性能；将纤维浸入熔融状态下的沥青胶浆，待沥青胶浆凝固硬化后，进行保温，保温时间不小于6小时，随后通过万能试验机进行拉伸，测定纤维与沥青胶浆的粘结力。
本发明的试验方法可以模拟沥青与纤维的真实粘结状态，准确测定沥青与纤维的粘结强度，通过比较不同纤维与沥青的粘结强度，选出合适的路用纤维。
本发明的有益效果是，
1、测试装置结构简单，便于制作与操作，试件制作精度高；
2、通过拉拔试验可测出不同纤维与沥青胶浆间的粘结强度，便于找出与沥青粘结效果最好的纤维；
总之，本发明从纤维与沥青基体的粘结性能的角度出发，通过测定纤维与沥青胶浆的粘结强度实现对路用纤维的评价；还可以研究纤维与不同胶结材料集体的粘结强度，具有一定的广泛适用性，同时具有操作简便、科学、测试结果准确的优点，为路用纤维选型及判定提供一种有效的评价方法。
本发明适用于不同纤维与各种沥青粘结性能的测定，操作简单，安全系数高，对实验器材的要求简单，测量精度高，适用于各种研究院，学校等科研机构的工作及教学需要。
附图说明
图1为本发明中的试件制备部分结构示意图；
图2为本发明中的拉伸测试部分结构示意图；
图3为本发明中的浸入长度-破坏荷载曲线图。
其中，1-支架；2-底座；3-沥青基槽；4-纤维；5-配重件；6-固定件；7-沥青基槽连接杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，包括试件制备部分和拉伸测试部分。
试件制备部分，用于浇注试件，包括支架1、底座2和沥青基槽3，支架1、底座2均与支架1的顶面保持垂直，且底座2的高度低于支架1高度，沥青基槽3置于底座2的正上方，沥青基槽3的轴心处开设有中心孔，纤维4穿过中心孔伸入底座2的空腔中，纤维4的上端设置固定件6，下端设置一配重件5。
拉伸测试部分，用于测定浇注试件的粘结性能，包括万能试验机和底部开孔的盛样皿，将制备的浇注试件置于倒扣的盛样皿中，且纤维4穿过盛样皿的开孔，如图2所示。
特别的，固定件6与纤维4的上端相连，且固定件6通过螺栓与支架1的顶面固定连接。
特别的，配重件5与纤维4的下端相连，保持纤维4垂直悬空状态。
特别的，沥青基槽3选用圆柱形金属试模。
特别的，纤维4的截面直径3.0mm，如纤维4束尺寸与沥青基槽3底部中心孔的尺寸相差较大，应根据纤维4截面尺寸对底部开孔尺寸进行调整，使纤维4的截面与沥青基槽3中心孔的尺寸差不大于0.2mm，以保证浇筑沥青时沥青不会从沥青基槽3中心孔中大量流出。
特别的，底座2为空心圆柱形结构，且底座2的内径大于沥青基槽3的直径。
特别的，固定件6、配重件5选用金属夹块，质量为300g。
一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法，包括以下步骤：
(1)浇注试件的制备
a、首先，将沥青基槽3及待测纤维4烘干至恒重，使沥青基槽3与沥青的温度相同，根据纤维4截面的尺寸对沥青基槽3中心孔的尺寸进行调整；
b、将沥青基槽3置于底座2上方，沥青基槽3及支架1均用水准泡进行找平；
c、将纤维4拉直并穿过沥青基槽3的中心孔，纤维4的上端通过固定件6与支架1固定连接，在纤维4的下端固定配重件5，保证纤维4处于垂直悬空状态；
d、用卡尺测量沥青基槽3内高度h1＝3.5cm及基槽直径D＝6cm，计算沥青基槽3的内截面面积，A＝πD2/4＝28.26cm2，并设定纤维4在沥青胶浆中的浸入深度L1＝1cm，计算需浇筑的沥青胶浆体积V＝A×L＝1cm3，根据公式m＝ρV，计算出需浇筑的沥青胶浆质量ma＝28.26g；
e、待纤维4静止后开始浇筑，静置，待沥青胶浆达到室温并凝固后，用煤油擦除纤维4表面滴落的沥青，用卡尺测量浇筑沥青后沥青基槽3内高度h2＝2.5cm，得到实际的纤维4与沥青浸入深度L2＝h1-h2＝1cm；
L2介于(0.98-1.02)L1之间，浇铸成功。
f、将上述浇注成功的试件，放入水浴箱保温2小时，保温完成后开始测试。
(2)试件粘结性能测试
利用万能试验机，将沥青基槽连接杆7与万能试验机的夹头进行连接，进行单轴拉伸试验，万能试验机的试验速率根据测试需要进行选择；万能试验机的试验速率为30mm/min。
单轴拉伸试验后，提取拉伸破坏荷载峰值，绘制浸入长度-粘结力曲线，如图3所示，根据曲线确定纤维4的最佳粘结长度，并确定出纤维4粘结力与浸入长度的数学关系，以此供设计纤维4改性沥青混凝土配合比使用。
实施例2
一种纤维4与沥青材料粘结强度测试装置，包括试件制备部分和拉伸测试部分。
试件制备部分，用于浇注试件，包括支架1、底座2和沥青基槽3，支架1、底座2均与支架1的顶面保持垂直，且底座2的高度低于支架1高度，沥青基槽3置于底座2的正上方，沥青基槽3的轴心处开设有中心孔，纤维4穿过中心孔伸入底座2的空腔中，纤维4的上端设置固定件6，下端设置一配重件5。
拉伸测试部分，用于测定浇注试件的粘结性能，包括万能试验机和底部开孔的盛样皿，将制备的浇注试件置于倒扣的盛样皿中，且纤维4穿过盛样皿的开孔，如图2所示。
特别的，固定件6与纤维4的上端相连，且固定件6通过螺栓与支架1的顶面固定连接。
特别的，配重件5与纤维4的下端相连，保持纤维4垂直悬空状态。
特别的，沥青基槽3选用圆柱形金属试模。
特别的，纤维4的截面直径2.8mm，如纤维4束尺寸与沥青基槽3底部中心孔的尺寸相差较大，应根据纤维4截面尺寸对底部开孔尺寸进行调整，使纤维4的截面与沥青基槽3中心孔的尺寸差不大于0.2mm，以保证浇筑沥青时沥青不会从沥青基槽3中心孔中大量流出。
特别的，底座2为空心圆柱形结构，且底座2的内径大于沥青基槽3的直径。
特别的，固定件6、配重件5选用金属夹块，质量为200g。
一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法，包括以下步骤：
(1)浇注试件的制备
a、首先，将沥青基槽3及待测纤维4烘干至恒重，使沥青基槽3与沥青的温度相同，根据纤维4截面的尺寸对沥青基槽3中心孔的尺寸进行调整；
b、将沥青基槽3置于底座2上方，沥青基槽3及支架1均用水准泡进行找平；
c、将纤维4拉直并穿过沥青基槽3的中心孔，纤维4的上端通过固定件6与支架1固定连接，在纤维4的下端固定配重件5，保证纤维4处于垂直悬空状态；
d、用卡尺测量沥青基槽3内高度h1＝3.5cm及基槽直径D＝6cm，计算沥青基槽3的内截面面积，A＝πD2/4＝28.26cm2，并设定纤维4在沥青胶浆中的浸入深度L1＝1.2cm，计算需浇筑的沥青胶浆体积V＝A×L＝1cm3，根据公式m＝ρV，计算出需浇筑的沥青胶浆质量ma＝28.26g；
e、待纤维4静止后开始浇筑，静置，待沥青胶浆达到室温并凝固后，用煤油擦除纤维4表面滴落的沥青，用卡尺测量浇筑沥青后沥青基槽3内高度h2＝2.5cm，得到实际的纤维4与沥青浸入深度L2＝h1-h2＝1cm；
L2＝(0.98-1.02)L1不成立，操作失败，重复步骤a-e，再重新制备浇注试件，直至L2＝(0.98-1.02)L1成立，浇注试件成功。
f、将上述浇注成功的试件，放置于空气浴环境中保温6小时，保温完成后开始测试。
(2)试件粘结性能测试
利用万能试验机，将沥青基槽连接杆7与万能试验机的夹头进行连接，进行单轴拉伸试验，万能试验机的试验速率根据测试需要进行选择；万能试验机的试验速率为25mm/min。
单轴拉伸试验后，提取拉伸破坏荷载峰值，绘制浸入长度-粘结力曲线，如图3所示，根据曲线确定纤维4的最佳粘结长度，并确定出纤维4粘结力与浸入长度的数学关系，以此供设计纤维4改性沥青混凝土配合比使用。
本发明测试装置结构简单，便于制作与操作，试件制作精度高，为测定纤维4与沥青材料的粘结强度研究不同纤维4与沥青之间的粘结性能提供了一种有效的快速评价方法。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，包括试件制备部分和拉伸测试部分；其中：
试件制备部分，用于浇注试件，包括支架、底座和沥青基槽，所述支架、底座均与支架的顶面保持垂直，且底座的高度低于支架高度，所述沥青基槽置于底座的正上方，沥青基槽的轴心处开设有中心孔，纤维穿过所述中心孔伸入底座的空腔中，纤维的上端设置固定件，下端设置一配重件；
拉伸测试部分，用于测定浇注试件的粘结性能，包括万能试验机和底部开孔的盛样皿，将制备的浇注试件置于倒扣的盛样皿中，且纤维穿过盛样皿的开孔。
2.如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，所述固定件与纤维的上端相连，且固定件通过螺栓与支架的顶面固定连接。
3.如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，所述配重件与纤维的下端相连，保持纤维垂直悬空状态。
4.如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，所述沥青基槽选用圆柱形金属试模。
5.如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，所述纤维的截面直径2.8-3.2mm，纤维的截面与沥青基槽中心孔的尺寸差不大于0.2mm。
6.如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，所述底座为空心圆柱形结构，且底座的内径大于沥青基槽的直径。
7.如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，所述固定件、配重件选用金属夹块，质量为200-500g。
8.一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法，采用如权利要求1所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)浇注试件的制备
a、首先，将沥青基槽及待测纤维烘干至恒重，使沥青基槽与沥青的温度相同，根据纤维截面的尺寸对沥青基槽中心孔的尺寸进行调整；
b、将沥青基槽置于底座上方，沥青基槽及支架均用水准泡进行找平；
c、将纤维拉直并穿过沥青基槽的中心孔，纤维的上端通过固定件与支架固定连接，在纤维的下端固定配重件，保证纤维处于垂直悬空状态；
d、用卡尺测量沥青基槽内高度h1及基槽直径D，计算沥青基槽的内截面面积，并设定纤维在沥青胶浆中的浸入深度L1，计算需浇筑的沥青胶浆体积，进而计算出需要浇筑沥青胶浆的质量ma；
e、待纤维静止后开始浇筑，静置，待沥青胶浆达到室温并凝固时，用卡尺测量浇筑沥青后沥青基槽内高度h2，得到实际的纤维与沥青浸入深度L2＝h1-h2；
f、将上述浇注成功的试件，放入水浴箱保温2小时或放置于空气浴环境中保温6小时，保温完成后开始测试。
(2)试件粘结性能测试
利用万能试验机，将沥青基槽连接杆与万能试验机的夹头进行连接，进行单轴拉伸试验，万能试验机的试验速率根据测试需要进行选择；
单轴拉伸试验后，提取拉伸破坏荷载峰值，绘制浸入长度-粘结力曲线，根据曲线确定纤维的最佳粘结长度，并确定出纤维粘结力与浸入长度的数学关系。
9.如权利要求8所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法，其特征在于，步骤e中，若L2＝(0.98-1.02)L1，则认为浇铸成功；否则，认为操作失败，需重复步骤a-e，重新制备浇注试件。
10.如权利要求8所述的一种纤维与沥青材料粘结强度测试方法，其特征在于，万能试验机的试验速率为1-50mm/min。
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