CN110567846A - 一种沥青弯曲梁流变仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种沥青弯曲梁流变仪,包括主机、加载框架、工业电脑、低温循环制冷机及气管，所述加载框架设于所述主机上，所述加载框架上安装有激光位移传感器及支撑主轴，所述支撑主轴顶部安装有位移测量盘、底端安装有加载轴、所述位移测量盘与所述加载轴之间依次安装有荷载标定盘、空气轴承加载机构、传感器连接板及负荷传感器。本发明采用微机自动控制技术、高精度传感器技术、制冷技术及电气伺服技术，用弯曲梁流变方式测量沥青在极低温度下的劲度，主要用于评估沥青胶结料的低温断裂特性,测试结果包含低温蠕变劲度S(t)和蠕变劲度变化率m(t)指标,微机进行整个过程的全自动测试，几乎不需要操作人员干预，测量精度高，且仪器结构紧凑、式样美观。

Description

一种沥青弯曲梁流变仪

技术领域

本发明涉及公路工程沥青测定技术领域，尤其涉及一种沥青弯曲梁流变仪。

背景技术

弯曲梁流变仪是根据现行ASTM，AASHTO和SHRP方法对沥青胶结料进行低温弯曲蠕变劲度的测试。用于评估沥青胶结料的低温断裂特性。测试结果包含低温蠕变劲度S(t)和蠕变劲度变化率m(t)指标。

众所周知，沥青道路面面铺装所采用的路面材料为沥青结合料，而沥青作为沥青结合料的主要组成部分，对沥青混合料的性能影响较大，根据相关研究认为，沥青混合料在低于10℃条件下，其性质主要取决于沥青的性质，所以对沥青的选择和评价的依据非常重要。这就涉及到沥青技术的规范和标准。传统规范是建立在针入度分级和粘度分级体系上的，工程实践和研究表明，传统规范存在以下缺陷：(1)没有低温试验方法和指标，(2)没有考虑沥青的长期老化(长期老化对沥青结合料的低温开裂和疲劳耐久性有非常大的影响)，(3)各测试指标属于试验性指标，与沥青的实际路用性能相关不大。从设计角度来看，好的技术指标和参数应能反映出沥青结合料的实际路用性能，同时能结合工程特点对设计有良好的指导作用。世界各国都制订了沥青技术要求和规范，并随着技术的进步和认识的深化而不断完善。

低温开裂是沥青路面的主要破坏形式之一，在寒冷地区更为突出。热拌沥青路面在寒冷季节经常会出现横向裂纹，这是由于温度聚降和温差的反复出现使沥青层产生温缩裂缝以及由于半刚性基层温缩开裂而产生的反射性裂纹。裂缝的出现严重影响了沥青路面的使用寿命，具有极大的危害性。沥青路面的低温裂缝与沥青的低温性能有关。为评价沥青结合料的低温性能，美国研究制订了SHRP计划，其中采用弯曲梁流变方法来测量沥青在极低温度下的劲度，并应用工程上梁的理论来测量沥青小梁试件在蠕变荷载作用下的劲度。SHPR研究认为，若沥青材料的劲度太大，则呈现脆性，沥青路面容易开裂破坏，而表征沥青劲度随时间的变化率m值越大，则意味着当温度下降使路面产生收缩时，结合料的响应如同降低了劲度的材料，从而到材料中的拉应力减小，低温开裂的可能性也随之减小。因此，为了限制路面发生开裂，SHRP性能规范限制60S时的劲度模量和m值分别不大于300MPa和0.30。

本发明就是在这样的背景下作出的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青弯曲梁流变仪，有效解决上述技术问题。

为有效解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种沥青弯曲梁流变仪，包括主机、加载框架、工业电脑、低温循环制冷机及气管，所述加载框架设于所述主机上，所述工业电脑设于所述主机上，所述低温循环制冷机设于所述主机一侧，所述气管设于所述主机另一侧；所述加载框架上安装有激光位移传感器及支撑主轴，所述激光位移传感器位于所述支撑主轴上方，所述支撑主轴顶部安装有位移测量盘、底端安装有加载轴、所述位移测量盘与所述加载轴之间依次安装有荷载标定盘、空气轴承加载机构、传感器连接板及负荷传感器，所述空气轴承加载机构包括空气轴承外壳及设于所述空气轴承外壳内部的节流支撑气槽、导气槽及加载气腔，所述节流支撑气槽套设于所述支撑主轴上，所述导气槽包覆所述节流支撑气槽及所述支撑主轴，所述导气槽上安装有轴承进气口，所述加载气腔位于所述节流支撑气槽下方，所述加载气腔一侧安装有加载进气口，所述空气轴承外壳底部安装有加载气缸端盖，所述负荷传感器安装于所述传感器连接板上，所述支撑主轴底端与所述传感器连接板之间设有缓冲垫。

特别的，所述支撑主轴上设有多组缓冲圈，所述荷载标定盘侧端下部设有位移标定侧头，所述空气轴承外壳上安装有多组固定螺丝孔实现固定。

特别的，所述主机内设有温度传感器，所述加载轴下方设有沥青梁，所述沥青梁下方设有两组下支撑，所述两组下支撑的其中一组置于所述温度传感器上，所述主机内还安装有控制及数据采集器。

特别的，所述低温循环制冷机与所述主机之间连接有一冷却液循环管路，所述低温循环制冷机包括温度控制器、恒温槽、加热管、蒸发器、冷凝器、扇热风扇、压缩机及循环水泵，所述温度控制器设于所述低温循环制冷机上表面，所述恒温槽设于所述低温循环制冷机内部，所述加热管安装于所述恒温槽上，所述蒸发器设于所述恒温槽内底部，所述压缩机及所述冷凝器设于所述低温循环制冷机底部，所述扇热风扇安装于所述冷凝器后侧部，所述冷凝器与所述蒸发器头端通过电线连接，所述压缩机与所述蒸发器尾端通过电线连接，所述冷凝器与所述压缩机通过电线连接，所述循环水泵设于所述低温循环制冷机上，位于所述恒温槽后侧，所述冷却液循环管路一端与所述循环水泵相互连接。

特别的，所述气管头端连接所述轴承进气口和所述加载进气口，尾端安装有气泵，所述气泵上方设有减压阀，所述减压阀和所述气泵之间设有油水过滤器，所述减压阀上方设有第一压力表，所述第一压力表与所述轴承进气口之间依次设有第二压力表及精密调压阀，所述第一压力表与所述加载进气口之间依次设有压力传感器及电磁换向阀，所述电磁换向阀后侧并列设有荷载调压阀和凋零调压阀。

特别的，所述主机下方设有一试验台。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种沥青弯曲梁流变仪，由其主机、低温循环制冷机、电脑和测控操作软件组成，采用微机自动控制技术、高精度传感器技术、制冷技术及电气伺服技术，用弯曲梁流变方式测量沥青在极低温度下的劲度，主要用于评估沥青胶结料的低温断裂特性。测试结果包含低温蠕变劲度S(t)和蠕变劲度变化率m(t)指标。该方法可用于未老化或用T240(RTFOT)和R28(PAV)老化的材料，基于Windows的软件，全自动操作，几乎不需要操作人员干预，是专门为完成沥青胶结料低温热性能试验而设计，能够控制和记录所有必要的参数。在试验过程中，试验数据能同时显示在计算机屏幕上并存储到硬盘上，数据能够很容易输出到其它应用软件中，如Microsoft Excel。试验水槽冷却恒温采用外循环结构，可减少压缩机对设备产生的振动而引起传感器读数的误差。仪器结构紧凑、式样美观，微机进行整个过程的全自动测试。

附图说明

图1为本发明的整机结构组成示意图。

图2为本发明的加载机构组成示意图。

图3为本发明的加载机构俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示，本实施例提供的一种沥青弯曲梁流变仪结构设定：

一种沥青弯曲梁流变仪，包括主机1、加载框架2、工业电脑3、低温循环制冷机4及气管5，所述加载框架2设于所述主机1上，所述工业电脑3设于所述主机1上，所述低温循环制冷机4设于所述主机1一侧，所述气管5设于所述主机1另一侧。

所述加载框架2上安装有激光位移传感器21及支撑主轴22，所述激光位移传感器21位于所述支撑主轴22上方，所述支撑主轴22顶部安装有位移测量盘201、底端安装有加载轴202、所述位移测量盘201与所述加载轴202之间依次安装有荷载标定盘203、空气轴承加载机构204、传感器连接板205及负荷传感器206，所述空气轴承加载机构204包括空气轴承外壳207及设于所述空气轴承外壳204内部的节流支撑气槽208、导气槽209及加载气腔210，所述节流支撑气槽208套设于所述支撑主轴22上，所述导气槽209包覆所述节流支撑气槽208及所述支撑主轴22，所述导气槽209上安装有轴承进气口211，所述加载气腔210位于所述节流支撑气槽208下方，所述加载气腔210一侧安装有加载进气口212，所述空气轴承外壳207底部安装有加载气缸端盖213，所述负荷传感器206安装于所述传感器连接板205上，所述支撑主轴22底端与所述传感器连接板205之间设有缓冲垫214。所述支撑主轴22上设有多组缓冲圈215，所述荷载标定盘203侧端下部设有位移标定侧头216，所述空气轴承外壳207上安装有多组固定螺丝孔217以实现固定。

所述主机1内设有温度传感器101，所述加载轴202下方设有沥青梁23，所述沥青梁23下方设有两组下支撑24，所述两组下支撑24的其中一组置于所述温度传感器101上，所述主机1内还安装有控制及数据采集器102，所述主机1下方设有一试验台6。

所述低温循环制冷机4与所述主机1之间连接有一冷却液循环管路7，所述低温循环制冷机4包括温度控制器401、恒温槽402、加热管403、蒸发器404、冷凝器405、扇热风扇406、压缩机407及循环水泵408，所述温度控制器401设于所述低温循环制冷机4上表面，所述恒温槽402设于所述低温循环制冷机1内部，所述加热管403安装于所述恒温槽402上，所述蒸发器404设于所述恒温槽402内底部，所述压缩机407及所述冷凝器405设于所述低温循环制冷机4底部，所述扇热风扇406安装于所述冷凝器405后侧部，所述冷凝器405与所述蒸发器404头端通过电线连接，所述压缩机407与所述蒸发器404尾端通过电线连接，所述冷凝器405与所述压缩机407通过电线连接，所述循环水泵408设于所述低温循环制冷机1上，位于所述恒温槽402后侧，所述冷却液循环管路7一端与所述循环水泵408相互连接。

所述气管5头端连接所述轴承进气口211和所述加载进气口212，尾端安装有气泵501，所述气泵501上方设有减压阀502，所述减压阀502和所述气泵501之间设有油水过滤器503，所述减压阀502上方设有第一压力表504，所述第一压力表504与所述轴承进气口211之间依次设有第二压力表505及精密调压阀506，所述第一压力表504与所述加载进气口212之间依次设有压力传感器507及电磁换向阀508，所述电磁换向阀508后侧并列设有荷载调压阀509和凋零调压阀510。

本发明的实验步骤如下：

1、连接好仪器，加入冷却介质(冷却介质采用工业酒精)。

2、打开制冷循环机电源，再加入酒精，待溢水口有水流出即可，设定好试验所需温度，启动恒温控制。

3、将试模安装好，涂上隔离剂(注：可以用聚乙烯膜)，灌入加热好的沥青。

4、待浇灌好的沥青自然冷却到室温，用加热好的平铲将试样表面铲平，然后放入到0℃水槽中冷却10min脱模。

5、脱模好的试样放置在恒温好的试验水槽中，恒温等待试验。

6、将主机和电脑电源打开，打开电脑测试软件，并启动气泵电源。

7、按照软件提示操作，分别对荷载传感器、位移传感器、加载机构进行校验操作，当校验结果满足规范要求则可进入试验步骤操作，如校验结果不满足规范要求，需要对仪器进行校准工作(本仪器配有标准砝码、标准模量测试梁)。

8、待水浴的温度达到试验温度后，设置好软件控制参数，点击软件上位移和力值清零，将标准杆放到加载位置，点击软件上的压力调节键，首先进行压力试验前的压力调节，初始零位调节35mN(按零位调节键，调节仪器前面的零位旋钮，向左是调大，向右是调小)，荷载调节980mN(按荷载调节键，调节仪器前面的荷载旋钮，向左是调大，向右是调小)，再反复切换几次，看是否在范围之内。

9、用镊子将试样安装到测头上的固定柱上(注意水槽中溶液温度较低，防止冻伤手指)，点击电脑试验开始键开始测试。

10、预加载好了以后，自动加载到980±50mN，自动计算时间，自动采集数据，当试验达到停机条件，试验自动结束。

11、进行数据处理和分析，或重复8-10项进行下一个试验。

12、所有试验结束后，关闭电源，清理试验仪器上的残渣。

13、试验完成后，需将冷却介质放出另外保存。

本实施例中区别于现有技术的技术路线为：

1、本仪器采用微机自动控制技术、高精度传感器技术、制冷技术及电气伺服技术，用弯曲梁流变方式测量沥青在极低温度下的劲度，主要用于评估沥青胶结料的低温断裂特性。测试结果包含低温蠕变劲度S(t)和蠕变劲度变化率m(t)指标。

2、仪器结构紧凑、式样美观，微机进行整个过程的全自动测试。

3、本发明的功能特点有：

基于Windows的软件，全自动操作，几乎不需要操作人员干预。是专门为完成沥青材料低温性能试验而设计，能够控制和记录所有必要的参数。在试验过程中，试验数据能同时显示在计算机屏幕上并存储到硬盘上。数据能够很容易输出到其它应用软件中，如Microsoft Excel。

数据采集和闭环式控制均采用24位数字处理器，确保了精度和灵敏度。

采用高精度进口调节阀，全数字高精度控制。

采用高精度激光(或LVDT)位移传感器独立监测位移变形量。

试验水槽冷却恒温采用外循环结构，可减少压缩机对设备产生的振动而引起传感器读数的误差。

采样便携式计算机直接采集，windows应用软件直接分析测试数据。

申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种沥青弯曲梁流变仪，其特征在于，包括主机、加载框架、工业电脑、低温循环制冷机及气管，所述加载框架设于所述主机上，所述工业电脑设于所述主机上，所述低温循环制冷机设于所述主机一侧，所述气管设于所述主机另一侧；所述加载框架上安装有激光位移传感器及支撑主轴，所述激光位移传感器位于所述支撑主轴上方，所述支撑主轴顶部安装有位移测量盘、底端安装有加载轴、所述位移测量盘与所述加载轴之间依次安装有荷载标定盘、空气轴承加载机构、传感器连接板及负荷传感器，所述空气轴承加载机构包括空气轴承外壳及设于所述空气轴承外壳内部的节流支撑气槽、导气槽及加载气腔，所述节流支撑气槽套设于所述支撑主轴上，所述导气槽包覆所述节流支撑气槽及所述支撑主轴，所述导气槽上安装有轴承进气口，所述加载气腔位于所述节流支撑气槽下方，所述加载气腔一侧安装有加载进气口，所述空气轴承外壳底部安装有加载气缸端盖，所述负荷传感器安装于所述传感器连接板上，所述支撑主轴底端与所述传感器连接板之间设有缓冲垫。

2.根据权利要求1所述的一种沥青弯曲梁流变仪，其特征在于，所述支撑主轴上设有多组缓冲圈，所述荷载标定盘侧端下部设有位移标定侧头，所述空气轴承外壳上安装有多组固定螺丝孔实现固定。

3.根据权利要求1所述的一种沥青弯曲梁流变仪，其特征在于，所述主机内设有温度传感器，所述加载轴下方设有沥青梁，所述沥青梁下方设有两组下支撑，所述两组下支撑的其中一组置于所述温度传感器上，所述主机内还安装有控制及数据采集器。

4.根据权利要求1所述的一种沥青弯曲梁流变仪，其特征在于，所述低温循环制冷机与所述主机之间连接有一冷却液循环管路，所述低温循环制冷机包括温度控制器、恒温槽、加热管、蒸发器、冷凝器、扇热风扇、压缩机及循环水泵，所述温度控制器设于所述低温循环制冷机上表面，所述恒温槽设于所述低温循环制冷机内部，所述加热管安装于所述恒温槽上，所述蒸发器设于所述恒温槽内底部，所述压缩机及所述冷凝器设于所述低温循环制冷机底部，所述扇热风扇安装于所述冷凝器后侧部，所述冷凝器与所述蒸发器头端通过电线连接，所述压缩机与所述蒸发器尾端通过电线连接，所述冷凝器与所述压缩机通过电线连接，所述循环水泵设于所述低温循环制冷机上，位于所述恒温槽后侧，所述冷却液循环管路一端与所述循环水泵相互连接。

5.根据权利要求1所述的一种沥青弯曲梁流变仪，其特征在于，所述气管头端连接所述轴承进气口和所述加载进气口，尾端安装有气泵，所述气泵上方设有减压阀，所述减压阀和所述气泵之间设有油水过滤器，所述减压阀上方设有第一压力表，所述第一压力表与所述轴承进气口之间依次设有第二压力表及精密调压阀，所述第一压力表与所述加载进气口之间依次设有压力传感器及电磁换向阀，所述电磁换向阀后侧并列设有荷载调压阀和凋零调压阀。

6.根据权利要求1所述的一种沥青弯曲梁流变仪，其特征在于，所述主机下方设有一试验台。