CN110823657A - 一种用于dma沥青砂浆试件成型装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于DMA沥青砂浆试件成型装置及方法，包括试模本体、摊铺器、顶板，试模本体由底板、围挡组成长方体状，所述试模本体内间隔设置多个凹槽作为独立的沥青砂浆试件成型空腔，相邻的凹槽之间设置厚度控制结构；所述摊铺器包括料仓和布料器，用于沥青砂浆混合料的布料，摊铺器在试模本体上沿凹槽的长度方向移动；所述顶板具有与所述凹槽一一对应的压头，在外力的作用下所述压头能压入凹槽中进行实现对内部沥青砂浆混合料的压实。本发明利用挡板尺寸可灵活组装试件模具，采用均匀摊铺器摊铺成型，可获得尺寸均匀和质量均匀的DMA沥青砂浆试件，也可同时一次成型多组平行试件，能节省试验时大量的人力物力。

Description

一种用于DMA沥青砂浆试件成型装置及使用方法

技术领域

本发明专利涉及一种道路工程材料试件成型装置及使用方法，具体涉及一种DMA沥青砂浆成型装置及使用方法，主要用于均匀的DMA沥青砂浆试件成型，也可用于均匀的DMA沥青和沥青胶浆试件成型。

背景技术

在太阳紫外光辐射下，沥青及沥青混合料易老化且逐渐变脆、变硬，紫外老化后沥青与集料粘附性降低，部分沥青与集料分离脱落，引起沥青路面低温开裂、疲劳开裂、龟裂和坑槽等破坏，严重影响了沥青路面的动态力学性能。沥青砂浆为AC-13型沥青混合料中细集料等比例放大后组成的材料，也是一种沥青混合料。由于太阳光紫外线辐射对沥青混凝土路面的影响主要发生在1cm厚度范围内，因此通过研究小试件紫外老化后的沥青砂浆混合料的动态力学性能，更能真实反映紫外光辐射对沥青路面的影响，对提高强紫外线地区公路沥青路面建设和养护水平具有重要意义。

动态力学分析(Dynamic Mechanical Analysis)简称为DMA，是测定粘弹性材料在一定温度和频率范围内动态力学性能变化特征的重要手段。动态力学分析只需要通过很小样品的测试就能获得宽温度和加载频率域下的弹性模量、粘性模量和损耗因子等粘弹性参数。目前国内外学者主要通过φ100×100mm等大试件将沥青砂浆混合料切割成长(20-60)mm×(5-15)mm×(2-7)mm的试件进行DMA性能测试，但由于沥青砂浆有较高沥青含量，且集料的粒径尺寸小，材料在切割过程中易变形、熔化，易造成试件的尺寸无法达到精度要求，影响沥青砂浆的动态力学性能，且整个切割过程也十分繁琐，对切割刀片要求严格，并且也无法批量的生产。中国专利专利号为CN201910082336.X，专利名称为一种沥青砂浆试件的制备方法中公开了一种沥青砂浆试件的制备方法，首先采用旋转压实仪压实成型，后通过台钻钻芯成样，解决了现有切割制样的砂浆成型方法尺寸误差较大、影响测试结果且砂浆试样的组成无法正确反映其在母混合料中的存在状况等问题；又如中国专利专利号为CN201710557467.X公开的一种DMA沥青材料试件成型装置及使用方法，通过自流平方式只可以成型热塑性的沥青类材料试件，有利于试件成型尺寸的控制，可同时成型三个以上试件，提高了成型效率。

现有技术仍存在下述问题：相对于沥青砂浆混合料试件，它是由一定级配的细集料、填料和沥青组成。目前，大多研究者先通过成型大试件，后通过精密切割的方式成型小试样，但此操作由于存在切割误差，易造成尺寸的差异性，特别是试件边角的集料容易掉落出现缺口，受力时应力在缺口位置集中，无法准确获得其力学性能；也无法通过自流平方式成型，且沥青砂浆成型时需要重点考虑混合料的均匀性和密实度。

因此，有必要提供一种新型的用于DMA沥青砂浆试件成型装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，开发一种用于DMA沥青砂浆试件成型装置，解决现有技术中存在的沥青砂浆试件生产装置生产沥青砂浆试件尺寸和质量不均匀、试验效率低、切割后存在试验误差大的缺点。

本发明通过如下方案实现：

一种用于DMA沥青砂浆试件成型装置，包括试模本体、摊铺器、顶板，试模本体由底板、围挡组成长方体状，所述试模本体内间隔设置多个凹槽作为独立的沥青砂浆试件成型空腔，相邻的凹槽之间设置厚度控制结构；所述摊铺器包括料仓和布料器，用于沥青砂浆混合料的布料，摊铺器在试模本体上沿凹槽的长度方向来回移动布料；所述顶板具有与所述凹槽一一对应的压头，在外力的作用下所述压头能压入凹槽中进行实现对内部沥青砂浆混合料的压实。

优选的，所述试模本体两侧边有用于摊铺器移动的轨道。

优选的，所述轨道为凹槽轨道。

优选的，所述摊铺器为自动布料器，包括螺旋布料器、电动机、行走轮、刮平片，行走轮与凹槽轨道滑动连接，螺旋布料器的转动轴与电机连接，行走轮通过设置转动轴的曲柄连杆机构驱动在凹槽轨道内运动，螺旋布料器的料斗出口设置有刮平片，螺旋布料器的料斗下来的沥青砂浆混合料通过刮平片进行压实刮平，确保摊铺沥青砂浆混合料的平整度。

优选的，所述围挡与底板通过螺栓固定。

优选的，所述厚度控制结构包括依次设置的松铺控制挡板及混料厚度控制挡板，松铺层侧边挡板、厚度层侧边挡板分别设置松铺控制挡板、混料厚度控制挡板的侧边，各层控制挡板之间与侧边挡板与底板之间均用螺栓固定。

优选的，所述试模本体采用不锈钢板材制备而成。

优选的，所述料仓的截面形状为V字型。

本发明DMA沥青砂浆试件的成型方法包括以下步骤：

步骤一，模具组装：根据设计标准尺寸组装试模本体，在成型空腔内涂刷隔离油，在底层模板上垫一层硅油纸，将组装完成的试模本体和顶板提前半小时放置于烘箱加热至120℃；

步骤二，沥青砂浆混合料制备：根据试件要求尺寸，准确称取最佳油石比下沥青砂浆混合料数量，应为1个试件成型凹槽的体积与马歇尔标准击实密度的乘积，将沥青和集料加热至170℃-180℃拌和、成型。

步骤三，沥青砂浆混合料摊铺：在试模成型凹槽、料仓、刮平片和顶板压头的内壁均匀涂抹隔离油，将摊铺器置于试模本体前围挡一端的凹槽轨道内，将拌和好的沥青砂浆混合料倒入均匀摊铺器的料仓内；开启电动机，螺旋布料器开始均匀布料，铺筑在试模本体的围挡内，将摊铺器在围挡上缓慢向前端移动，刮平片初步刮平围挡内的沥青砂浆；

步骤四，压实：将装有沥青砂浆的试模及顶板压头一并置于压力机上加载1MPa预压，再逐渐均匀加载至要求的试件高度，并恒压20-30MPa保持3min后卸荷；

步骤五，等厚度打磨：将四周围挡上螺栓卸下，拆除四周围挡，用加热的刮刀匀速缓慢刮除高出松铺控制层表面松散部分的沥青砂浆，待试模降温冷却后，再将松铺控制挡板上固定螺栓卸下，拆掉松铺控制层挡条，后用电动打磨机将试件磨平至与厚度控制层挡条齐平；

步骤六，成型：将厚度控制挡板上固定螺栓卸下，拆除厚度控制层挡条，按长度要求用切刀将沥青砂浆试件切割，后放入0℃冰箱保存备用，防止试件受热变形。

本发明还提供了一种采用上述装置和方法制备的用于DMA沥青砂浆试件，其尺寸为(20-60)mm×(5-15)mm×(2-7)mm。

本发明的有益效果在于：本发明以不锈钢板材为载体，利用挡板尺寸可灵活组装试件模具，采用均匀摊铺器摊铺成型，可获得尺寸均匀和质量均匀的DMA沥青砂浆试件，也可同时一次成型多组平行试件，能节省试验时大量的人力物力。通过试模中厚度控制挡板控制试件厚度与宽度，保证DMA沥青砂浆试件尺寸均匀；同时通过均匀摊铺器提高沥青砂浆混合料的均匀性，使其能均匀摊铺在试模凹槽内；采用静压成型方式，通过压力机设备，确保沥青砂浆的压实度。DMA沥青砂浆是一种粘弹性的复合材料，最大尺寸60mm×15mm×7mm能在宽阔的温度/频率范围内进行测试，可获得材料的动态弹性模量和弹性模量。现有DMA沥青混合料测试所用试件大部分是切割成型的，受其均匀性的制约，改变了标准化试件现浇成型方法几乎为零的现状。此外，动态力学参数对检验沥青砂浆的成型质量、确定其成型方式与路用性能，评价其结构的粘弹特性等都具有重要意义，在路面铺装材料和仪器设备制造等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案以及本发明的有益效果，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明试模本体1的结构示意图。

图2为图1的I-I剖面示意图。

图3为图1的II-II剖面示意图。

图4为摊铺器2的结构示意图。

图5为图4的局部放大示意图。

图6为顶板3的结构示意图。

图7为图6中III-III剖面示意图。

附图标号说明：

1试模本体，2摊铺器，3顶板，1-1底板，1-2厚度控制挡板，1-3松铺控制挡板，1-4a侧围挡，1-4b前围挡，1-5松铺层侧边挡板，1-6厚度层侧边挡板，1-7螺栓，1-8车轮轨道，1-9凹槽，2-1料仓，2-2螺旋布料器，2-3电动机，2-4小轮，2-5刮平片，3-1顶板，3-2压头。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

参见图1、图4、图6，本实施例的一种用于DMA沥青砂浆试件成型装置，包括试模本体1、摊铺器2、顶板3，试模本体由底板1-1、侧围挡1-4a、前围挡1-4b组成长方体状，参见图2、图3，所述试模本体内间隔设置多个凹槽1-9作为独立的沥青砂浆试件成型空腔，相邻的凹槽之间设置厚度控制结构；所述摊铺器包括料仓和布料器，用于沥青砂浆混合料的布料，摊铺器在试模本体上沿凹槽的长度方向来回移动布料；参见图7，所述顶板3-1具有与所述凹槽一一对应的压头3-2，在外力的作用下所述压头能压入凹槽中进行实现对内部沥青砂浆混合料的压实。

所述试模本体两边的前围挡1-4b上开设有用于摊铺器移动的凹槽轨道1-8。

参见图5，所述摊铺器为自动布料器，包括带截面形状为V字型料仓2-1的反向螺旋布料器2-2、电动机2-3、曲柄连杆机构驱动的行走轮、刮平片2-5，行走轮2-4与凹槽轨道滑动连接，反向螺旋布料器的转动轴与安装在架体上电机2-3连接，反向螺旋布料器连接刮平片，反向螺旋布料器的料斗下来的沥青砂浆混合料通过刮平片进行压实刮平，确保摊铺沥青砂浆混合料的平整度，所述料仓2-1出料口内侧的位置设置输送混合料的反向螺旋布料器，所述反向螺旋布料器的轴线与所述出料口内的混合料流动方向垂直，所述混合料能够从所述反向螺旋布料器的螺旋缝中均匀撒落，所述电机2-3转速可达到2000r/min，给反向螺旋布料器2-2提供旋转动力，所述出料口底部设置有刮平片2-5，刮平片底面紧贴围挡1-4b上表面，行走轮通过曲柄连杆机构驱动运动，曲柄连杆一端与反向布料器的转动轴连接。

所述厚度控制结构包括依次设置的松铺控制挡板1-3及混合料厚度控制挡板1-2及设置挡板侧的松铺层侧边挡板1-5，厚度层侧边挡板1-6，本实施例的挡板均采用条形挡板。

本实施例的侧围挡1-4a、前围挡1-4b、松铺层侧边挡板1-5、厚度层侧边挡板1-6组成围挡，均与底板通过螺栓1-7固定。

所述试模本体采用不锈钢板材制备而成。

本发明DMA沥青砂浆混合料的成型方法包括以下步骤：

步骤一，模具组装：根据设计标准尺寸组装试模，涂刷隔离油，在底层模板上垫一层硅油纸，将组装完成的试模和顶板压头提前半小时放置于烘箱加热至120℃；

步骤二，沥青砂浆混合料制备：根据试件要求尺寸，准确称取最佳油石比下沥青砂浆混合料数量，应为1个试件凹槽的体积与马歇尔标准击实密度的乘积。将沥青和集料加热至170℃-180℃拌和、成型。

步骤三，沥青砂浆混合料摊铺：在试模凹槽、料仓、刮平片和顶板压头的内壁均匀涂抹隔离油，将均匀摊铺器置于试模前围挡一端的凹槽轨道内，将拌和好的沥青砂浆混合料倒入均匀摊铺器的料仓内；开启电动机，螺旋布料器开始均匀布料，铺筑在试模本体的围挡内，将摊铺器在围挡上缓慢向前端移动，刮平片初步刮平围挡内的沥青砂浆。

步骤四，压实：将装有沥青砂浆的试模及顶板压头一并置于压力机上加载1MPa预压，再逐渐均匀加载至要求的试件高度，并恒压20-30MPa保持3min后卸荷；

步骤五，等厚度打磨：将四周围挡上螺栓卸下，拆除四周围挡，用加热的刮刀匀速缓慢刮除高出松铺控制层表面松散部分的沥青砂浆，待试模降温冷却后，再将松铺控制挡板上固定螺栓卸下，拆掉松铺控制层挡条，后用电动打磨机将试件磨平至与厚度控制层挡条齐平。

步骤六，成型：将厚度控制挡板上固定螺栓卸下，拆除厚度控制层挡条，按长度要求用切刀将沥青砂浆试件切割，后放入0℃冰箱保存备用，防止试件受热变形。

通过上述装置和方法进行下述尺寸的试件产品生产实施例一：

(1)目标尺寸：设计标准试件尺寸60mm×12.5mm×3mm。

(2)模具组装：厚度控制挡板厚度为3mm，各挡板间距12.5mm，松铺控制挡板厚度5mm，各挡板间距12.5mm，四周围挡厚度为20mm，均涂刷隔离油，底层模板垫上硅油纸，开始组装，利用游标卡尺校正凹槽内尺寸，将组装完成的试模和顶板压头提前半小时放置于烘箱加热至120℃。

(3)沥青砂浆制备：沥青砂浆配合比：根据AC-13沥青混合料设计级配(如表1)，去除2.36mm以上粗集料部分，剩余的细集料与AC-13中细集料比例相同，等比例放大后，分计筛余比例与AC-13沥青混合料一致(如表2)。根据AC-13沥青混合料最佳油石比5.0％，计算出沥青砂浆中沥青：集料的比例为12.8：87.2。试件成型温度170℃-180℃。

表1 AC-13沥青混合料矿料设计级配

表2沥青砂浆试件中集料级配

(4)沥青砂浆试件摊铺：各装置接触沥青砂浆的内壁均匀涂抹隔离油，将均匀摊铺器置于试模前围挡的一端凹槽轨道内，将拌和好的沥青砂浆倒入均匀摊铺器的料仓内；开启电动机，螺旋布料器开始均匀布料，均匀铺筑在试模的围挡内，将摊铺器在围挡上缓慢向前端移动，刮平片初步刮平围挡内的沥青砂浆，再将装有沥青砂浆的试模及顶板压头一并置于压力机上加载1MPa预压，再逐渐均匀加载至要求的试件高度，并恒压20-30MPa保持3min后卸荷。

(5)等厚度打磨：将四周围挡上螺栓卸下，拆除四周围挡，用加热的刮刀匀速缓慢刮除高出松铺控制层表面的部分沥青砂浆，待试模降温冷却后，再将松铺控制挡板上固定螺栓卸下，拆掉松铺控制层挡条，后用电动打磨机将试件磨平至与厚度控制层挡条齐平。

(6)成型：将厚度控制挡板上固定螺栓卸下，拆除厚度控制层挡条，按60mm长度要求用切刀将沥青砂浆试件切割，后放入0℃冰箱保存备用，防止试件受热变形。

(7)将拆卸后的部件清洗，以待备用。

通过上述装置和方法进行下述尺寸的试件产品生产实施例二：

(1)设计标准试件尺寸60mm×12.5mm×5mm。

(2)模具组装：厚度控制挡板厚度为5mm，各挡板间距12.5mm，松铺控制挡板厚度5mm，各挡板间距12.5mm，四周围挡厚度为20mm，均涂刷隔离油，底层模板垫上硅油纸，开始组装，利用游标卡尺校正凹槽内尺寸，将组装完成的试模和顶板压头提前半小时放置于烘箱加热至120℃。

(3)同实施例一步骤(3)。

(4)同实施例一步骤(4)。

(5)同实施例一步骤(5)。

(6)同实施例一步骤(6)。

(7)同实施案例1步骤(7)。

本发明的原理是：根据DMA夹具要求的标准尺寸组装试模，以集料、填料和沥青为原材料，通过加热拌和后的沥青砂浆倒入摊铺器上的料仓内，通过螺旋均匀布料器实现沥青砂浆均匀摊铺；基于静压成型方法，保证沥青砂浆的密实度。DMA沥青砂浆试件是一种粘弹性材料，具有明显的粘弹特性，试件均匀性很大程度上影响其性能，通过本发明方法可提高试件成型效率和试验测试结果的可重复性。

本发明最大的特点是利用活动模具设计不同的试件尺寸，通过均匀布料器，提高沥青砂浆混合料的均匀性；利用静压成型方法保证试件的密实度，可获得尺寸均匀和质量均匀的DMA沥青砂浆试件。

与现有技术相比，本发明的优势在于：(1)灵活的尺寸设计模具，可成型不同的设计标准化试件；(2)通过均匀布料器摊铺，可获得质量均匀的沥青砂浆试件；(3)试件模具采用不锈钢材质，均可组装、拆分、清洗等多次反复利用，节约资源；(4)提高了一次成型多个试件的效率和试验测试结果的可重复性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，包括试模本体、摊铺器、顶板，试模本体由底板、围挡组成长方体状，所述试模本体内间隔设置多个凹槽作为独立的沥青砂浆试件成型空腔，相邻的凹槽之间设置厚度控制结构；所述摊铺器包括料仓和布料器，用于沥青砂浆混合料的布料，摊铺器在试模本体上沿凹槽的长度方向移动；所述顶板具有与所述凹槽一一对应的压头，在外力的作用下所述压头能压入凹槽中进行实现对内部沥青砂浆混合料的压实。

2.根据权利要求1所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述试模本体两侧边有用于摊铺器移动的轨道。

3.根据权利要求2所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述轨道为凹槽轨道。

4.根据权利要求3所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述摊铺器为自动布料器，包括螺旋布料器、电动机、行走轮、刮平片，行走轮与凹槽轨道滑动连接并通过曲柄连杆机构驱动运动，螺旋布料器的转动轴与电动机连接，螺旋布料器的料斗出口处设置刮平片，螺旋布料器的料斗下来的沥青砂浆混合料通过刮平片进行压实刮平，确保摊铺沥青砂浆混合料的平整度。

5.根据权利要求4所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述围挡与底板通过螺栓固定。

6.根据权利要求5所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述厚度控制结构包括松铺控制挡板、混合料厚度控制挡板、松铺层侧边挡板、厚度层侧边挡板，松铺层侧边挡板、厚度层侧边挡板分别设置松铺控制挡板、混合料厚度控制挡板侧边，挡板均与底板通过螺栓固定。

7.根据权利要求6所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述试模本体采用不锈钢板材制备而成。

8.根据权利要求7所述的用于DMA沥青砂浆试件成型装置，其特征在于，所述料仓的截面形状为V字型。

9.一种DMA沥青砂浆试件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，模具组装：根据设计标准尺寸组装试模本体，在成型空腔内涂刷隔离油，在底层模板上垫一层硅油纸，将组装完成的试模本体和顶板提前半小时放置于烘箱加热至120℃；

步骤二，沥青砂浆混合料制备：根据试件要求尺寸，准确称取最佳油石比下沥青砂浆混合料数量，应为1个试件成型凹槽的体积与马歇尔标准击实密度的乘积，将沥青和集料加热至170℃-180℃拌和、成型；

步骤三，沥青砂浆混合料摊铺：在试模成型凹槽、料仓、刮平片和顶板压头的内壁均匀涂抹隔离油，将摊铺器置于试模本体前围挡一端的凹槽轨道内，将拌和好的沥青砂浆混合料倒入均匀摊铺器的料仓内；开启电动机，螺旋布料器开始均匀布料，铺筑在试模本体的围挡内，将摊铺器在围挡上缓慢向前端移动，刮平片初步刮平围挡内的沥青砂浆；

步骤四，压实：将装有沥青砂浆的试模及顶板压头一并置于压力机上加载1MPa预压，再逐渐均匀加载至要求的试件高度，并恒压20-30MPa保持3min后卸荷；

步骤五，等厚度打磨：将四周围挡上螺栓卸下，拆除四周围挡，用加热的刮刀匀速缓慢刮除高出松铺控制层表面松散部分的沥青砂浆，待试模降温冷却后，再将松铺控制挡板上固定螺栓卸下，拆掉松铺控制层挡条，后用电动打磨机将试件磨平至与厚度控制层挡条齐平；

步骤六，成型：将厚度控制挡板上固定螺栓卸下，拆除厚度控制层挡条，按长度要求用切刀将沥青砂浆试件切割，后放入0℃冰箱保存备用，防止试件受热变形。

10.一种DMA沥青砂浆试件，其特征在于，试件尺寸为(20-60)mm×(5-15)mm×(2-7)mm。

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