CN113820218A - 一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备及检测方法，属于沥青材料的蠕变检测技术领域，通过惰性气体对沥青施加标准恒定荷载的力，同时激光位移传感器对施加压力点的变形值进行精确测量，解决了常规试验主演过程自动化程度低，人为干扰因素多，测量结果不准确的问题；技术方案为：包括检测箱，所述检测箱内设置可升降的载物平台，且检测箱内对应于载物平台上方设置激光探头，所述激光探头处还设置惰性气体出气口以向载物平台输送惰性气体对沥青试件施加压力。

Description

一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及沥青材料的蠕变检测技术领域，特别是涉及一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备及检测方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

良好的弹性恢复性能可以减小路面材料在荷载作用下的残余变形，提高路面的疲劳强度，减少路面损坏。

目前，部分学者认为弹性恢复是表示沥青抗疲劳和抗反射裂缝方面现场性能最好的指标，弹性恢复指标是评价沥青技术性能的一个重要指标。在应用过程中，对于其弹性恢复性能评价指标的采用并不统一，评价改性沥青弹性恢复的方法有两种，其一是《公路工程沥青及沥青结合料试验规程》中采用的弹性恢复试验，其二是美国材料实验协会(ASTM)规范中提出的回弹恢复试验。

弹性恢复试验在25℃水浴条件下进行，在延度试验仪上把橡胶沥青试样以(5±0.25)cm/min的速率拉伸至(10±0.25)cm时停止，并迅速从中间剪断，使试样保持在25℃水浴中1h，然后根据测得的试件残余长度计算其弹性恢复率，弹性恢复率表示了试样材料被拉长一定长度后可恢复变形的百分率。

回弹恢复试验(ASTM D5329)是用来测量粘结剂材料在受到挤压后回弹能力的试验，也可用来评价水泥和沥青路面裂缝和接缝密封填充材料的弹性恢复能力。回弹恢复试验可以在针入度试验装置上实施，也可在锥入度仪上进行，但需用一个圆球贯入工具来取代标准的试针或圆锥贯入杆。具体过程是，先使贯入球自由贯入试样5s时间，记下读数P，之后继续加压球入度器具，使球在10s内匀速下落100个单位(10mm)并保持5s，然后清零读数，提起贯入球，让试件自由回弹20s，将最终读数记为F，计算其回弹恢复率。

发明人发现，现有沥青的弹性恢复性能测试中，需要靠人为手动操作完成的，试验温度无法准确控制，操作人员需要一边计时一边进行手动操作，人为干扰因素较多，造成一定的试验误差，而不同操作人员对实验的熟练程度不同，很难达到精确操作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备及检测方法，通过惰性气体对沥青施加标准恒定荷载的力，同时激光位移传感器对施加压力点的变形值进行精确测量，解决了常规试验主演过程自动化程度低，人为干扰因素多，测量结果不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，包括检测箱，所述检测箱内设置可升降的载物平台，且检测箱内对应于载物平台上方设置激光探头，所述激光探头处还设置惰性气体出气口以向载物平台输送惰性气体对沥青试件施加压力。

作为进一步的技术方案，所述检测箱还与外部控温装置连接，外部控温装置包括试件保温箱，试件保温箱与检测箱连通。

作为进一步的技术方案，所述试件保温箱还与控温箱连通，控温箱内设有压缩机，压缩机通过压缩机通气管与试件保温箱连通。

作为进一步的技术方案，所述试件保温箱和检测箱之间设置通气口。

作为进一步的技术方案，所述控温箱侧壁还设置压缩机排气扇，压缩机排气扇与压缩机连接。

作为进一步的技术方案，所述试件保温箱外侧设置温度调控开关和温度显示器。

作为进一步的技术方案，所述激光探头两侧分别设置照明灯和感温器。

作为进一步的技术方案，所述载物平台底部与升降装置连接，检测箱设有窗口，窗口处设置可开闭的玻璃。

作为进一步的技术方案，所述载物平台置有沥青试件罐以容置沥青试件。

第二方面，本发明还提供了一种如上所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备的检测方法，包括以下步骤：

将沥青试样加热融化至流动状态，倒入沥青试件罐内冷却，形成沥青试件；

将沥青试件罐放入试件保温箱中保温，调节载物平台高度，将沥青试件罐置于载物平台，保温设定时间后进行试验；

由惰性气体出气口向载物平台输送惰性气体，对沥青试件施加压力；

通过激光探头对沥青变形进行测量，施加压力设定时间,沥青回弹设定时间,得出沥青蠕变变形与时间关系曲线。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过惰性气体对沥青施加标准恒定荷载的力，同时激光位移传感器对施加压力点的变形值进行精确测量，相较于人工操作，精确度更高，减少了人为操作的误差。

(2)本发明采用计算机控制沥青试件的加载时间及回弹时间，以得到沥青蠕变变形与时间关系曲线，相较于人工控制更加精确，保证了结果的准确性。

(3)本发明设置了外部控温装置，并使外部控温装置与启动装置相通，通过外部控温装置实现温度的自动调节并保持温度的恒定，有效保证了试验过程中的环境温度，避免了温度变化对试验结果的影响，且可以改变试验温度做多组对比试验进行研究。

(4)本发明设置了试件保温箱结构，该试件保温箱空间充裕，能够同时保温多个沥青试件以实现多个沥青试件的养护，有效提高了试验的效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备的整体结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的外部控温装置内部的结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的压缩机的结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的沥青试件罐的结构示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的70号沥青测试结果示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、计算机；11、照明灯开关按钮；2、检测箱；21、沥青试件载物平台；22、可上下推拉挡风玻璃；23、升降装置；24、照明灯；25、激光探头；26、感温器；3、外部控温装置；31、压缩机；32、压缩机通气管；33、压缩机排风扇；34、通气口；35、试件保温箱；36、温度调控开关；37、温度显示器；4、沥青试件罐；41、罐盖；42、罐身。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中用于测试沥青回弹蠕变性能的检测设备存在自动化程度低，人为干扰因素多，测量结果不准确的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备及检测方法。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，包括，计算机1、检测箱2、外部控温装置3，该设备对沥青试件进行检测；计算机、检测箱及外部控温装置三部分相邻并组成检测设备的主体，计算机固定设置在检测箱的一侧并与检测箱连接，用于控制检测箱内各部件的工作，外部控温装置设置在检测箱的另一侧，且与检测箱连通，用于控制检测箱内部的温度并使温度保持恒定。

检测箱与主机合为一体，检测箱具有箱体，其包括一个可升降试验载物平台、挡风玻璃窗口、激光探头、氮气出气圈、感温器26以及照明灯24，激光探头、氮气出气圈、感温器以及照明灯均安装在箱体的挡风玻璃窗口的内部。

其中，挡风玻璃窗口上设有可上下推拉挡风玻璃22，可升降试验载物平台设置在挡风玻璃窗口的内部。

可升降试验载物平台由升降装置23和沥青试件载物平台21构成，升降装置与沥青试件载物平台底部连接，可通过升降装置控制沥青试件载物平台上部位置与激光探头的距离。

本实施例中沥青试件载物平台为抽拉式，即当可上下推拉的挡风玻璃打开后，能够将沥青试件载物平台抽出以用于放置沥青试件，推进后可在升降装置的作用下进行距离的调整。

当然可以理解的是，在其他实施例中也可以将沥青试件载物平台设置成内部结构，即只能在挡风玻璃窗口内部升降，当需要进行沥青试件的取放时，只打开可上下推拉的挡风玻璃即可，当然也可以采用其他安装方式，同样，可上下推拉的挡风玻璃也可以设置成翻转结构的，具体设置方式根据实际情况确定，这里不做过多限制。

激光探头25处还设置氮气出气圈，激光探头和氮气出气圈为一体装置，安装在挡风玻璃窗口上端且与沥青试件载物平台相对设置，即竖直设置在沥青试件载物平台的上方，其中，氮气出气圈的一端与氮气储存装置连接，用于通过氮气对沥青试件表面施加恒定的力，激光探头与激光位移传感器共同组成激光测量系统。

本实施例主要通过对沥青施加荷载，依据产生的蠕变变形和回弹来分析材料性能，所以对沥青试件施加恒定的力，可以更好的控制变量，能够更清晰的分析沥青蠕变变形与时间的关系变化(见图5)，以便于试验结果的观察。

激光探头采用激光位移传感器，激光位移传感器的作用是根据激光的变化对施加压力点的变形值进行精确测量，且激光测量系统不仅测量加载时的变形，也测量并记录卸载后材料的变形从而得到材料一定时间内随时间的变形恢复能力。

本实施例中采用氮气对沥青试件施加压力，这是因为惰性气体的导热性能好，不用刻意去做保温，避免了试验过程中出现温度不一现象，且惰性气体在常温常压下，都是无色无味的单原子气体，很难进行化学反应，化学性质稳定，氮气不可燃亦不可助燃，试验过程中比较安全，与重物加载相比，重物施加的是面荷载，喷气式施加的是点荷载，点荷载可多次在同一试样多次测量，一份试样可进行多次试验，准确度高，而且氮气是地球上大气中所占比例最高的气体，易于获得，有效降低了使用成本。

感温器26与照明灯24分别安装在激光探头的两侧，感温器与计算机连接，便于监测试验过程中检测箱内部的温度变化，并通过计算机控制外部控温装置实现温度的调整并保持温度恒定，照明灯也与计算机连接，并可通过计算机上的照明灯开关按钮11控制照明灯的开关，照明灯主要用于增加检测箱内部的光亮度，以便于试验人员外部的观察。

外部控温装置3包括试件保温箱35，其中，试件保温箱35的一侧与检测箱连通，试件保温箱与控温箱连通，控温箱内设有压缩机，而从控制检测箱内的温度变化并保持温度恒定。

具体的，试件保温箱和控温箱之间通过通气口34连通，压缩机31通过压缩机通气管32与该通气口34连通，控温箱的内部侧壁设置压缩机排风扇23，压缩机排气扇与压缩机连接，从而通过通气口向试件保温箱输送冷风或热风实现试件保温箱内部气温的调节控制。

试件保温箱和检测箱之间也设置通气口34，通过压缩机可同步调节检测箱内的温度。

试件保温箱还设有可开闭的门，便于向试件保温箱内取放试件。

试件保温箱还设有温度调控开关36和温度显示器37，其中，温度调控开关与控制器连接，控制器控制压缩机的工作，温度显示器用于显示试件保温箱内的温度，使用者可以通过温度显示器查看试件保温箱内部的温度，并通过温度调控开关实现温度的调节。

为了提高试验的效率，选用内部空间充足的保温箱体作为试件保温箱，这样就可以同时保温多个沥青试件，进而进行多个温度条件的试验，节省了试验试件。

沥青试件使用沥青试件罐4盛放，沥青试件罐由灌盖41和罐身42组成，罐盖盖于罐身顶部；为了便于沥青材料的保温，沥青试件罐采用导热材料制成，直径为5cm，罐身为高6cm的圆柱体小罐。

可以理解的是，导热材料可以选用铁类等金属材料，沥青试件罐的具体尺寸根据实际试验中所需尺寸进行设定并制作，这里不做过多限制。

实施例2

本申请的另一典型实施例中，提供一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备的检测方法，具体如下：

将所测沥青试样加热融化至流动状态，并倒入铁质的沥青试件罐内并等待冷却；

打开压缩机，提前将试件保温箱温度调至所需温度下进行预热或制冷，将冷却好的所有装有沥青试件的沥青试件罐放入试件保温箱中保温3h；

可以理解的是，在提前将试件保温箱进行预热或制冷的过程中，需要保证检测箱的挡风玻璃窗口一直处于关闭状态。

将不同温度条件的试验参数输入到计算机的程序中；

保温完成后，调节载物台的高度，打开可上下推拉挡风玻璃，将沥青试件罐放在载物台上，注意随时调整载物台高度，避免试件触碰激光探头，使得激光射点在远离沥青试件边缘1cm的范围内，打开照明灯；

放入沥青试件后，关好挡风玻璃窗口，保温5分钟左右，观察计算机监测到的检测箱内的试验环境温度，待温度恒定；

开始试验前，调整操作台高度，达到规定的7.5mm的高度后，建立文件夹，打开氮气罐，开始试验；

通过激光位移传感器对沥青变形进行测量，氮气加载20s,沥青回弹70s,得出沥青蠕变变形与时间关系曲线。

工作原理为：

1.采用气压加载的方式对一定温度条件下的沥青试件在一个圆形区域进行一段时间的加载，同时系统的激光测量系统会测量并记录加载中心的变形(位移)。

2.加载结束后，沥青材料的变形开始恢复；对于沥青这样的热塑性材料来说，变形恢复的能力是材料的一个重要力学性能，激光测量系统不仅测量加载时的变形，也测量并记录卸载后材料的变形从而得到材料一定时间内随时间的变形恢复能力。

3.材料加载条件下最大的变形及卸载条件下一定时间内的变形恢复能力是每种热塑性材料特有的性能，因此可以用来快速评价沥青材料恒温温下的力学和路用性能。

4.试件保温箱与检测箱连接相通，保证了试验环境恒定，且可以改变试验温度做多组对比试验进行研究。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，包括检测箱，所述检测箱内设置可升降的载物平台，且检测箱内对应于载物平台上方设置激光探头，所述激光探头处还设置惰性气体出气口以向载物平台输送惰性气体对沥青试件施加压力。

2.如权利要求1所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述检测箱还与外部控温装置连接，外部控温装置包括试件保温箱，试件保温箱与检测箱连通。

3.如权利要求2所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述试件保温箱还与控温箱连通，控温箱内设有压缩机，压缩机通过压缩机通气管与试件保温箱连通。

4.如权利要求3所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述试件保温箱和检测箱之间设置通气口。

5.如权利要求2所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述控温箱侧壁还设置压缩机排气扇，压缩机排气扇与压缩机连接。

6.如权利要求2所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述试件保温箱外侧设置温度调控开关和温度显示器。

7.如权利要求1所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述激光探头两侧分别设置照明灯和感温器。

8.如权利要求1所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述载物平台底部与升降装置连接，检测箱设有窗口，窗口处设置可开闭的玻璃。

9.如权利要求1所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备，其特征是，所述载物平台置有沥青试件罐以容置沥青试件。

10.如权利要求1-9任一项所述的测试沥青回弹蠕变性能的检测设备的检测方法，其特征是，包括以下步骤：

将沥青试样加热融化至流动状态，倒入沥青试件罐内冷却，形成沥青试件；

将沥青试件罐放入试件保温箱中保温，调节载物平台高度，将沥青试件罐置于载物平台，保温设定时间后进行试验；

由惰性气体出气口向载物平台输送惰性气体，对沥青试件施加压力；

通过激光探头对沥青变形进行测量，施加压力设定时间,沥青回弹设定时间,得出沥青蠕变变形与时间关系曲线。

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