CN113866018A - 测试rap与乳化沥青界面力学性能的试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统及方法,属于沥青混合料技术领域,包括RAP老化模拟装置和用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置,本发明利用RAP老化烘箱可以模拟获得不同老化程度的RAP集料。在进行RAP与乳化沥青抗剪强度测试过程,综合了考虑了RAP表面的老化沥青对乳化沥青及RAP界面的影响,可以更加真实有效的测定RAP与乳化沥青在实际受到外力条件下的抗剪行为。同时,本发明简单易做,克服传统剪切试验仅能在宏观方面测试的缺陷,基于界面层面对乳化沥青及RAP之间的抗剪强度进行测定,可以对RAP与乳化沥青界面之间的抗剪行为进行量化评定。
Description
技术领域
本发明属于沥青混合料技术领域,具体涉及一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统及方法。
背景技术
目前,每年产生的大量废旧沥青路面材料,若直接丢弃则对资源造成极大浪费、环境产生严重污染。为了满足可持续发展的战略目标,利用乳化沥青及回收沥青路面材料(RAP)等再生材料配置再生路面在国内获得广泛应用。然而目前有关RAP与乳化沥青之间的研究相对集中于混合料的宏观性能方面。对于RAP与乳化沥青表面特性研究不足。最终导致乳化沥青RAP再生路面的耐久性较差。
RAP是由表面裹附老化沥青的旧集料构成,直接将其作为路面集料进行设计计算显然不合理。老化的沥青在RAP表面形成一层薄膜,其直接影响着新的粘结材料与RAP之间的力学行为。但是目前有关RAP的表观测试系统主要以水煮法等主观测试方法为主。无法对RAP与乳化沥青的表观力学性能进行量化表示。
目前常见的剪切试验有三轴试验、Superpave剪切试验、斜剪试验、单轴贯入试验表圆柱体剪切试验和同轴剪切试验等。在研究乳化沥青再生RAP混合料剪应力与变形时,上述方法各有优劣,但是上述方法无法表征乳化沥青与RAP界面的剪切力学行为。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统及方法,该系统及方法可以准确的测量出乳化沥青与RAP界面之间的抗剪强度。
本发明采用如下技术方案:
一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统,包括RAP老化模拟装置和用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置,所述RAP老化模拟装置包括老化烘箱,老化烘箱的上下两端分别设有隔热板,老化烘箱的顶端内侧设有电阻丝,电阻丝外侧设有保护罩,老化烘箱的顶端设有电子式温控器,电阻丝与电子式温控器电性连接,底部设有直驱DDR电机,老化烘箱内部设有旋转系统,所述旋转系统包括旋转圆盘,旋转圆盘的两端分别设有挡片,旋转圆盘的底部设有传力杆Ⅰ,传力杆Ⅰ与直驱DDR电机连接;
所述用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置包括底座、控制系统、控温箱和冷热交换系统,控制系统的两端通过支架与底座连接,控制系统的底部通过传力杆Ⅱ与控温箱连接,控温箱通过支撑板与底座固定连接,所述控温箱内设有上夹具和下夹具,上夹具通过挡板与传力杆Ⅱ连接,下夹具通过支撑板与底座连接,冷热交换系统通过进液管和出液管与控温箱连接。
所述冷热交换系统包括传导液储存器、循环泵、换热器、节流阀、冷凝器、压缩机和加热器,传导液储存器的出液口通过循环泵与换热器的进液口Ⅰ连接,换热器的出液口Ⅰ通过节流阀与冷凝器的进液口连接,冷凝器的出液口通过压缩机与换热器的进液口Ⅱ连接,换热器的出液口Ⅱ与加热器的进液口连接,加热器的出液口通过进液管与控温箱连接,控温箱通过出液管与循环泵连接。
一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的方法,包括如下步骤:
第一步,将石条板置于RAP老化烘箱的旋转圆盘上,启动电子式温控器,加热电阻丝通电对石料条加热;
第二步,加热至设定温度后,取出石条板,在标定区域滴加沥青,将沥青涂抹均匀;
第三步,将涂抹沥青的石条板试件置于RAP老化烘箱的旋转圆盘上,启动高低温交变试验箱及直驱DDR电机,设定老化温度及转速,使试件在RAP老化烘箱内进行老化,获得RAP老化试件;
第四步,将RAP老化试件置于室温条件下冷却,然后在标定区域涂抹乳化沥青;
第五步,将两片试件未涂抹沥青端分别置于上夹具和下夹具,保证两片试件的标定区域重合粘结;
第六步,启动冷热交换系统,保持恒定温度,使试件在控温箱内进行破乳养护;
第七步,达到养护时间后,启动控制系统,控制系统通过传力杆Ⅱ和挡板为上夹具提供向上的上拉力,上拉力传至RAP试件之间的界面上转化为界面的剪应力,两份RAP老化试件受剪切破坏分离过程中的最大剪力即为RAP与乳化沥青界面的剪切力。
本发明的有益效果如下:
本发明利用RAP老化烘箱可以模拟获得不同老化程度的RAP集料。在进行RAP与乳化沥青抗剪强度测试过程,综合了考虑了RAP表面的老化沥青对乳化沥青及RAP界面的影响,可以更加真实有效的测定RAP与乳化沥青在实际受到外力条件下的抗剪行为。同时,本发明简单易做,克服传统剪切试验仅能在宏观方面测试的缺陷,基于界面层面对乳化沥青及RAP之间的抗剪强度进行测定,可以对RAP与乳化沥青界面之间的抗剪行为进行量化评定。
附图说明
图1为本发明的RAP老化烘箱结构示意图;
图2为用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置结构示意图;
图3为冷热系统交换系统结构示意图;
图4为控温箱侧壁结构示意图;
图5为侧视试件石料切割示意图;
其中:1-老化烘箱;2-电阻丝;3-隔热板;4-保护罩;5--旋转圆盘;6-挡片;7-传力杆Ⅰ;8-电子式温控器;9-直驱DDR电机;10-控制系统;11-支架;12-底座;13-传力杆Ⅱ;14-控温箱;15-支撑板;16-上夹具;17-下夹具;18-挡板;19-试件;20-进液管;21-出液管;22-冷热交换系统;23-传导液储存器;24-循环泵;25-换热器;26-节流阀;27-冷凝器;28-压缩机;29-加热器;30-光滑金属层Ⅰ;31-隔热材料;32-光滑金属层Ⅱ。
具体实施方式
结合附图,对本发明做进一步说明。
一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统,包括RAP老化模拟装置和用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置。
如图1所示,所述RAP老化模拟装置包括老化烘箱1,老化烘箱1的上下两端分别设有隔热板3,老化烘箱1的顶端内侧设有电阻丝2,电阻丝2外侧设有保护罩4,老化烘箱1的顶端设有电子式温控器8,电阻丝2与电子式温控器8电性连接,底部设有直驱DDR电机9,老化烘箱1内部设有旋转系统,所述旋转系统包括旋转圆盘5,旋转圆盘5的两端分别设有挡片6,旋转圆盘5的底部设有传力杆Ⅰ7,传力杆Ⅰ7与直驱DDR电机9连接;
如图2所示,所述用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置包括底座12、控制系统10、控温箱14和冷热交换系统22,控制系统10的两端通过支架11与底座12连接,控制系统10的底部通过传力杆Ⅱ13与控温箱14连接,控温箱14通过支撑板15与底座12固定连接,所述控温箱14内设有上夹具16和下夹具17,上夹具16通过挡板18与传力杆Ⅱ13连接,下夹具17通过支撑板15与底座12连接,冷热交换系统22通过进液管20和出液管21与控温箱14连接。
如图3所示,所述冷热交换系统22包括传导液储存器23、循环泵24、换热器25、节流阀26、冷凝器27、压缩机28和加热器29,传导液储存器23的出液口通过循环泵24与换热器25的进液口Ⅰ连接,换热器25的出液口Ⅰ通过节流阀26与冷凝器27的进液口连接,冷凝器27的出液口通过压缩机28与换热器25的进液口Ⅱ连接,换热器25的出液口Ⅱ与加热器29的进液口连接,加热器29的出液口通过进液管20与控温箱14连接,控温箱14通过出液管21与循环泵24连接。
本发明中,电子式温控器为PXF5ACY2-1W100智能电子式温控器,其可以通知控制电阻丝的加热,控制老化烘箱内部的温度。
控制系统为电子万能试验机控制系统威程802,通过伺服控制系统控制传力杆的力度及速率。
循环泵为磁力驱动泵,其通过磁力传动器来实现无接触力矩传递从而以静密封取代动密封,使泵达到完全无泄漏的容积式齿轮泵,运送传导液。
压缩机为艾默生/丹佛斯涡旋柔性压缩机,可以将传导液制冷。
换热器为艾瑞德ARD艾瑞德板式换热器,其将热的传导液的部分热量传递给冷流体,使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量。
节流阀为SC气动液体增压泵,液压可达24,375Psi(168Mpa),其可改变节流截面或节流长度以控制传导液的流量。
冷凝器为小型带壳冷凝器,规格为3*6*155,其可为传导液制冷。
换热器为螺旋缠绕管式换热器,利用高导热系数的不锈钢制成的内外螺纹相结合的传热元件,由它制成的螺旋缠绕管式换热器,在流体阻力不大的情况下,便形成强烈的湍流,增加了管内外换热系数。
控温箱箱壁为夹层结构,外层为光滑金属层Ⅰ,夹层为隔热材料,内层为光滑金属层Ⅱ。
本发明所述的测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验方法包括以下步骤:
参考图5,取边长为20cm测试石材板,将石板进行切割边长为5cm的石条板,然后在石条板一侧进行标记5cm*5cm的区域。然后将石条试样置于老化烘箱的旋转圆盘上。启动电子式温控器,设定标定温度,加热石条试样。待石条样板达到标定温度后,
在标定区域均匀涂抹一定量的热沥青,以此模拟热沥青混合料表面,然后置于室温条件下进行冷却。
将石料条板置于RAP老化烘箱旋转圆盘上,启动老化烘箱电子式温控器,加热电阻丝通电进行石条板加热。待加热至所需温度,将石条板取出,在标定区域滴加适量沥青。均匀涂抹,然后将涂抹沥青的石条板置于RAP老化烘箱旋转圆盘上。启动电子式温控器及直驱DDR电机,设定老化温度及转速,使实试件在老化烘箱内进行老化,获得RAP老化试件。
将RAP老化试样置于室温条件下冷却,然后在标定区域涂抹乳化沥青。然后将两片试样未涂抹沥青端分别置于上夹具及下夹具,保证两片试样的标定区域能够重合粘结,启动冷热交换系统,保证恒定温度。保证试件在控温箱内进行破乳养护。
冷热交换系统中由传导液储存器控制传导液的输送量,传导液经循环泵将传导液导入换热器,然后经过节流阀至于冷凝器,带传导液冷却之后至于压缩机,之后再次进入换热器,之后经过加热器,传导液经过输入导管进入控温箱,通过控制不同温度的传导液,进而控制控温箱的温度。
RAP试件底部尺寸为矩形设计,其尺寸与下夹具及上夹具的卡口一致,便于RAP试件能够在夹具卡口处进行安装固定。
待达到养护时间,启动控制系统,动力测试系统经传力杆及挡板为上夹具提供向上的拉力,上拉力传至RAP试件之间的界面上转化为界面的剪应力。两份RAP老化试件受剪切破坏分离过程中的最大剪力即为RAP与乳化沥青界面的剪切力,此时界面的剪切强度为:τ=F/a2,τ为RAP及乳化沥青的界面抗剪强度,F为TRAP乳化沥青破坏时电子万能试验机控制系统为试验提供的最大力,a为RAP试件标定区域的边长。
需要说明的是,本发明打破了以往专注于研究沥青混合料抗剪性能的单一性,克服了传统沥青混合料宏观力学实验过程中无法研究界面的短板,有助于研究RAP老化沥青对乳化沥青及RAP界面抗剪行为的影响;同时,试验可以直观获得RAP及乳化沥青界面的受力行为,可以对其界面的受力量化评定,试验操作简便易操作,试验数据精确。并且RAP老化烘箱可以模拟不同老化程度及石料的RAP集料,对于研究RAP与乳化沥青界面的受力行为提供一种性的研究手段。
Claims (3)
1.测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统,其特征在于:包括RAP老化模拟装置和用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置,所述RAP老化模拟装置包括老化烘箱(1),老化烘箱(1)的上下两端分别设有隔热板(3),老化烘箱(1)的顶端内侧设有电阻丝(2),电阻丝(2)外侧设有保护罩(4),老化烘箱(1)的顶端设有电子式温控器(8),电阻丝(2)与电子式温控器(8)电性连接,底部设有直驱DDR电机(9),老化烘箱(1)内部设有旋转系统,所述旋转系统包括旋转圆盘(5),旋转圆盘(5)的两端分别设有挡片(6),旋转圆盘(5)的底部设有传力杆Ⅰ(7),传力杆Ⅰ(7)与直驱DDR电机(9)连接;
所述用于测试RAP与乳化沥青界面抗剪强度的试验装置包括底座(12)、控制系统(10)、控温箱(14)和冷热交换系统(22),控制系统(10)的两端通过支架(11)与底座(12)连接,控制系统(10)的底部通过传力杆Ⅱ(13)与控温箱(14)连接,控温箱(14)通过支撑板(15)与底座(12)固定连接,所述控温箱(14)内设有上夹具(16)和下夹具(17),上夹具(16)通过挡板(18)与传力杆Ⅱ(13)连接,下夹具(17)通过支撑板(15)与底座(12)连接,冷热交换系统(22)通过进液管(20)和出液管(21)与控温箱(14)连接。
2.根据权利要求1所述的测试RAP与乳化沥青界面力学性能的试验系统,其特征在于:所述冷热交换系统(22)包括传导液储存器(23)、循环泵(24)、换热器(25)、节流阀(26)、冷凝器(27)、压缩机(28)和加热器(29),传导液储存器(23)的出液口通过循环泵(24)与换热器(25)的进液口Ⅰ连接,换热器(25)的出液口Ⅰ通过节流阀(26)与冷凝器(27)的进液口连接,冷凝器(27)的出液口通过压缩机(28)与换热器(25)的进液口Ⅱ连接,换热器(25)的出液口Ⅱ与加热器(29)的进液口连接,加热器(29)的出液口通过进液管(20)与控温箱(14)连接,控温箱(14)通过出液管(21)与循环泵(24)连接。
3.一种测试RAP与乳化沥青界面力学性能的方法,其特征在于:包括如下步骤:
第一步,将石条板置于RAP老化烘箱的旋转圆盘上,启动电子式温控器,加热电阻丝通电对石料条加热;
第二步,加热至设定温度后,取出石条板,在标定区域滴加沥青,将沥青涂抹均匀;
第三步,将涂抹沥青的石条板试件置于RAP老化烘箱的旋转圆盘上,启动高低温交变试验箱及直驱DDR电机,设定老化温度及转速,使试件在RAP老化烘箱内进行老化,获得RAP老化试件;
第四步,将RAP老化试件置于室温条件下冷却,然后在标定区域涂抹乳化沥青;
第五步,将两片试件未涂抹沥青端分别置于上夹具和下夹具,保证两片试件的标定区域重合粘结;
第六步,启动冷热交换系统,保持恒定温度,使试件在控温箱内进行破乳养护;
第七步,达到养护时间后,启动控制系统,控制系统通过传力杆Ⅱ和挡板为上夹具提供向上的上拉力,上拉力传至RAP试件之间的界面上转化为界面的剪应力,两份RAP老化试件受剪切破坏分离过程中的最大剪力即为RAP与乳化沥青界面的剪切力。
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