CN1719223A - 沥青混合料低温断裂试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青混合料低温断裂试验仪，其既保证了试验过程中降温速率和温度的一致性，又避免了试件支架的收缩变形问题，并采用支架加热膨胀进行应变补偿，消除力传感器施加拉力所产生应变对试验结果的影响，也保证试验过程中试件长度不变。本发明包括基座，基座上设有支架和试件夹，支架上设有力传感器，支架下方设有加热补偿系统，加热补偿系统与控制系统连接，试件夹与试件连接，试件四周设有降温板，加热补偿系统由加热套和温度传感器组成，降温板采用四侧双联结构，冷凝管设置于降温板内侧，每块降温板单独设置冷媒进出口，冷凝管通过保温管与恒温槽连接。

Description

沥青混合料低温断裂试验仪

一、技术领域：

本发明涉及一种材料试验仪器，尤其是涉及一种沥青混合料低温断裂试验仪。

二、背景技术：

现有相似沥青混合料低温断裂试验仪器是美国研制的约束试件冻断试验仪(简称TSRST)。该仪器利用环境控温箱对试验支架和试件进行降温，降温方式采用空气对流方式；试件利用支架进行约束，当降温过程中试件收缩变形时采用施加拉力的方式进行补偿，使试件恢复原始长度；这两个结构上的缺陷使试验误差较大，导致测定得出的断裂温度在实际应用中意义不大，也限制了该仪器的广泛应用，美国SHRP研究中重点分析后未推荐该设备。采用空气对流方式降温，使温度传感器测定的对流介质温度、试件表面温度、试件内部温度之间的差异较大；且环境箱将试件支架、传感器等包含其中，降温过程中试件收缩的同时支架材料也发生收缩，导致施加拉力补偿时产生较大偏差，并非单一补偿试件收缩，而是两者的综合收缩。由于试件降温收缩变形非常小，采用施加拉力补偿时精度很难控制，往往出现超拉现象，温度越低超拉越严重，对试验结果影响越大；另一方面，目前所用力传感器均为应变传感器，限制试件收缩时施加拉力，则传感器也对应产生拉应变，将影响试验结果。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种沥青混合料低温断裂试验仪，其既保证了试验过程中降温速率和温度的一致性，又避免了试件支架的收缩变形问题，并采用支架加热膨胀进行应变补偿，消除力传感器施加拉力所产生应变对试验结果的影响，也保证试验过程中试件长度不变。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种沥青混合料低温断裂试验仪，其特殊之处在于：包括基座，基座上设有支架和试件夹，支架上设有力传感器，支架下方设有加热补偿系统，加热补偿系统与控制系统连接，试件夹与试件连接，试件四周设有降温板。

上述加热补偿系统由加热套和温度传感器组成。

上述降温板采用四侧双联结构，冷凝管设置于降温板内侧，每块降温板单独设置冷媒进出口，冷凝管通过保温管与恒温槽连接。

上述试件夹具包含上下两套，用于固定试件，每套包含燕尾槽相连上下两块，一块固定于基座或上压头，另一块为可拆除，用于试件两端粘结固定。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明采用降温板传导换热方式仅对试件进行降温，既保证了降温速率和温度的一致性，又避免了试件支架的收缩变形问题。根据试件尺寸设计了降温板尺寸，降温板采用四侧双联形式，冷凝管设置于降温板内侧，板关闭后冷凝管刚好与试件表面接触，形成热传导接触面；每块降温板单独设置冷媒进出口，可以保证四侧降温均匀性和足够降温能力。由于降温板仅包裹试件，从而使降温过程不会使支架、力传感器等产生收缩变形。

2、本发明采用支架加热膨胀进行应变补偿，消除力传感器施加拉力所产生应变对试验结果的影响，也保证试验过程中试件长度不变。利用对支架加热膨胀进行应变补偿的思想是本发明的关键技术。利用支架材料线膨胀系数、长度、温度、加热器功率，计算一定加热功率下固定长度支架加热时间与应变关系，再结合力传感器力与应变关系，通过控制软件根据传感器应变实时自动控制支架加热时间与功率，使两个应变等值反向，达到补偿目的。

四、附图说明：

附图为本发明的结构示意图。

图中，1-控制系统，2-恒温槽，3-连接线，4-加热补偿系统，5-支架，6-力传感器，7-试件，8-降温板，9-试件夹具，10-基座，11-保温管。

五、具体实施方式：

参见附图，沥青混合料低温断裂试验仪是用于评价沥青混合料低温抗裂性能的专用设备，利用制冷系统对试件降温，测定试件降温过程中约束状态或松弛状态下的断裂温度、断裂强度，分析混合料低温抗裂能力。沥青混合料低温断裂试验仪结构组成如附图所示，主要由反力架、试件夹具9、降温系统、控制系统1、数据采集系统、加热补偿系统4组成。反力架由基座、支架5组成，要求具有足够强度，避免产生过大变形。试件夹具9包含上下两套，用于固定试件7，每套包含燕尾槽相连上下两块，一块固定于基座或上压头，另一块为可拆除，用于试件7两端粘结固定。降温系统包括恒温槽、保温管11、降温板8，根据试件尺寸设计了降温板尺寸，降温板8采用四侧双联形式，冷凝管设置于降温板8内侧，板关闭后冷凝管刚好与试件7表面接触，形成热传导接触面；每块降温板8单独设置冷媒进出口，可以保证四侧降温均匀性和足够降温能力。由于降温板8仅包裹试件7，从而使降温过程不会使支架5、力传感器6等产生收缩变形，恒温槽为降温提供恒温冷媒，通过保温管11输送到降温板8内的冷凝管。支架5下方设有加热补偿系统，加热补偿系统主要由加热套、温度传感器组成，由控制系统根据力传感器应变控制加热功率、加热温度和加热时间。利用对支架加热膨胀进行应变补偿是本发明的关键技术，利用支架材料线膨胀系数、长度、温度、加热器功率，计算一定加热功率下固定长度支架加热时间与应变关系，再结合力传感器力与应变关系，通过控制软件根据传感器应变实时自动控制支架加热时间与功率，使两个应变等值反向，达到补偿目的。控制系统通过控制软件自动控制试验过程，调节加热补偿系统，并可设置试验参数。数据采集系统包括力传感器、采集仪、打印装置等，可以自动实时采集试验温度、荷载、变形，并实时监控打印，也可通过串口与计算机连接进行实时监控，自动存储数据，并可自动输出到Excel进行后期计算与处理。

本发明的工作原理与工作步骤：

工作原理：

将车辙板锯切形成的小梁试件粘结于活动夹具，并与固定夹具连接，安装在试验台上，并调整降温板8与试件7接触。设置并启动恒温槽2，当温度达到试验初始温度时打开阀门输送冷媒到降温板8，对试件7开始降温；与此同时，控制系统启动加热补偿系统4和数据采集系统。当荷载传感器产生应变，即施加拉力保持试件7长度不变时，补偿系统自动开始加热补偿，采集系统和控制系统通过采集加热套内部温度、试件温度、传感器应变自动计算协调平衡应变，进行补偿，并记录保存试验温度、荷载与变形。直到试件断裂，控制系统自动停止试验。

工作步骤：

A.试件制作

将试验混合料成型为车辙板，锯切为小梁试件，待试件冷却后将两端粘结于活动夹具，室温放置24h待用。

B.试验准备

将粘结牢固的试件安放在固定夹具上，试件调整处于垂直状态，并调整降温板，使试件与降温板接触；连接各连接线到控制系统，用保温管连接恒温槽与降温板进出口；接通试验仪器电源，启动控制系统进行设定试验参数。

C.试验

待试验准备工作结束，保证连接畅通后，若需要在计算机进行实时监测，则试验前将控制系统用串口连接到计算机，并启动计算机，进入监测软件界面。满足要求后，先开启恒温槽和降温系统，再启动控制系统开始试验。

D.试验数据保存与处理

当试件断裂时控制系统自动停止试验，试验数据自动保存，可直接输出到Excel进行后处理。数据保存与处理后，关闭恒温槽冷媒开关，卸除试件，准备进行下一次试验。

Claims (4)

1、一种沥青混合料低温断裂试验仪，其特征在于：包括基座，基座上设有支架(5)和试件夹具(9)，支架(5)上设有力传感器(6)，支架(5)下方设有加热补偿系统(4)，加热补偿系统(4)与控制系统(1)连接，试件夹具(9)与试件(7)连接，试件(7)四周设有降温板(8)。

2、根据权利要求1所述的沥青混合料低温断裂试验仪，其特征在于：所述加热补偿系统(4)由加热套和温度传感器组成。

3、根据权利要求2所述的沥青混合料低温断裂试验仪，其特征在于：所述降温板(8)采用四侧双联结构，冷凝管设置于降温板(8)内侧，每块降温板(8)单独设置冷媒进出口，冷凝管通过保温管(11)与恒温槽(2)连接。

4、根据权利要求3所述的沥青混合料低温断裂试验仪，其特征在于：所述试件夹具(9)包含上下两套，用于固定试件(7)，每套包含燕尾槽相连上下两块，一块固定于基座或上压头，另一块为可拆除，用于试件(7)两端粘结固定。