CN102621293A - 路面半刚性材料干缩变形测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面半刚性材料干缩变形测试仪。路面半刚性材料干缩变形测试仪是一封闭的箱体结构，箱体结构由水平隔板分成上部的测量室、下部的环境箱，箱盖可打开；测量室的侧壁上设有湿度传感器、温度传感器、加热器、照明灯和与外界相通的通风预留口；环境箱内设有喷雾器、鼓风机和制冷***；喷雾器、鼓风机和制冷***通过管道与测量室相连通，环境箱的外部设有温湿度控制器；在水平隔板上设有试件架。本发明的路面半刚性材料干缩变形测试仪能够模拟自然环境条件下路面材料干缩变形的条件，可保证试件测试过程中所需的温度、湿度和风速条件，具有较高的测量精度，提高了测量的效率，为公路的建设提供了质量保证。

Description

路面半刚性材料干缩变形测试仪

技术领域

本发明涉及一种模拟路面自然环境，测量半刚性材料的干缩变形的仪器。

背景技术

我国自50年代开始在道路建设中应用石灰土基层，在其后的30年期间石灰稳定类半刚性材料一直是我国公路建设中路面的主要基层类型。80年代初随着国家经济的持续发展，我国加快了公路建设的规模，这时水泥稳定材料基层也逐渐推广使用。到目前我国公路的建设仍然处在高峰阶段，每年相继有几万公里的公路建成通车，其中包括几千公里的高速公路。在这期间石灰、粉煤灰稳定材料和水泥稳定类材料的半刚性材料占各等级公路路面基层材料用量的95％以上。

半刚性基层材料具有强度高，承载力大，水稳性好，板体性强等突出优点，因此现阶段甚至相当长的一段时期内仍将在我国道路基层材料中广泛应用。半刚性基层材料在具有突出优点的同时也存在一些不足，目前半刚性材料在经过拌和压实后，尤其是当半刚性基层铺筑完毕至面层摊铺前，由于水分蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料的水分会不断减少，由于水的减少而发生毛细作用、吸附作用、分子间的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和炭化收缩作用等，会引起半刚性基层材料毛细孔隙中的自由水失去而产生体积收缩，从而在使用过程中容易形成干燥收缩微裂缝，此微裂缝为半刚性基层材料的薄弱点，当环境温度发生变化时，半刚性基层材料在温度应力的反复作用下，干缩引起的微裂缝将不断变宽、变长，从而反射到沥青面层，引起路面较密的横向开裂，影响路面行车舒适性和耐久性。尤其是近几年为了提高半刚性基层的强度，而提高结合料水泥的用量，更加剧了干缩的发生，使路面干缩加剧，路面裂缝增加。

为了减少半刚性材料的干燥收缩裂缝，提高路面的使用性能，国内很多部门和单位开展了半刚性基层材料干缩性能评价及干缩试验方法的相关研究，积累了不少有益的资料，得出一些具有规律性的结论。但目前路面材料的干缩特性还没有统一的测定方法和专业的仪器设备。常用的测量方法有三种：一是在恒温箱中用表贴式电阻应变计测定材料的干燥收缩，这种方法测试精度较高，精度能达10^-6m，它适合测试表面平整、干燥的试件，而半刚性材料表面空隙多、试件含水量高，不利于粘贴应变计；另一种是在恒温箱中用智能弦式数码应变计测定材料的干燥收缩，此法虽然克服表贴式电阻应变计的一些缺点，但是这种方法只适于测试具有一定强度的材料，而半刚性基层的干燥收缩主要发生在基层铺筑后到沥青面层铺筑前，此时材料的强度还很低，所以智能弦式数码应变计也不适合测试半刚性材料的干燥收缩。第三种是一定尺寸的梁体试件采用静压成型，脱模后放在实验室中的测量干缩的工作台上，自然干燥，通过千分表读取试件在不同时间的干缩量。在读取干缩量的同时，测定备用试件在相同自然环境下的平均水分蒸发损失量，以此作为干缩试件的平均水分蒸发损失量，测定过程直到试件含水量不再减少，表的读数很小为止。这种方法试验操作简单，但容易出现失误，试验的环境温度和湿度无法控制，从而导致试验结果精度低、离散性大。

因此，为减少路面开裂，提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命，有必要研制路面半刚性材料干缩测试仪器和试验方法，将干缩性能指标纳入到相应的标准中，指导半刚性材料设计和施工。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，准确测量半刚性材料的干缩应变，本发明提供一种设计合理、结构简单、使用方便、所测数据准确、自动化程度高的仪器设备，以模拟自然环境，用于测定路面半刚性材料的干缩应变，控制干缩开裂，减少路面裂缝。

本发明采用以下技术方案来实现上述目的：

一种路面半刚性材料干缩变形测试仪，其是一由前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁、箱盖11、箱底所围合而成的封闭的箱体结构，箱体结构由水平隔板分隔为上部的测量室、下部的环境箱，箱盖可打开；其特征在于：

测量室的侧壁上设有湿度传感器、温度传感器、加热器、照明灯和与外界相连通的通风预留口；

环境箱内设有喷雾器、鼓风机和制冷***；喷雾器、鼓风机和制冷***通过管道与测量室相连通，环境箱的外部设有温湿度控制器；

湿度传感器和温度传感器通过导线与温湿度控制器相连接，温湿度控制器对湿度传感器和温度传感器采集到的湿度和温度数据进行处理，转化为数字显示在温湿度控制器上；温湿度控制器与加热器、制冷***以及喷雾器相连接并控制加热器、制冷***以及喷雾器的电源开关的连通或者关闭；

在水平隔板上设有试件架，试件架由天平、滚轮、支撑框架构成；天平固定在水平隔板上并作为试件架的底座，滚轮用轴固定连接在天平上，滚轮上放置支撑框架，支撑框架的上表面用于放置试件；

在试件架的两侧均设有固定在水平隔板上的立柱，立柱与试件侧面中心等高的位置上装有弹簧底座，弹簧两端分别与弹簧底座、试件相接触，弹簧与试件接触端固定有垫片，立柱上端通过螺纹连接安装有位移传感器夹；位移传感器的一端由位移传感器夹固定、另一端与垫片接触，并且位移传感器置于弹簧内、通过导线与计算机连接。

优选地，所述的垫片尺寸为8cm×8cm。

优选地，所述的天平为电子天平。

优选地，所述的支撑框架为矩形框架。

优选地，所述的滚轮至少设有4个，每两个滚轮上设置一个支撑框架。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

现有干缩变形试验方法操作容易出现失误，不能真实的模拟所处的环境温度、湿度和风速，试验结果精度低、离散性大，而本发明中研制的箱体作为测试环境，能够模拟自然环境条件下路面材料干缩变形的条件，箱体内设置温度、湿度、喷雾和鼓风装置，可保证试件测试过程中所需的温度、湿度和风速条件；且内置电子天平，可准确评价质量损失，测量装置中通过位移传感器对干缩变形进行量测，实现了数据自动采集，避免人工读取数据影响干缩测试结果，具有较高的测量精度，提高了测量的效率，为公路的建设提供了质量保证。

附图说明

图1为本发明的路面半刚性材料干缩变形测试仪结构示意图；

图2为本发明的路面半刚性材料干缩变形测试仪局部放大示意图；

图3为可编程***结构示意图；

图4为外部计算机结构示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，路面半刚性材料干缩变形测试仪是由前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁、箱盖11、箱底所围合而成的封闭箱体结构；箱体结构由水平隔板分隔为上下两个室，上面是测量室1，下面是环境箱23；箱盖可打开。

测量室1内设有湿度传感器2、温度传感器3、加热器12、照明灯13；测量室1内的左侧壁上固定有湿度传感器2和温度传感器3；测量室1内的后侧壁上固定有加热器12，对试件所处的环境进行加热；测量室1内的右侧壁上设置有照明灯13和与外界相通的通风预留口14，照明灯13用于测量室内的照明，通风预留口14保证测量室的空气流通。

环境箱23内设有喷雾器4、鼓风机10和制冷***22；喷雾器4、鼓风机10和制冷***22通过管道与测量室1相连通，对测量室内提供一定的湿度、风速和低温测试环境；环境箱的外部设有温湿度控制器21。

湿度传感器2和温度传感器3通过导线与温湿度控制器21相连接；湿度传感器2用于采集测量室1内的湿度信号，温度传感器3用于采集测量室1内的温度信号，温湿度控制器21将对湿度传感器2和温度传感器3采集到的湿度和温度数据进行处理，转化为数字显示在温湿度控制器上，温湿度控制器21与加热器12、制冷***22以及喷雾器4连接并控制加热器12、制冷***22以及喷雾器4的电源开关的连通或者关闭，根据预先设定的温湿度值，从而实现测量室内温度、湿度恒定。

在测量室1内底部，即水平隔板上设有试件架，试件架由电子天平19、六个滚轮9、三个支撑框架18构成；电子天平19作为试件架的底座，用螺纹紧固连接件固定连接在测量室1内的底部隔板，滚轮8用轴固定连接在电子天平19上，每两个滚轮9上放一个支撑框架18，支撑框架18为矩形框，支撑框架18可在滚轮9上自由滚动。在试验时支撑框架18的上表面用于放置试件5，试件5为半刚性材料试件，试件5为长方体。

在试件架的两侧均设有通过螺纹紧固连接件固定在测量室1内水平隔板上的立柱15，立柱15上与试件5侧面中心等高的位置上装有弹簧17的弹簧底座16，弹簧17与试件5接触端固定有面积为8cm×8cm的垫片，立柱上端通过螺纹连接安装有位移传感器夹6，位移传感器7的一端由位移传感器夹固定、另一端与垫片接触，并且位移传感器7置于弹簧17内、通过导线与计算机20连接。

试件在温度、湿度变化条件下发生变形，位移传感器7将所采集到试件5的形变位移输出到计算机20，计算机20通过相应的处理软件进行处理，计算出试件5在各种环境下的干缩系数。

本发明的半刚性材料干缩系数测定装置，在测量室1内可放置1个试件进行测定，能够模拟试件在自然环境中的干缩过程，提高测量的精度。

具体使用方法如下：打开仪器箱盖11，将已成型的长方体试件5平稳地放在支撑框架18上，使试件5两端通过弹簧17分别与位移传感器7紧密地接触，试件5在弹簧17的作用下可以自由活动并通过垫片8与立柱15紧密接触。通过面板上温湿度控制器21的控制开关可设定测量室1内的温度、湿度范围和变化速率，同时通过鼓风机开关控制测量室内风的模拟，以满足设定要求。

开始试验时，在固定温度下，由于测量室1中湿度发生变化(减小)，试件5将收缩，受弹簧17的作用，试件5的两端与位移传感器7的活动头保持接触，试验过程中温湿度控制器21对测量室湿度传感器2、温度传感器3采集的数据进行处理，当测量室内需要低温环境时，温度控制器21将控制制冷***22与电源接通；当测量室内需要高温环境时，温度控制器21将控制加热器12与电源接通；当测量室内需要一定的湿度时，温度控制器21将控制喷雾器4与电源接通，向测量室内喷水。位移传感器7将采集的数据输出到计算机20，计算机20通过处理软件对位移传感器7采集的数据进行数字化处理，从而按照试件变形量与试件原始长度之比计算出试件5的收缩系数，还可以通过电子天平19显示的数据计算试件5的失水率。

Claims (5)

1.一种路面半刚性材料干缩变形测试仪，其是一由前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁、箱盖、箱底所围合而成的封闭的箱体结构，箱体结构由水平隔板分隔为上部的测量室、下部的环境箱，箱盖可打开；其特征在于：

测量室的侧壁上设有湿度传感器、温度传感器、加热器、照明灯和与外界相连通的通风预留口；

环境箱内设有喷雾器、鼓风机和制冷***；喷雾器、鼓风机和制冷***通过管道与测量室相连通，环境箱的外部设有温湿度控制器；

湿度传感器和温度传感器通过导线与温湿度控制器相连接，温湿度控制器对湿度传感器和温度传感器采集到的湿度和温度数据进行处理，转化为数字显示在温湿度控制器上；温湿度控制器与加热器、制冷***以及喷雾器相连接并控制加热器、制冷***以及喷雾器的电源开关的连通或者关闭；

在水平隔板上设有试件架，试件架由天平、滚轮、支撑框架构成；天平固定在水平隔板上并作为试件架的底座，滚轮用轴固定连接在天平上，滚轮上放置支撑框架，支撑框架的上表面用于放置试件；

在试件架的两侧均设有固定在水平隔板上的立柱，立柱与试件侧面中心等高的位置上装有弹簧底座，弹簧两端分别与弹簧底座、试件相接触，弹簧与试件接触端固定有垫片，立柱上端通过螺纹连接安装有位移传感器夹；位移传感器的一端由位移传感器夹固定、另一端与垫片接触，并且位移传感器置于弹簧内、通过导线与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的路面半刚性材料干缩变形测试仪，其特征在于：所述的垫片尺寸为8cm×8cm。

3.根据权利要求1-2所述的路面半刚性材料干缩变形测试仪，其特征在于：所述的天平为电子天平。

4.根据权利要求1-3所述的路面半刚性材料干缩变形测试仪，其特征在于：所述的支撑框架为矩形框架。

5.根据权利要求1-4所述的路面材料干缩变形测试仪，其特征在于：所述的滚轮至少设有4个，每两个滚轮上设置一个支撑框架。

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