CN102841021B - 纤维沥青混合料低温劈裂试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纤维沥青混合料劈裂试验装置，包括加载机构、水平位移测定机构和垂直位移测定机构，以及数据采集与分析***等，能准确测试沥青混合料和纤维沥青混合料试件从加载到破坏全过程的荷载及垂直变形和水平变形量，结合采集***能方便的得到劈拉荷载-垂直变形、劈拉荷载-水平变形全曲线以及不同变形量对应的泊松比，并且测试效率高、精度高、成本低。

Description

纤维沥青混合料低温劈裂试验装置

技术领域

本发明属工程检测试验设备技术领域，是一种测试纤维沥青混合料劈裂强度及变形性能的试验装置。

背景技术

沥青混合料是我国高等级公路路面的主要铺筑材料，低温时沥青混合料的强度和变形性能是评价其低温抗裂能力的关键技术指标，是进行理论分析及沥青路面结构设计的依据。鉴于直接测试沥青混合料的拉伸强度和变形存在诸多困难，我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000采用间接拉伸（劈裂）的试验方法。按照该规程的规定，在进行沥青混合料低温劈裂试验时，要求在一定的低温条件和一定的加载速率下沿沥青混合料圆柱体试件（通常为马歇尔试件）的径向进行加载，加载过程中要同时记录试件的垂直变形、水平变形及对应的荷载值，由所测结果计算出沥青混合料试件的劈裂抗拉强度、破坏应变、泊松比、劲度模量等参数。设计合理可行的劈裂试验装置，对准确获得这些技术参数至关重要。现有的试验规程尽管规定了沥青混合料的劈裂试验方法，但方法中仅对试件压条的构造做了明确规定，而对整个劈裂装置的制作未做详细说明，致使实际应用中进行劈裂试验所使用的装置很难准确获得沥青混合料低温劈裂时的应力-应变曲线，更不宜直接得到试件破坏时的水平变形量，因此，许多试验未测试其水平变形值，从而就不能对所测沥青混合料低温性能进行正确的分析和评价。

现有的沥青混合料低温劈裂试验仪（专利号CN1793829A）主要由加载夹具和水平位移测试夹具组成，其中测定水平变形的装置，包括左夹具、右夹具和限位块。其中，左夹具包括左导向块、设置在左导向块上的左滑动插杆、设置在左导向块与左滑动插杆间的弹性器件；右夹具包括右导向块、设置在右导向块上的右滑动插杆、设置在右导向块与右滑动插杆间的弹性器件、限位块设置在左滑动插杆或右滑动插杆上。该装置的结构虽然能在试件处于弹性段的小范围内实测到试件的水平变形量，但随着变形的增长，所侧数据将不再反映试件真实的水平变形，更得不到试件真实的荷载-变形关系曲线，原因在于试件的水平中心位置会随变形的增大逐渐降低，而该专利中的水平位移计不能与试件水平方向直径位置处的变形相协调，于是在劈裂过程中水平位移计的测试顶珠与试件水平处直径的接触点会随试件变形的增大而脱离，从而导致试件变形能力越大测试误差越大的结果，尤其是对于具有较大低温变形能力的纤维沥青混合料。同时，在多数试验室，通用设备（诸如环境箱、万能试验机等）都已具备，在这种情况下也无需特别购买一台专门的沥青混合料劈裂试验机。为此，开发出一种经济耐用、操作便捷且能准确测试沥青混合料的低温性能参数，尤其是能适应具有较大低温变形能力的纤维沥青混合料低温劈裂破坏参数测试的劈裂装置，不但能为新型沥青混合料路面的结构设计和理论分析提供精确数据，而且能充分利用现有设备资源、降低重复投资。

发明内容

本发明是提供一种纤维沥青混合料劈裂试验装置，能准确测试沥青混合料和纤维沥青混合料试件从加载到破坏全过程的荷载及垂直变形和水平变形量，结合采集***能方便的得到劈拉荷载-垂直变形、劈拉荷载-水平变形全曲线以及不同变形量对应的泊松比，并且测试效率高、精度高、成本低。

技术方案：一种纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，包括加载机构、水平位移测定机构和垂直位移测定机构，以及数据采集与分析***；其中，加载机构包括上、下压板和竖向导向杆形成的框架，竖向导向杆的上端固定在上压板下侧，竖向导向杆的下端从下压板设置的导向孔内伸出，压力试验机对上、下压板施加压力使两者相对滑动；在上压板下侧的中心位置设置有载荷传感器，载荷传感器的下侧通过连接件与一个纵向的上弧形压条连接，在下压板上侧的中心位置设置有纵向的下弧形压条，所述上、下弧形压条对应；在上弧形压条的一侧连接有垂直位移计顶板，在所述下压板上竖向固定一个支杆，支杆上安装有垂直位移计，该垂直位移计的测量端头与所述垂直位移计顶板配合使用；在上、下弧形压条中间区域设置有水平位移计框架，该框架的左、右两侧分别安装有不对称的竖向夹持杆，试件位于两夹持杆之间；其中左侧的竖向夹持杆与框架固定安装，右侧的竖向夹持杆背面横向固定一个导向杆，该导向杆末端连接有水平位移测试顶板，该导向杆中部设置有滑动导轨，滑动导轨与相邻竖向夹持杆之间连接有压力弹簧，所述滑动导轨一侧固定在所述框架上，同时在框架上安装有水平位移计，该水平位移计的测量端头与所述水平位移测试顶板配合使用；所述载荷传感器、垂直位移计和水平位移计的信号线通过A/D转换器与计算机输入端连接。

在下压板的下表面设置有定位螺钉滑动导槽，在该导槽内匹配安装有定位旋紧螺钉，该定位旋紧螺钉根据压力试验机的下压板尺寸大小进行调整，使所述试验装置紧固于试验机上。

上压板的上端面中心设置有球形压头，该球形压头作为压力试验机直接接触部件。

所述水平位移框架的底部安装有滑轮。

位于上、下压板之间的竖向导向杆的下端螺纹连接有高度调节旋钮。

左、右两侧竖向夹持杆的内侧为三角棱结构。

右侧竖向夹持杆背面的导向杆末端还设置有拉环。

有益效果：（1）下压板定位旋紧螺钉的设置，便于将劈裂装置准确安装定位于试验机下压板上，避免因反复对中调整劈裂装置而浪费时间，这对温度要求严格的沥青混合料试件的试验尤为重要，保证了试验结果的准确性；下压板固定旋紧螺钉的调节功能，使劈裂装置可在一定范围内适用于不同尺寸的试验机下压板，从而能充分利用试验室的现有仪器设备，扩大其使用范围，减少重复投资，节约资源。

（2）垂直位移计和水平位移计的反向安装，使位移计可进行弹出式测定试件变形，避免了传统的压回式测定方法易造成位移计因误操作或试件变形过大被压坏的缺陷。

（3）上弧形压条转轴的设置，确保试件受力均匀，避免了偏压和试件错动对试验结果造成的不利影响。

（4）下弧形压条内侧试件限位凸起的设置利于准确安放试件，使上下弧形压条能恰好压在试件上。

（5）试件夹持杆的垂直式设置，确保了在整个劈裂试验过程中使夹持杆对试件直径位置处能进行良好夹持，避免了传统测试方法中因试件中心位置的降低使位移计顶珠过早脱离试件水平直径位置处的缺陷，从而确保所测结果的准确性。

（6）试件夹持杆与试件接触点的线性设计，确保了在试件受力的整个水平变形测试过程中试件与夹持杆能接触良好，再加上三个试件夹持杆在水平呈三点式的布置，确保了水平变形测试结果的精准。

（7）试件夹持杆底端的滑轮能减少夹持杆对试件变形的限制，保证所测结果的准确性。

（8）水平滑动导杆和水平滑动导轨截面的正方形设计，保证了三个试件夹持杆始终在相同的方向夹持试件，从而获得精准的水平变形测试结果。

（9）数据采集与分析***能实时记录试验过程中的数据并能对试验结果进行分析处理，给出合理的参数。

（10）本劈裂试验装置通过位移传感器测定试件变形，尤其是测试水平变形，避免因采用粘贴应变片方法带来的操作繁琐、成本较高的缺点，尤其是对变形较大的纤维沥青混凝土劈裂性能的测试，由于荷载峰值后可能导致应变片被拉断而无法继续测试，采用本劈裂装置可得到理想的试验结果，因而该装置更易于推广实施。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖面示意图；

图3是图1中B-B剖面示意图;

图4是10℃条件下沥青混凝土劈裂荷载-垂直变形曲线和荷载-水平变形曲线；

图5是30℃条件下沥青混凝土劈裂荷载-垂直变形曲线和荷载-水平变形曲线。

具体实施方式

下面根据附图及实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于以下所述实施例。

实施例1。参见图1、图2和图3，图中本实施例的沥青混合料低温劈裂试验装置由球形压头1、上压板2、荷载传感器3、上弧形压条连接件4、上弧形压条5、加载导向杆6、试件7、下弧形压条8、下压板9、定位螺钉滑动导槽10、下压板定位旋紧螺钉11、高度调节旋钮12、试件夹持杆13、滑轮14、水平位移计框架15、弹簧16、导向孔17、水平滑动导轨18、水平滑动导杆19、拉环20、水平位移测试顶板21、水平位移计锁紧卡22、水平位移计23、垂直位移计支杆24、垂直位移计顶板25、垂直位移计锁紧卡26、垂直位移计27、计算机28、A/D转换器29联接构成。

本实施例加载结构的球形压头1是直接承担试验机传来荷载的元件，并将荷载通过上压板2继续均匀地传递给荷载传感器3，荷载传感器3继续将荷载传递给与之通过丝接的上弧形压条连接件4，上弧形压条连接件4与上弧形压条5为轴连接，这样确保试件受力均匀。加载导向杆6是保证上弧形压条5和下弧形压条8在加载过程中垂直方向保持对中的元件，对试件7进行加载试验时，压力试验机向上顶推下压板9，下压板9通过导向孔17沿加载导向杆6向上运动，使放置于下弧形压条8上的试件7逐渐接近上弧形压条5而受力。下弧形压条8固结于下压板9的正中心，是对试件7进行定位放置和对其进行加载的元件，试验前先将试件7放置于下弧形压条8上，并通过一端的凸起进行精确定位，通过上下弧形压条的作用保证劈裂加载模式的实现。下压板9是整个装置的支撑和加载元件，使用本发明的沥青混合料劈裂试验装置时，首先将下压板9放置于试验机下压板上，使球形压头1对准压力试验机的上压板中心，沿定位螺钉滑动导槽10滑动下压板定位旋紧螺钉11，使本试验装置的下压板9固定于压力试验机的下压板上，转动高度调节旋钮12，使上弧形压条5和下弧形压条8之间留足够的空间放置试件7。

本实施例中水平位移测定机构由试件夹持杆13、滑轮14、水平位移计框架15、弹簧16、水平滑动导轨18、水平滑动导杆19、拉环20、水平位移计顶板21、水平位移计计锁紧卡22和水平位移计23联接构成。水平位移计框架15水平面呈开口朝内的U型，其两连肢不对称，左联肢稍长，垂直方向固结两个试件夹持杆13，试件夹持杆13底端通过轴连接有滑轮14，减少试件变形时夹持杆对试件的阻力。水平位移计框架15的右联肢稍短，其右侧设置截面为方形的水平滑动导轨18，同样为方形截面的水平滑动导杆19穿过水平滑动导轨18，二者采用间隙配合，间隙内设置润滑剂。水平滑动导杆19靠近试件的一侧固结垂直向的试件夹持杆13，试件夹持杆13和水平滑动导轨18间设置弹簧16，弹簧16推动右侧试件夹持杆使试件被夹紧。水平滑动导杆19穿过水平滑动导轨18的右端设置拉环20，拉环的内侧连接水平位移测试顶板21，与水平位移测试顶板21相对应的水平位移计框架15的右联肢内上侧固结水平位移计锁紧卡22，水平位移计23固定于水平位移计锁紧卡22上，当试件变形时推动左右试件夹持杆做相对运动，试件夹持杆通过各元件的传递最终使水平位移测试顶板21和水平位移计锁紧卡22做相对运动，使水平位移计23测得试件的水平变形量。试件夹持杆13的垂直式设置，确保了在整个劈裂试验过程中使夹持杆对试件直径位置处能进行良好夹持，避免了传统测试方法中因试件中心位置的降低使位移计顶珠过早脱离试件水平直径位置处的缺陷。试件夹持杆13靠近试件的水平截面呈三角形，与试件接触处为三角形截面的顶点，以利于与试件充分接触，三只试件夹持杆在水平方向也呈三角形分布，这样保证所测水平变形量的准确性。滑轮联接在试件夹持杆底端，用于减小试件夹持杆沿水平向相对运动时的阻力，从而减小水平变形的测试误差。

本实施例中垂直位移测定机构由垂直位移计支杆24、垂直位移计顶板25、垂直位移计锁紧卡26联接构成。垂直位移计支杆24垂直向固结于下压板9的外边缘，垂直位移计锁紧卡26固结于垂直位移计支杆顶端，垂直位移计顶板25固结于上弧形压条5的外侧，垂直位移计27安装于垂直位移计锁紧卡26上，试件7受劈裂后垂直位移计顶板25和垂直位移计锁紧卡26的相对运动使垂直位移计27测得试件的垂直变形量。采用位移计弹出式测试试件变形量的方法避免了传统的压回式测定方法易造成位移计因误操作或试件变形过大被压坏的缺陷。

本实施例中的数据采集与分析***由荷载传感器3、水平位移计23、垂直位移计27、A/D转换器和计算机联接组成。荷载传感器3将所接收到沥青混合料试件受到的荷载信号转换成电信号通过数据电缆传递给A/D转换器29，水平位移计23将所接收到沥青混合料试件受到的水平向的变形信号转换成电信号通过数据电缆传递给A/D转换器29，垂直位移计27将所接收到沥青混合料试件受到的垂直向的变形信号转换成电信号通过数据电缆传递给A/D转换器29，A/D转换器29将输入的电信号转换成数字信号输入到计算机28，计算机28能通过控制及分析软件将试验过程中的荷载和位移信号进行时时显示，并将结果进行分析处理，给出所测沥青混合料试件的劈裂抗拉强度、破坏应变、泊松比、坏劲度模量等技术参数。

其它实施例。改变球形压头1和上压板2的联接方式及具体规格和结构，改变上弧形压条5、上弧形压条连接件4与荷载传感器3的联接方式及具体规格和结构，改变垂直位移计锁紧卡26及水平位移计计锁紧卡22的数量及具体规格和结构，改变试件夹持杆13数量及具体规格和结构，以及改变水平位移计框架15的联接方式、具体规格和结构均能组成多个实施例，均为本发明的常见变化，在此不一一详述。

试验验证

某大学新型建材与结构研究中心应用本发明的纤维沥青混合料劈裂试验装置测试了纤维沥青混凝土试件的劈裂强度和变形性能，得到了满意结果。本实例中矿料级配采用规范JTG F40—2004规定的密级配沥青混凝土级配范围中值，粒径在1.18mm以上的为多孔玄武岩，1.18mm以下的为石灰岩，填料为磨细石灰石粉，所用沥青为重交AH-70，掺入了沥青混凝土质量0.2%的聚酯纤维。试验分别在10℃和30℃条件下进行，所得0.2%聚酯纤维掺量沥青混凝土劈裂荷载-垂直变形曲线和荷载-水平变形曲线见图4和图5，试验结果见表1。

表1

温度/℃	垂直变形/mm	水平变形/mm	荷载/kN	劈裂强度/MPa	A	泊松比u	破坏应变/uε	劲度模量/MPa
									10	2.09	0.306	31.19	3.09	6.83	0.253	6363	839
30	6.33	1.314	4.44	0.44	4.82	0.469	26528	39

可以看出，利用本发明的沥青混合料劈裂试验装置可方便得到不同试验条件下沥青混凝土试件的劈裂强度和变形值，尤其是水平变形值。

Claims (7)

1.一种纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：包括加载机构、水平位移测定机构和垂直位移测定机构，以及数据采集与分析***；其中，加载荷机构包括上、下压板和竖向导向杆形成的框架，竖向导向杆的上端固定在上压板下侧，竖向导向杆的下端从下压板设置的导向孔内伸出，压力试验机对上、下压板施加压力使两者相对滑动；在上压板下侧的中心位置设置有载荷传感器，载荷传感器的下侧通过连接件与一个纵向的上弧形压条连接，在下压板上侧的中心位置设置有纵向的下弧形压条，所述上、下弧形压条对应；在上弧形压条的一侧连接有垂直位移计顶板，在所述下压板上竖向固定一个支杆，支杆上安装有垂直位移计，该垂直位移计的测量端头与所述垂直位移计顶板配合使用；在上、下弧形压条中间区域设置有水平位移计框架，该框架的左、右两侧分别安装有不对称的竖向夹持杆，试件位于两夹持杆之间；其中左侧的竖向夹持杆与框架固定安装，右侧的竖向夹持杆背面横向固定一个导向杆，该导向杆末端连接有水平位移测试顶板，该导向杆中部设置有滑动导轨，滑动导轨与相邻竖向夹持杆之间连接有压力弹簧，所述滑动导轨一侧固定在所述框架上，同时在框架上安装有水平位移计，该水平位移计的测量端头与所述水平位移测试顶板配合使用；所述载荷传感器、垂直位移计和水平位移计的信号线通过A/D转换器与计算机输入端连接。

2.根据权利要求1所述的纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：在下压板的下表面设置有定位螺钉滑动导槽，在该导槽内匹配安装有定位旋紧螺钉，该定位旋紧螺钉根据压力试验机的下压板尺寸大小进行调整，使所述试验装置紧固于试验机上。

3.根据权利要求1所述的纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：上压板的上端面中心设置有球形压头，该球形压头作为压力试验机直接接触部件。

4.根据权利要求1所述的纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：所述水平位移计框架的底部安装有滑轮。

5.根据权利要求1所述的纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：位于上、下压板之间的竖向导向杆的下端螺纹连接有高度调节旋钮。

6.根据权利要求1所述的纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：左、右两侧竖向夹持杆的内侧为三角棱结构。

7.根据权利要求1所述的纤维沥青混合料低温劈裂试验装置，其特征是：右侧竖向夹持杆背面的导向杆末端还设置有拉环。