CN103630448B - 一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备及其方法，属于检测技术领域。本发明包括剪切仪和应力加载装置，所述剪切仪上设有顶推环和夹具环，所述顶推环接触于待测样件的水泥混凝土部分上，夹具环套于待测样件的沥青混凝土部分上；所述应力加载装置包括框架、滑动装置和执行装置，所述滑动装置和执行装置分别位于框架内对应边上，所述滑动装置和执行装置之间布置待测样件，使滑动装置、执行装置和待测样件处于同一直线上，使所述顶推环在待测样件的垂直方向上产生推力，使所述执行装置在待测样件的纵向上产生推力；其中框架的下方固定有剪切仪。本发明实现了一种操作简便、测试合理、便于移动的路面结构层间界面抗剪强度测试设备。

Description

一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备及其方法，属于一种路面结构及材料层间结合性能测试技术，属于检测技术领域。主要用于在室内或室外路面结构层样件受荷载条件下，其层间界面抗剪切强度的测试。

背景技术

目前，对于路面或层状结构工程材料之间界面抗剪强度测试方法，根据测试手段和方式划分，主要有直接剪切和斜向剪切2大类。根据具体实施还可以再进一步细分为：实验室内直剪测试方法、便携式直剪测试方法、便携式岩石直剪仪、斜剪试验等。

1、实验室内直剪测试方法，其使用简便，但是其设备不方便移动，其测试结果主要反映的是界面粘结作用，摩阻作用能提供的强度不能全面反映。

2、便携式直剪测试方法，其使用便携式剪切仪方便移动、使用简便，但其测试结果同样主要反映界面粘结作用，摩阻作用能提供的强度不能全面反映。

3、便携式岩石直剪仪，其优点在于：剪切界面正应力可以控制，能得到界面不同应力条件下抗剪切强度，可以反映出界面摩阻力作用；同时仪器简单易于现场使用。但这种仪器加载速率较低且受人为作用影响，又因为路面材料界面强度粘结力部分受剪切速率影响较大，因此这种仪器也不能很好的反映路面结构实际受力条件下强度状况。另其对样件加工要求较高，样件准备比较麻烦。

4、斜剪试验，其主要针对同一界面条件下评价不同粘结力，反映不出界面抗剪强度变化规律。

由于路面层间剪切破坏主要由车辆水平荷载作用，但车辆作用于路面时同时也使路面层间界面受到正应力，因此考虑界面破坏时必须考虑受到正应力作用条件下的抗剪强度。

发明内容

本发明为了解决技术背景中各种技术测试方案的不足，提供了一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备及其方法。本发明是在便携式直剪测试方法基础上设计了独立的应力加载装置，针对同一界面在不同粘结作用或不同摩阻作用条件下，其抗剪强度测试。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，包括剪切仪和应力加载装置，所述剪切仪上设有顶推环和夹具环，所述顶推环接触于待测样件的水泥混凝土部分上，夹具环套于待测样件的沥青混凝土部分上；所述应力加载装置包括框架、滑动装置和执行装置，所述滑动装置和执行装置分别位于框架内位置对应的边上，所述滑动装置和执行装置之间布置待测样件，使滑动装置、执行装置和待测样件处于同一直线上，使所述顶推环在待测样件的垂直方向上产生推力，使所述执行装置在待测样件的纵向上产生推力；其中框架的下方固定有剪切仪。

本发明采用应力加载装置对待测样件施加作用力用于模拟实际情况下，路面受到车辆重量对其垂直方向的作用力，实现对样品受力准确测量以达到测量目的。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，所述滑动装置包括基座、导轨和滑块；所述基座一端固定在框架上，所述基座另一端连接有导轨，所述导轨上设置有可相对滑动的滑块，所述导轨垂直布置，使滑块可相对于基座在垂直方向上滑行。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，所述执行装置采用压力泵千斤顶，所述执行装置提供的推力压强为0-1.0MPa，所述压力泵千斤顶安装固定于框架上，所述压力泵千斤顶的顶杆上安装有可与待测样件贴合的挡板，且所述挡板与压力泵千斤顶的顶杆之间采用球形面接触。

对本发明预见的是，待测样件与挡板贴合一端不平整时，由于所述挡板与压力泵千斤顶的顶杆之间采用球形面接触，所述执行装置作用于待测样件推力方向不会因此改变，从而降低了对待测样件的制作要求，确保测试中数据的准确性、可靠性。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，所述基座的长度可调，在所述滑块上安装有水平仪，使待测样件、滑块和挡板其中心轴线应尽可能在同一直线上，且所述滑块与导轨之间的滑动摩阻力系数为0-0.004。

本发明测试时，滑块与待测样件接触，所述滑块与导轨之间的滑动摩阻力系数为0-0.004，所述滑块与导轨之间的滑动阻力对试验结果造成影响可忽略不计，避免了由于待测样件结构层间会相对位移时产生的滑动阻力影响。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，所述框架为刚性件组成的方形构件，所述框架通过定位孔固定于所述剪切仪上，所述滑动装置与执行装置分别安装固定于框架内侧的左右对应边上。

本发明所述框架与所述剪切仪上有相对应的定位孔，安装时能够快捷方便的定位连接安装。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，所述刚性件为型钢、钢板中的任意一项或任意二项组合。

本发明的所述路面结构层间界面抗剪强度的测试方法通过以下步骤实现：

步骤a、水平放置所述剪切仪，并通过定位孔对应于应力加载装置中框架上的安装位置并进行连接固定；

步骤b、调节滑动装置中滑块至水平，对所述滑动装置中导轨进行润滑，确保滑块与导轨之间的滑动摩阻力系数在0-0.004之间；并使滑块与压力泵千斤顶顶杆处的挡板的中心轴线水平同轴；

步骤c、放置待测样件于所述剪切仪进行测试的位置处，此时待测样件的一端面接触于滑动装置上滑块，另一端面接触压力泵千斤顶上的挡板，且所述压力泵千斤顶对待测样件施加设定推力；

步骤d、所述剪切仪对待测样件施加的剪切推力进行采集数据；

步骤e、对同批次待测样件在压强为0-1.0MPa的推压力下，重复步骤b、c、d，最后绘制数据图表。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明结构简单、便于移动，可用于室内或野外试验室不同环境下测试，测试过程中剪切速率可控，能够准确反映结构层实际受力条件下界面抗剪强度状况。

2、本发明中剪切仪和应力加载装置可快速定位安装，可拆散运输。

3、本发明应力加载装置中采用执行装置模拟实际中车辆对地面施加作用力，准确还原路面实际受力情况；应力加载装置中还采用滑动装置消除了待测样件结构层间会相对位移时产生的滑动阻力影响，确保了测试试验中数据的准确。

4、本发明对待测样件加工要求低，能有效减少劳动成本。

附图说明

图1是一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备结构示意图；

图2剪切仪和应力加载装置位置关系示意图；

图3应力加载装置结构示意图；

图4待测样件结构示意图。

附图中序号：1-剪切仪，1-1-顶推环，1-2-夹具环，2-应力加载装置，3-框架，4-滑动装置，5-执行装置，6-待测样件，7-基座，8-导轨，9-滑块，10-挡板，11-定位孔。

具体实施方式

本发明将结合附图对本发明具体实施方式进行说明。以下实施例中所用到的待测样件6为由水泥混凝土与沥青混凝土两部分组成的圆柱形样件，如图4所示，可由公路路面钻芯或其他方式获得；剪切仪1为实验室已有设备便携式剪切仪，以下称为剪切仪1。

本发明的路面结构层间界面抗剪强度测试设备，包括剪切仪1和应力加载装置2，所述剪切仪1上设有顶推环1-1和夹具环1-2，所述顶推环1-1接触于待测样件6的水泥混凝土部分上，夹具环1-2套于待测样件6的沥青混凝土部分上；所述应力加载装置2包括框架3、滑动装置4和执行装置5，所述滑动装置4和执行装置5分别位于框架3内位置对应的边上，所述滑动装置4和执行装置5之间布置待测样件6，使滑动装置4、执行装置5和待测样件6处于同一直线上，使所述顶推环1-1在待测样件6的垂直方向上产生推力，使所述执行装置5在待测样件6的纵向上产生推力；其中框架3的下方固定有剪切仪1。

如图1和图3所示，所述滑动装置4包括基座7、导轨8和滑块9；所述基座7一端固定在框架3上，所述基座7另一端连接有导轨8，所述导轨8上设置有相对滑动的滑块9，所述导轨8垂直布置，使滑块9相对于基座7在垂直方向上滑行。

如图3所示，所述执行装置5采用压力泵千斤顶，所述执行装置提供的推力压强为0-1.0MPa，所述压力泵千斤顶安装固定于框架3上，所述压力泵千斤顶的顶杆上安装有与待测样件6贴合的挡板10，且所述挡板10与压力泵千斤顶的顶杆之间采用球形面接触。

所述基座7的长度可调，在所述滑块9上安装有水平仪，使待测样件6、滑块9和挡板10其中心轴线应尽可能在同一直线上，且所述滑块9与导轨8之间的滑动摩阻力系数为0-0.004。

如图2和图3所示，所述框架3为刚性件组成的方形构件，所述框架3通过定位孔11固定于剪切仪1上，所述滑动装置4与执行装置5分别安装固定于框架3内侧的左右对应边上。所述刚性件可为型钢、钢板中的任意一项或任意二项组合。

一、在实验室中测试

1、在实验室中时，剪切仪1可以安装在固定的工作面上，不需要经常移动。通过剪切仪1与应力加载装置2对应定位孔11使用螺栓固定连接，安装后保证剪切仪1顶推环1-1施加的推力垂直于框架3所在平面。

2、根据滑动装置4中滑块9上的水平仪，调节滑块9在导轨8中可以水平滑动。所述水平仪为水泡水平仪，通过水泡水平仪中水泡位置可以确定滑块9是否水平。调节滑块9水平同时应对导轨8进行润滑，确保每次试验滑块9与导轨8滑动摩阻力系数在0.004以下范围内。

3、将待测样件6置于应力加载装置2中，待测样件6水泥混凝土部分接触滑块9，待测样件6沥青混凝土部分接触挡板10。待测样件6、滑块9、挡板10其中心轴线应尽可能在同一直线上。由执行装置4压力泵千斤顶对待测样件6施加设定压力，可加载压力压强范围为：0-1.0MPa。

4、将剪切仪1上的顶推环1-1接触待测样件6水泥混凝土部分一端，剪切仪1上的夹具环1-2套住待测样件6沥青混凝土部分一端并适度夹紧，这样可以避免顶推部分局部接触应力过大造成的样件变形，有利于剪切力荷载在整个界面上的均匀分布。对剪切仪1设置试验剪切参数编号、剪切速率，进入试验数据采集准备状态，检查各部分就绪后，开始剪切试验。试验中剪切仪1推动待测样件6水泥混凝土部分，待测样件6沥青混凝土部分相对固定不动，层间界面出现剪切变形，待测样件水泥混凝土部分随滑块9在导轨8上水平运动。剪切仪1记录得到最大力，停止加载剪切推力，剪切试验完成。由于滑块9与导轨8之间摩擦力相对很小，因此记录的力值基本反映了待测工水泥混凝土部分和沥青凝土部分界面抗剪力。本实施例中剪切仪1施加最大作用力为10kN。

5、对执行装置5压力泵千斤顶卸载，打开夹具环1-2，取出剪切破坏的待测样件6，完成单个样件试验。

6、重复上述3、4、5步骤，在同批次待测样件上分别施加不同压力，进行剪切试验，得到一组剪切强度数据。得到不同应力水平下的强度回归曲线，一般为线性关系，符合摩尔库伦强度理论：τ＝c+σtanδ。

二、在户外作业测试

1、在户外作业测试时，剪切仪1、应力加载装置2需要经常拆卸、便于移动。因而通过剪切仪1与应力加载装置2对应定位孔11使用销轴连接，便于拆卸。安装后保证剪切仪1顶推环1-1施加的推力垂直于框架3所在平面。

2、依照上述实验室测试步骤中2至6步骤进行。

Claims (6)

1.一种路面结构层间界面抗剪强度测试设备，包括剪切仪(1)和应力加载装置(2)，所述剪切仪(1)上设有顶推环(1-1)和夹具环(1-2)，所述顶推环(1-1)接触于待测样件(6)的水泥混凝土部分上，夹具环(1-2)套于待测样件(6)的沥青混凝土部分上，其特征在于：所述应力加载装置(2)包括框架(3)、滑动装置(4)和执行装置(5)，所述滑动装置(4)和执行装置(5)分别位于框架(3)内位置对应的边上；所述滑动装置(4)和执行装置(5)之间布置待测样件(6)，使滑动装置(4)、执行装置(5)和待测样件(6)处于同一直线上，使所述顶推环(1-1)在待测样件(6)的垂直方向上产生推力，使所述执行装置(5)在待测样件(6)的纵向上产生推力；其中框架(3)的下方固定有剪切仪(1)；所述滑动装置(4)包括基座(7)、导轨(8)和滑块(9)；所述基座(7)一端固定在框架(3)上，所述基座(7)另一端连接有导轨(8)，所述导轨(8)上设置有相对滑动的滑块(9)，所述导轨(8)垂直布置，使滑块(9)相对于基座(7)在垂直方向上滑行；所述执行装置(5)采用压力泵千斤顶，所述压力泵千斤顶安装固定于框架(3)上，所述压力泵千斤顶的顶杆上安装有与待测样件(6)贴合的挡板(10)。

2.如权利要求1所述路面结构层间界面抗剪强度测试设备，其特征在于：所述执行装置(5)提供的压强为0-1.0MPa，且所述挡板(10)与压力泵千斤顶的顶杆之间采用球形面接触。

3.如权利要求1所述路面结构层间界面抗剪强度测试设备，其特征在于：所述基座(7)的长度可调，在所述滑块(9)上安装有水平仪，使待测样件(6)、滑块(9)和挡板(10)其中心轴线应尽可能在同一直线上，且所述滑块(9)与导轨(8)之间的滑动摩阻力系数为0-0.004。

4.如权利要求1所述路面结构层间界面抗剪强度测试设备，其特征在于：所述框架(3)为刚性件组成的方形构件，所述框架(3)通过定位孔(11)固定于剪切仪(1)上，所述滑动装置(4)与执行装置(5)分别安装固定于框架(3)内侧的左右对应边上。

5.如权利要求4所述路面结构层间界面抗剪强度测试设备，其特征在于：所述刚性件为型钢、钢板中的任意一项或任意二项组合。

6.一种采用权利要求1-5之一所述路面结构层间界面抗剪强度测试设备的测试方法，其特征在于：通过以下步骤实现：

步骤a、水平放置所述剪切仪(1)，并通过定位孔(11)对应于应力加载装置(2)中框架(3)上的安装位置并进行连接固定；

步骤b、调节滑动装置(4)中滑块(9)至水平，对所述滑动装置(4)中导轨(8)进行润滑，确保滑块(9)与导轨(8)之间的滑动摩阻力系数在0-0.004之间；并使滑块(9)与压力泵千斤顶顶杆处的挡板的中心轴线水平同轴；

步骤c、放置待测样件(6)于所述剪切仪进行测试的位置处，此时待测样件(6)的一端面接触于滑动装置(4)上滑块(9)，另一端面接触压力泵千斤顶上的挡板(10)，且所述压力泵千斤顶对待测样件(6)施加设定推力；

步骤d、所述剪切仪(1)对待测样件(6)施加的剪切推力进行采集数据；步骤e、对同批次待测样件(6)在压强为0-1.0MPa的推压力下，重复步骤b、c、d，最后绘制数据图表。