CN104697865B - 沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备 - Google Patents

Abstract

一种沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，包括设备底座、固定承载台、活动承载台、液压泵、竖向收缩杆、位移传感器、竖向加载部件和温控部件；固定承载台和活动承载台均设置在设备底座上；液压泵和位移传感器均设置在设备底座与活动承载台之间；沥青混凝土材料包括第一结构层、第二结构层以及面层；第一结构层和第二结构层分别设置在固定承载台和活动承载台上；第一结构层与第二结构层在水平方向上有间隙；面层铺在第一结构层和第二结构层上；竖向加载部件设置在面层上；温控部件设置在第二结构层中。本发明可更真实模拟沥青混凝土面层在荷载作用下的受力状况、可评价材料的抗剪性能和弹性恢复性能，确保沥青混凝土路面面层的设计更加合理。

Description

沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种道路工程路面路用性能研究设备，具体涉及到一种沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备。

背景技术

沥青混凝土路面具有初期造价低、噪声低、路面平整度好、行车舒适性好等优点，故在世界范围内应有颇多。我国95％以上的高等级公路都采用沥青路面，低等级公路中的水泥混凝土路面也在逐步改造为沥青路面，以增加行车舒适性并恢复路面路用性能。而旧水泥路面常常伴随板底脱空、断板及裂缝等病害，加铺后的沥青混凝土在裂缝处极易受到过大竖向的剪切应力而发生破坏，即裂缝反射病害。

现有技术主要从改善路面结构和提高材料强度两个方面解决裂缝反射问题：改善路面结构主要是增加加铺层厚度或在水泥层和沥青层间增加功能层来缓和路面剪切应力，这不仅增加了施工难度，更提高了经济费用；提高材料强度主要包括提高材料的抗拉和抗剪强度两个方面，现有技术对材料的抗拉和抗剪强度研究已屡见不鲜，抗剪强度主要集中于层间的性能研究，而对材料的结构性抗剪强度没有相关的研究，沥青混凝土在路面结构中的抗剪分析更能接近的模拟材料在荷载作用下的受力状况，已有学者证明材料的抗剪强度也是衡量材料塑性变形的主要影响因素。现有的材料抗剪强度研究方法主要是三轴剪切试验、单轴贯入试验、旋转剪切试验等，都没有从结构性角度进行分析材料的抗剪性能，更没有相关的研究设备。

发明内容

针对现有沥青混凝土加铺层结构性抗剪性能评价的空缺，本发明的目的在于提供一种更真实的模拟沥青混凝土加铺层在荷载作用下的受力状况、可兼顾评价材料的抗剪性能和弹性恢复性能以及确保水泥混凝土路面加铺层的设计更加合理的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备。

本发明所采用的技术方案如下：

一种沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备包括设备底座、固定承载台、活动承载台、竖向收缩杆、液压泵、位移传感器、竖向加载部件以及温控部件；所述固定承载台固定设置在设备底座上；所述活动承载台通过竖向收缩杆设置在设备底座上；所述液压泵以及位移传感器均设置在设备底座与活动承载台之间；所述液压泵驱动活动承载台进行竖向移动；所述固定承载台的上表面与活动承载台的上表面在自然状态下处于同一水平面；待测试沥青混凝土面层材料包括结构层以及面层；结构层包括第一结构层以及第二结构层；第一结构层设置在固定承载台的上表面；第二结构层设置在活动承载台的上表面；第一结构层与第二结构层在水平方向上设置有间隙；第一结构层以及第二结构层在水平面上拼接形成结构层；面层铺设在结构层的上表面；所述竖向加载部件设置在面层的上表面并置于第一结构层的正上方；所述温控部件设置在第二结构层中。

作为优选，本发明所采用的第一结构层与第二结构层之间的间隙是可调整的。

作为优选，本发明所采用的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备还包括设置在固定承载台上的间隙位置调整装置；所述间隙位置调整装置包括定位螺栓、活动夹具以及移动轨道；所述移动轨道设置在固定承载台的上表面，所述活动夹具设置在移动轨道上并可在移动轨道上进行水平移动；所述第一结构层设置在活动夹具上；所述定位螺栓通过活动夹具带动第一结构层在水平面上移动。

作为优选，本发明所采用的移动轨道是螺纹、丝杠或刻槽。

作为优选，本发明所采用的竖向加载部件包括载荷盘以及设置在载荷盘上的砝码；所述载荷盘设置在面层的上表面并置于第一结构层的正上方。

作为优选，本发明所采用的载荷盘与第一结构层的端面是平齐的。

作为优选，本发明所采用的温控部件包括电源、温控仪、热电偶以及温度探头；所述温度探头镶嵌于第二结构层中；所述热电偶置于第二结构层与活动承载台上表面之间；所述温度探头以及热电偶分别与温控仪相连；所述温控仪与电源相连。

作为优选，本发明所采用的竖向收缩杆包括第一固定杆、第二固定杆以及压缩弹簧；所述第一固定杆呈筒状；所述第二固定杆伸入第一固定杆内部；所述第二固定杆与第一固定杆之间设置有压缩弹簧；所述第一固定杆与活动承载台下表面相连；所述第二固定杆与设备底座相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，主要由荷载承载部件、位移加载部件以及温控部件构成。荷载承载部件包括固定承载台、活动承载台和竖向收缩杆；位移加载部件包括液压泵、位移传感器、载荷盘、砝码、活动夹具和定位螺栓；温控部件包括温度探头、热电偶和温控仪。结构层的一半粘贴到活动夹具上，另一半粘贴到活动承载台上，面层铺到结构层上，由载荷盘施压，使其一侧固定。液压泵使其中结构层一半做竖向位移，而另一半保持静止，力学特点分析，这就是面层在间隙处受到剪切作用，位移传感器测试结构的剪切变形量。液压泵的重复作用，使面层重复的收到剪切作用，从剪切破坏次数，位移量来评价面层材料的抗剪切性能。本发明充分模拟了沥青混凝土材料承受剪应力的工作状况，可以从结构性抗剪角度测试沥青混凝土材料的抗剪性能，并可兼顾评价沥青混凝土的变形恢复能力。可研究不同温度、不同荷载作用、不同变形工况下的抗剪性能和抗疲劳性能。对旧水泥混凝土路面加铺层和复合式路面的设计、施工都具有直接指导意义。

附图说明

图1为本发明所提供的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备的结构示意图；

图2为本发明所采用的温控部件的原理示意图；

图3是本发明所采用的竖向收缩杆的结构示意图；

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-固定承载台；2-活动承载台；3-竖向收缩杆；4-液压泵；5-位移传感器；6-载荷盘；7-砝码；8-活动夹具；9-定位螺栓；10-温度探头；11-热电偶；12-电源；13-温控仪；14-结构层；15-面层；16-第一固定杆；17-第二固定杆；18-压缩弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的技术方案进行详细说明：

参见图1以及图2，本发明提供了一种沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，包括设备底座、荷载承载部件、位移加载部件和温控部件。其中，荷载承载部件包括固定承载台1、活动承载台2和竖向收缩杆3；位移加载部件包括液压泵4、位移传感器5、载荷盘6、砝码7、活动夹具8和定位螺栓9；温控部件包括温度探头10、热电偶11和温控仪13。

固定承载台1固定设置在设备底座上；活动承载台2通过竖向收缩杆3设置在设备底座上；液压泵4以及位移传感器5均设置在设备底座与活动承载台2之间；液压泵4驱动活动承载台2进行竖向移动；固定承载台1的上表面与活动承载台2的上表面在自然状态下处于同一水平面；待测试沥青混凝土面层材料包括结构层14以及面层15；结构层14包括第一结构层以及第二结构层；第一结构层设置在固定承载台1的上表面；第二结构层设置在活动承载台2的上表面；第一结构层与第二结构层在水平方向上设置有间隙；第一结构层以及第二结构层在水平面上拼接形成结构层；面层15铺设在结构层14的上表面；竖向加载部件设置在面层的上表面并置于第一结构层的正上方；温控部件设置在第二结构层中。

荷载承载部件：固定承载台1和活动承载台2构成承载***，竖向收缩杆3保证活动承载台2竖向移动的稳定性。

位移加载部件：位移传感器5控制液压泵4对活动承载台2加载，载荷盘6上不同数量的砝码7与液压泵4提供对试件的剪切作用，定位螺栓9推动活动夹具8控制裂缝宽度。

温控部件：温控仪13通过温度探头10控制电源12给热电偶11通电。温度探头是结构层成型时布设到结构层中；热电偶布设在结构层下方的活动夹具和活动承载台的表层。

结构层14包括独立的两半(第一结构层以及第二结构层)，其中一半(第一结构层)粘贴到活动夹具8上，另一半(第二结构层)粘贴到活动承载台2上，面层15铺到结构层14上，由载荷盘6施压，使其一侧(第一结构层上的部分)固定。

载荷盘6是用来盛放砝码7，载荷盘6直接放到面层15的上部，其右侧与结构层14间隙的左侧对齐，与活动夹具8无连接。定位螺栓9与活动夹具8直接连接，定位螺栓9可以推动、拉动活动夹具8移动，使结构层14中间的间隙减小或增大。活动夹具8通过具有一定间隔的刻槽与固定承载台1连接，即通过一个一个的刻槽保证结构层14中间的间隙的固定值，保证活动夹具8在活动承载台2竖向位移的影响下，不发生横向位移。

位移传感器5控制液压泵4对活动承载台2加载，载荷盘6上不同数量的砝码7与液压泵4提供对试件的剪切作用，定位螺栓9推动活动夹具8控制裂缝宽度。

固定承载台1与活动承载台2中间有分开设置，其中的间隙根据做工精度设置为3～5mm，保证活动承载台2在竖向位移过程中，由于重心偏移而相互磨蹭，影响测试精度。

固定承载台1结构固定稳定台上或其他固定的物体上，保证测试过程中试件的左半部件保持固定状态。活动承载台2由液压泵4提供荷载，使其做出竖向位移，而竖向收缩杆3是保证活动荷载台在位移过程中不发生重心偏移而设置，只是在横向进行约束活动荷载台。参见图3，本发明所采用的竖向收缩杆包括第一固定杆16、第二固定杆17以及压缩弹簧18；第一固定杆16呈筒状；第二固定杆17伸入第一固定杆16内部；第二固定杆17与第一固定杆之间设置有压缩弹簧18；第一固定杆16与活动承载台2下表面相连；第二固定杆17与设备底座相连。

本发明的原理是：结构层14的一半粘贴到活动夹具8上，另一半粘贴到活动承载台2上，面层材料铺15到结构层14上，由载荷盘6施压，使其一侧固定。液压泵使其中结构层一半做竖向位移，而另一半保持静止，力学特点分析，这就是面层15在间隙处受到剪切作用，位移传感器5测试结构的剪切变形量。液压泵4的重复作用，使面层15重复的收到剪切作用，从剪切破坏次数，位移量来评价面层材料的抗剪切性能。本发明更真实的模拟了沥青混凝土加铺层在荷载作用下的受力状况，可兼顾评价材料的抗剪性能和弹性恢复性能，确保水泥混凝土路面加铺层的设计更加合理。

上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备包括设备底座、固定承载台、活动承载台、竖向收缩杆、液压泵、位移传感器、竖向加载部件以及温控部件；所述固定承载台固定设置在设备底座上；所述活动承载台通过竖向收缩杆设置在设备底座上；所述液压泵以及位移传感器均设置在设备底座与活动承载台之间；所述液压泵驱动活动承载台进行竖向移动；所述固定承载台的上表面与活动承载台的上表面在自然状态下处于同一水平面；待测试沥青混凝土面层材料包括结构层以及面层；结构层包括第一结构层以及第二结构层；第一结构层设置在固定承载台的上表面；第二结构层设置在活动承载台的上表面；第一结构层与第二结构层在水平方向上设置有间隙；第一结构层以及第二结构层在水平面上拼接形成结构层；面层铺设在结构层的上表面；所述竖向加载部件设置在面层的上表面并置于第一结构层的正上方；所述温控部件设置在第二结构层中。

2.根据权利要求1所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述第一结构层与第二结构层之间的间隙是可调整的。

3.根据权利要求2所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备还包括设置在固定承载台上的间隙位置调整装置；所述间隙位置调整装置包括定位螺栓、活动夹具以及移动轨道；所述移动轨道设置在固定承载台的上表面，所述活动夹具设置在移动轨道上并可在移动轨道上进行水平移动；所述第一结构层设置在活动夹具上；所述定位螺栓通过活动夹具带动第一结构层在水平面上移动。

4.根据权利要求3所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述移动轨道是螺纹、丝杠或刻槽。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述竖向加载部件包括载荷盘以及设置在载荷盘上的砝码；所述载荷盘设置在面层的上表面并置于第一结构层的正上方。

6.根据权利要求5所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述载荷盘与第一结构层的端面是平齐的。

7.根据权利要求6所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述温控部件包括电源、温控仪、热电偶以及温度探头；所述温度探头镶嵌于第二结构层中；所述热电偶置于第二结构层与活动承载台上表面之间；所述温度探头以及热电偶分别与温控仪相连；所述温控仪与电源相连。

8.根据权利要求7所述的沥青混凝土面层材料抗剪性能研究设备，其特征在于：所述竖向收缩杆包括第一固定杆、第二固定杆以及压缩弹簧；所述第一固定杆呈筒状；所述第二固定杆伸入第一固定杆内部；所述第二固定杆与第一固定杆之间设置有压缩弹簧；所述第一固定杆与活动承载台下表面相连；所述第二固定杆与设备底座相连。