CN107560937B - 一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法，属于交通道路技术领域，特别涉及道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法。本发明所述测试夹具包括夹持拉伸组件和成型组件；所述测试方法具体过程为：步骤一、制作若干沥青混凝土试块；步骤二、制作若干试件；步骤三、进行若干组试件剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；步骤四、计算破坏应变ε及破坏剪切应力τ；步骤五、根据破坏应变ε及破坏剪切应力τ对灌缝胶的抗剪切性能进行评价。本发明解决了现有技术无法有效评价道路灌缝胶的抗剪切性能，导致道路养护部门在分析灌缝胶失效机理时存在不足的问题。本发明可运用于灌缝胶性能测试。

Description

一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法

技术领域

本发明属于交通道路技术领域，特别涉及道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法。

背景技术

裂缝是最为常见的一种路面病害，目前处理路面裂缝病害的方法通常为灌缝，道路灌缝胶作为一种常见的灌缝材料被养护部门广泛应用。道路灌缝胶应具有良好的低温变形能力，对于道路灌缝胶低温变形性能的测试方法主要为拉伸试验，此前，经文献检索，专利号为201310133624.6的发明专利提供了一种灌缝材料低温性能测试的加载装置。然而道路灌缝胶在服役过程中会受到温度应力及车轮荷载的综合剪切作用，道路灌缝胶由改性沥青高分子聚合物材料制成，通常多为沥青、橡胶及其他改性剂的混合物，该材料抗剪性能和抗张拉性能存在明显差异，传统的拉伸试验无法有效评价道路灌缝胶的抗剪切性能，导致道路养护部门在分析灌缝胶失效机理时存在不足。因此，需开发一种道路灌缝胶剪切夹具并提出基于此夹具测试道路灌缝胶抗剪切性能的新方法。

发明内容

本发明为解决现有技术无法有效评价道路灌缝胶的抗剪切性能，导致道路养护部门在分析灌缝胶失效机理时存在不足的问题，提供了一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法。

本发明所述一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具，包括夹持拉伸组件和成型组件；

所述夹持拉伸组件包括两相对设置的夹持臂，每一夹持臂包括一底板与一垂直固设于底板的侧板；其中一底板内侧设置有限位凹槽，另一底板内侧设置有限位凸起，所述限位凹槽与所述限位凸起相互匹配；所述侧板向内侧延伸制有试样槽；

所述成型组件包括一垫块与两限位块，所述两限位块对称的设置于垫块上，两限位块内侧面与所述垫块形成矩形孔槽；所述垫块与两限位块的宽度相等；

所述试样槽的高度等于矩形孔槽高度与两倍垫块高度之和，试样槽两侧面之间的距离大于矩形孔槽两侧面之间的距离；

当所述夹持拉伸组件合拢时，即，所述限位凹槽与限位凸起相套接时，两试样槽对齐，且两试样槽之间的距离等于所述垫块的宽度。

本发明所述一种道路灌缝胶抗剪切性能测试方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、制作若干沥青混凝土试块：按实际路面结构中面层材料级配选取沥青混凝土块，用切割机将选取的沥青混凝土块切割为与试样槽尺寸相同的沥青混凝土试块；

步骤二、制作若干沥青混凝土试块与灌缝胶块组成的试件；

步骤三、进行若干组试件剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；

试件剪切的具体过程如下：

步骤三一、安装夹持拉伸组件于灌缝材料低温性能测试的加载装置中，使所述限位突体与限位凹槽相套接；

步骤三二、将制备好的试件安装于试样槽中；

步骤三三、在规定的试验温度下保温大于等于4h；

步骤三四、连接加载装置，设定加载速率及加载量程；

步骤三五、对试件进行剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；

步骤四、计算破坏应变ε及破坏剪切应力τ；

步骤五、根据破坏应变ε及破坏剪切应力τ对灌缝胶的抗剪切性能进行评价。

本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：

通过在-15℃温度，100mm/h的加载速率下，采用本发明分别对三种灌缝胶进行的抗剪切性能测试试验，可知本发明有如下优点：

(1)、利用本发明提出的道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具及测试方法来测定道路灌缝胶抗剪性能，通过对现有设备进行改造，达到利用加载装置获得剪切破坏界面上的剪切位移曲线的目的；

(2)、测试方法简单易懂，夹持拉伸组件和成型组件可反复使用达100万次；

(3)、试件的长度尺寸可通过调整成型组件限位块的距离而改变；

(4)、试件模拟灌缝胶服役环境(实际路面结构环境)，科学合理，实际工程道路中99％的灌缝胶的抗剪性能可用本发明进行评价。

附图说明

图1是本发明所述夹持拉伸组件的结构示意图；

图2是本发明所述成型组件的结构示意图；

图3是本发明所述试样成型的示意图；

图4是本发明所述试件示意图；

图5是本发明所述夹持拉伸组件和试件的装配及加载示意图；

图6是本发明实施例中试件的破坏应变与破坏剪切应力曲线图；

图7是本发明所述加载装置的示意图；

其中，21.夹持拉伸组件，22.成型组件，23.沥青混凝土试块，24.试件，25.灌缝胶，21-1.试样槽，21-2.限位凸起，21-3.限位凹槽，21-4.底板，21-5.侧板，22-1.垫块，22-2.限位块，22-3矩形孔槽。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具，包括夹持拉伸组件21和成型组件22；

如图1所示，所述夹持拉伸组件21包括两相对设置的夹持臂，每一夹持臂包括一底板21-4与一垂直固设于底板的侧板21-5；其中一底板21-4内侧设置有限位凹槽21-3，另一底板内侧设置有限位凸起21-2，所述限位凹槽21-3与所述限位凸起21-2相互匹配；所述侧板21-5向内侧延伸制有矩形的试样槽21-1；此处的内侧指的是两夹持臂相对的一侧。

如图2所示，所述成型组件22包括一垫块22-1与两限位块22-2，所述两限位块22-2对称的设置于垫块22-1上，两限位块22-2内侧面与所述垫块22-1形成矩形孔槽22-3；所述垫块22-1与两限位块22-2的宽度相等；

所述试样槽21-1的高度等于矩形孔槽22-3高度与两倍垫块22-1高度(即厚度)之和，试样槽21-1两侧面之间的距离大于矩形孔槽22-3两侧面之间的距离；这样通过成型组件22制作的试件24中部的灌缝胶块25与沥青混凝土试块23的接触面位于沥青混凝土试块23侧面的中部，且灌缝胶块25上下两个面相较于沥青混凝土试块23皆内缩相当于垫块22-1厚度的距离；

当所述夹持拉伸组件21合拢时，即，所述限位凹槽21-3与限位凸起21-2相套接时，两试样槽21-1对齐，且两试样槽21-1之间的距离等于所述垫块22-1的宽度。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述垫块22-1与两限位块22-2的宽度均为12mm。

其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是，当所述夹持拉伸组件21合拢，所述限位凹槽21-3与限位凸起21-2相套接时，两试样槽21-1之间留有间隙，并且两试样槽21-1之间的距离为12mm。

其他步骤及参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是，所述垫块22-1的高度优选为3～7mm。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二不同的是，两限位块22-2内侧面与所述垫块22-1形成的矩形孔槽22-3高度为20mm。

其他步骤及参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述夹持拉伸组件21材质优选为倔强比较高的钢性材料。

其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图2、图3、图4、图5、图7对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种道路灌缝胶抗剪切性能测试方法，所述测试方法具体包括以下步骤：

步骤一、制作若干沥青混凝土试块23：按实际路面结构中面层材料级配选取沥青混凝土块，用切割机将选取的沥青混凝土块切割为与试样槽21-1尺寸相同的沥青混凝土试块23；

步骤二、如图3，制作若干沥青混凝土试块23与灌缝胶块25组成的试件24，如图4为试件24的结构示意图；

步骤三、如图5所示，进行若干组试件24剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；

试件24剪切的具体过程如下：

步骤三一、安装夹持拉伸组件21于灌缝材料低温性能测试的加载装置中，使所述限位突体21-2与限位凹槽21-3相套接；本实施方式采用专利号为201310133624.6的发明专利提供的一种灌缝材料低温性能测试的加载装置，如图7所示，所述加载装置包括油槽1、承载板、传动单元、支撑滑动单元和加载单元；

所述传动单元包括电机3、减速机4、第一伞齿轮5、第二伞齿轮6、传动轴7、固定架8和传递件9；

支撑滑动单元包括滑轨10、滑板11、连接组件12和过渡板13；

加载单元包括压力传感器16、移动加载平台14、固定加载平台19和两套卡具15；

固定架8安装在设置在油槽1的底端面上的承载板2上，承载板2上安装有滑轨10，滑板11安装在滑轨10上且滑板11能在滑轨10上滑动，移动加载平台14用于安装试件18的一端，固定加载平台19用于安装试件18的另一端；

固定加载平台19与固定架8连接，移动加载平台14通过连接组件12与滑板11连接，固定加载平台19和移动加载平台14上各上安装有一套卡具15，两套卡具15正对设置，每套卡具15包括活动板15-1、固定板15-2、扳手15-3、柱体15-4、四根螺旋弹簧15-5和四个顶柱15-6，每套卡具15中的活动板15-1和固定板15-2并列设置，活动板15-1和固定板15-2之间穿设有四个顶柱15-6，四个顶住15-6与活动板15-1固定连接，四个顶柱15-6能在固定板15-2上滑动，每个顶柱15-6的与移动加载平台14上的试件相邻的一端设置有凸起15-7，每个顶柱15-6的与固定加载平台19上的试件相邻的一端设置有凸起15-7，位于凸起15-7与固动板15-2之间的顶柱15-6上套设有一个螺旋弹簧15-5，扳手15-3的一端和与滑板11连接的移动加载平台14转动连接，固定板15-2与活动板15-1之间设置有与扳手15-3连接的柱体15-4，扳手15-3的旋转能带动柱体15-4旋转，柱体15-4的旋转能带动活动板15-1水平往复移动；

电机3的输出轴竖向设置，电机3的输出端与减速机4的输入端连接，减速机4的输出端安装有第一伞齿轮5，第二伞齿轮6安装在传动轴7上，第一伞齿轮5与第二伞齿轮6啮合，传动轴7与固定架8转动连接，传动轴7的一端具有螺纹，传递件9安装在传动轴7的一端且二者螺纹连接，传递件9的端部安装有压力传感器16，位于压力传感器16和连接组件12之间的移动加载平台14的下端面上连接有一个过渡板13，压力传感器16的感应端指向过渡板13。

步骤三二、将制备好的试件24安装于试样槽21-1中，使沥青混凝土试块23与试样槽21-1吻合；

步骤三三、在规定的试验温度下保温大于等于4h；

步骤三四、连接加载装置，设定加载速率及加载量程；

步骤三五、对试件24进行剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；所述加载装置通过对两底板21-4施加反向的力，迫使夹持拉伸组件21的两夹持臂分离，导致试件24的灌缝胶块25处受剪切破坏；

步骤四、计算破坏应变ε及破坏剪切应力τ；

步骤五、根据破坏应变ε及破坏剪切应力τ对灌缝胶的抗剪切性能进行评价：

可以获取若干组试件24的破坏应变及破坏剪切应力，取平均值，然后根据破坏应变ε及破坏剪切应力τ对灌缝胶的抗剪切性能进行评价，或者根据破坏应变ε及破坏剪切应力τ得到破坏应变与破坏剪切应力曲线图，对灌缝胶的抗剪切性能进行评价。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是，步骤二中所述制作沥青混凝土试块23与灌缝胶块25组成的试件的具体过程为：

步骤二一、如图2所示，在矩形孔槽22-3内均匀涂刷隔离剂，将两块步骤一制作的沥青混凝土试块23对称放置于矩形孔槽22-3两侧，并与所述限位块22-2接触，调整限位块22-2之间的距离，使矩形孔槽22-3两侧面之间的距离小于沥青混凝土试块23的长度；调整限位块22-2之间的距离后，也可在矩形孔槽22-3的底面补刷隔离剂。

步骤二二、将加热至流动状的灌缝胶缓慢倒入矩形孔槽22-3内，直至填满沥青混凝土试块23与成型组件22围成的矩形空间内，浇筑时应缓慢进行，防止气泡产生，灌缝胶液面应略高于矩形孔槽22-3槽口面，然后在20℃～25℃温度下冷却大于等于2h，灌缝胶凝固成灌缝胶块25，并且与所述沥青混凝土试块23固结；

步骤二三、用热刮刀刮除顶面超出矩形孔槽22-3槽口面的灌缝胶，并将两限位块22-2及垫块22-1取出，得到一个沥青混凝土试块23与灌缝胶块25组成的试24件。

其他步骤及参数与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是，步骤四中所述破坏应变ε及破坏剪切应力τ的计算方法为：

其中：ε表示破坏应变；l表示破坏时试件24中部的灌缝胶块25的长度，由加载装置的数据采集***读取；l₀表示试件24中部的灌缝胶块25的原长(即，矩形孔槽22-3两侧面之间的距离)；τ表示破坏剪切应力；F表示破坏拉力，由加载装置的数据采集***读取，A表示试件24受剪面积，即灌缝胶块25与沥青混凝土试块23的接触面积。

其他步骤及参数与具体实施方式九相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述步骤三中进行试件24剪切的组数为3～5组。

其他步骤及参数与具体实施方式九相同。

实施例

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

首先制作道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具，包括夹持拉伸组件21和成型组件22；所述夹持拉伸组件21采用不锈钢材质，试样槽21-1的尺寸为40mm×30mm×30mm(其中，试样槽21-1两侧面之间的距离为40mm)；垫块22-1宽12mm，高5mm，两限位块22-2内侧面与所述垫块22-1形成矩形孔槽22-3；所述垫块22-1与两限位块22-2的宽度均为12mm；两限位块22-2内侧面与所述垫块22-1形成尺寸为l₀×20mm×12mm的矩形孔槽22-3。

测试具体过程为：

步骤一、制作18块沥青混凝土试块23：按实际路面结构中面层材料级配选取沥青混凝土块，用切割机将选取的沥青混凝土块切割为与试样槽21-1尺寸相同的沥青混凝土试块23；

步骤二、用B灌缝胶、C灌缝胶、D灌缝胶分别各制作3块(共计9块)沥青混凝土试块23与灌缝胶块25组成的试件24；制作试件24的具体方法为：

步骤二一、在矩形孔槽22-3内均匀涂刷隔离剂，将两块步骤一制作的沥青混凝土试块23对称放置于矩形孔槽22-3两侧，并与所述限位块22-2紧贴，调整限位块22-2之间的距离，使矩形孔槽22-3的长度小于沥青混凝土试块23的长度；

步骤二二、将加热至流动状的灌缝胶缓慢倒入矩形孔槽22-3内，直至填满沥青混凝土试块23与成型组件22围成的矩形空间内，然后在20℃～25℃温度下冷却2h，灌缝胶凝固成灌缝胶块25；

步骤二三、将两限位块22-2及垫块22-1取出，得到一个沥青混凝土试块23与灌缝胶块25组成的试件24。

步骤三、对B灌缝胶、C灌缝胶、D灌缝胶分别进行3组试件24的剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；

试件24剪切的具体过程如下：

步骤三一、安装夹持拉伸组件21于加载装置中，使所述限位突体21-2与限位凹槽21-3相套接；

步骤三二、将制备好的试件24安装于试样槽21-1中；

步骤三三、在-15℃时保温4h；

步骤三四、连接加载装置，设定加载速率为100mm/h，及加载量程；

步骤三五、对试件24进行剪切，获取灌缝胶的剪切位移曲线；

步骤四、计算破坏应变ε及破坏剪切应力τ：

步骤五、每种灌缝胶分别获取3组试件24的破坏应变及破坏剪切应力，并取平均值，最终得到如图6所示的破坏应变与破坏剪切应力曲线图，用以评价灌缝胶的抗剪切性能，并且能够得到C灌缝胶优于D灌缝胶，D灌缝胶优于B灌缝胶的结论。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具，其特征在于，包括夹持拉伸组件(21)和成型组件(22)；

所述夹持拉伸组件(21)包括两相对设置的夹持臂，每一夹持臂包括一底板(21-4)与一垂直固设于底板的侧板(21-5)；其中一底板(21-4)内侧设置有限位凹槽(21-3)，另一底板内侧设置有限位凸起(21-2)，所述限位凹槽(21-3)与所述限位凸起(21-2)相互匹配；所述侧板(21-5)向内侧延伸制有试样槽(21-1)；

所述成型组件(22)包括一垫块(22-1)与两限位块(22-2)，所述两限位块(22-2)对称的设置于垫块(22-1)上，两限位块(22-2)内侧面与所述垫块(22-1)形成矩形孔槽(22-3)；所述垫块(22-1)与两限位块(22-2)的宽度相等；

所述试样槽(21-1)的高度等于矩形孔槽(22-3)高度与两倍垫块(22-1)高度之和，试样槽(21-1)两侧面之间的距离大于矩形孔槽(22-3)两侧面之间的距离；

当所述夹持拉伸组件(21)合拢时，即，所述限位凹槽(21-3)与限位凸起(21-2)相套接时，两试样槽(21-1)对齐，且两试样槽(21-1)之间的距离等于所述垫块(22-1)的宽度；

所述垫块(22-1)与两限位块(22-2)的宽度均为12mm，当所述夹持拉伸组件(21)合拢时，两试样槽(21-1)之间的距离为12mm；

两限位块(22-2)内侧面与所述垫块(22-1)形成的矩形孔槽(22-3)高度为20mm。

2.根据权利要求1所述一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具，其特征在于，所述垫块(22-1)的高度为3～7mm。

3.根据权利要求1所述一种道路灌缝胶抗剪切性能测试夹具，其特征在于，所述夹持拉伸组件(21)材质为钢性材料。

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