CN108645705A - 沥青再生薄膜界面性能评价试验装置 - Google Patents

Abstract

沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，本发明涉及一种沥青再生薄膜界面性能评价试验设备，它要解决现有沥青再生剂的使用性能难以进行有效评价的问题。该试验装置是在底板的上板面设置有底梁座，底梁座上竖立有两根立柱和两根滚珠丝杆，底梁座的中部设置有试验台，顶板设置在2根立柱的柱顶面上，反力梁中一号直线轴承套设在立柱上，反力梁中的丝杆螺母套设在滚珠丝杆上，第二加载杆竖直设置并穿设在二号直线轴承内，第二加载杆的杆顶面与振子连接，第一加载杆与第二加载杆之间设置有力传感器，样品安置装置放置在试验台上。本发明能够实现线性加载和正弦波动加载两种模式，模拟路面结构中车辆荷载，评价再生剂/沥青复合材料及其界面的疲劳特性。

Description

沥青再生薄膜界面性能评价试验装置

技术领域

本发明涉及一种沥青再生薄膜界面性能评价试验设备，主要针对沥青路面再生技术中所添加再生剂的力学性能进行评价。

背景技术

随着近年沥青路面数量的飞速增长，其能源资源的消耗显著增加。根据国际沥青路面协会和欧洲沥青学会的估计，2007年全世界约生产16亿吨的沥青，而其中约85％的沥青用于道路、机场的修建。由此可见沥青路面的修筑耗费了极多的自然资源。然而自然资源是有限的，目前普遍认为地球储备的石油资源不足1370亿吨，按目前的开采速度还能开采仅仅40～50年。尽管随着新油田的发现，这个数字还有可能延长，但是随着石油资源的匮乏甚至枯竭，优质沥青材料产量将受到严重影响。在此背景下，我国旧沥青路面的养护、重建面临着巨大的挑战。再生沥青混凝土技术，也称回收沥青混凝土技术，是将旧的沥青路面铣刨、材料回收后，不加或加入部分新料及再生剂重新拌合、摊铺、碾压，成型的沥青路面铺筑技术。再生剂的目的主要为调节和改善沥青材料由于老化造成的组分失衡，恢复混合料的设计使用性能，从而修复已老化的沥青材料。再生沥青混凝土技术能够有效减少能源资源的利用，并且能够很好地处置旧的废弃料，起到变废为宝的作用，具有巨大的经济及环境价值，迎合了当下国际社会可持续发展的主流理念，是未来发展的必然趋势之一。

事实上，沥青混凝土的再生技术已经出现100多年，而真正在国际上得到广泛研究和应用却是在上个世纪八十年代的石油危机之后的美国和欧洲，在同时期，该技术开始传入我国。然而我国开始大范围研究和推广是在2000年之后。因此沥青混凝土的再生技术并不是一个新技术，而且其实际应用历史已经有数十年，尽管如此，再生混凝土在性能方面仍存在许多问题，因此关于再生混凝土性能的研究仍是当下最热门的研究课题之一。

目前国际上沥青再生剂的工业产品及科研产品有许多种类，包括高浓度乳化沥青材料、煤焦油基材料、原油基材料、生物油基材料等等。生产再生剂产品的厂商也有很多，包括国际知名品牌壳牌和科来福等，也包括国内的许多小众品牌。这些小众品牌往往具有地域性，即这些小众的再生剂产品主要服务本地的道路工程养护建设。基于这个原因，国内大多再生剂厂商往往不具备很强的科研能力，生产出来的产品也良莠不齐。雪上加霜的是，目前国内尚没有关于再生混凝土技术的行业标准和规范。对于再生剂产品也没有标准的评价方法和理论。这使得再生剂的选用往往是基于经验的。与此同时，国际上最新的研究也表明，性能较差的再生剂产品往往不仅不能提高再生混凝土的性能，反而对其性能有害，加剧路面病害的产生。因此，提出相关的再生剂性能评价方法迫在眉睫。

而为了日后行业内推广，则要求所研发的设备成本不能过高，技术难度不能过大，否则相关技术单位无法负担，广大技术人员使用困难，不利于技术推广。

发明内容

本发明的目的是要解决现有沥青再生剂的使用性能难以进行有效评价的问题，而提供一种沥青再生薄膜界面性能评价试验装置。

本发明沥青再生薄膜界面性能评价试验装置包括底板、底梁座、顶板、反力梁、2根立柱、2根滚珠丝杆、2个一号直线轴承、1个二号直线轴承、第一加载杆、第二加载杆、振子、力传感器、位移传感器、试验台、样品安置装置和控制电机，在底板的上板面设置有底梁座，底梁座的左右两侧均竖立有一根立柱和一根滚珠丝杆，底梁座的中部设置有试验台，顶板设置在2根立柱的柱顶面上，每根滚珠丝杆的两端分别套设在底梁座和顶板上的丝杆轴承内，滚珠丝杆通过控制电机驱动，2根滚珠丝杆通过皮带同步传动；

反力梁的左右两侧均设置有一个一号直线轴承和一个丝杆螺母，反力梁的中部设置有二号直线轴承，反力梁中的一号直线轴承套设在立柱上，反力梁中的丝杆螺母套设在滚珠丝杆上，第二加载杆竖直设置并穿设在二号直线轴承内，第二加载杆的杆顶面与振子连接，第二加载杆的杆底面与力传感器相连，第一加载杆竖直设置，第一加载杆的杆顶面与力传感器相连，第一加载杆的杆底面与样品安置装置的固定基板相连接；

样品安置装置放置在试验台上，样品安置装置由盛样板、粘接板、固定基板和固定螺栓组成，盛样板设置在试验台上，盛样板的板面上开有圆形样品槽，粘接板和固定基板通过固定螺栓贴合连接，在粘接板的下板面中心处设置有圆柱压头，位移传感器位于样品安置装置的上部。

本发明沥青再生薄膜界面性能评价试验装置结构简单，能够实现线性加载和正弦波动加载两种模式，通过上下移动反力梁高度实现线性加载，通过振子上下往复运动，将其加速度转化成惯性力，从而实现正弦荷载，来模拟路面结构中车辆荷载，评价再生剂/沥青复合材料及其界面的疲劳特性。界面的疲劳特性直接决定了再生沥青混凝土的性能，是评价再生剂材料性能的关键指标，为再生混凝土技术的进一步普及应用提供了技术支持。

附图说明

图1是本发明沥青再生薄膜界面性能评价试验装置的结构示意图；

图2是样品安置装置的剖视图；

图3是反力梁的结构示意图；

图4是振子的结构示意图；

图5是连接轴的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式沥青再生薄膜界面性能评价试验装置包括底板1、底梁座2、顶板3、反力梁4、2根立柱5、2根滚珠丝杆6、2个一号直线轴承7、1个二号直线轴承8、第一加载杆9、第二加载杆10、振子11、力传感器12、位移传感器13、试验台14、样品安置装置15和控制电机16，在底板1的上板面设置有底梁座2，底梁座2的左右两侧均竖立有一根立柱5和一根滚珠丝杆6，底梁座2的中部设置有试验台14，顶板3设置在2根立柱5的柱顶面上，每根滚珠丝杆6的两端分别套设在底梁座2和顶板3上的丝杆轴承内，滚珠丝杆6通过控制电机16驱动，2根滚珠丝杆6通过皮带同步传动；

反力梁4的左右两侧均设置有一个一号直线轴承7和一个丝杆螺母6-1，反力梁4的中部设置有二号直线轴承8，反力梁4中的一号直线轴承7套设在立柱5上，反力梁4中的丝杆螺母6-1套设在滚珠丝杆6上，第二加载杆10竖直设置并穿设在二号直线轴承8内，第二加载杆10的杆顶面与振子11连接，第二加载杆10的杆底面与力传感器12相连，第一加载杆9竖直设置，第一加载杆9的杆顶面与力传感器12相连，第一加载杆9的杆底面与样品安置装置15的固定基板15-4相连接；

样品安置装置15放置在试验台14上，样品安置装置15由盛样板15-1、粘接板15-2、固定基板15-4和固定螺栓15-5组成，盛样板15-1设置在试验台14上，盛样板15-1的板面上开有圆形样品槽，粘接板15-2和固定基板15-4通过固定螺栓15-5贴合连接，在粘接板15-2的下板面中心处设置有圆柱压头15-3，位移传感器13位于样品安置装置15的上部。

本实施方式通过位移传感器13测量第一加载杆的位移大小。

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的振子11包括矩形框架11-1、固定柱11-2、振子直线轴承11-3、配重环11-4、曲柄转轴11-5、连接轴11-6、连接杆11-7和振子电机，矩形框架11-1的上框下表面竖立有固定柱11-2，振子直线轴承11-3套设在固定柱11-2上，振子直线轴承11-3的外表面沿径向对称延伸出2个支撑轴，多个配重环11-4套设在支撑轴上，矩形框架11-1的左框和右框内各设置有轴承，曲柄转轴11-5的两端分别套设在左框和右框的轴承内，连接轴11-6套设在曲柄转轴11-5的曲柄颈上，位于连接轴11-6轴体外表面的两根连接杆11-7挂设在振子直线轴承11-3的下端面上，所述的曲柄转轴11-5由振子电机驱动旋转。

本实施方式连接轴的左右两端设置有连接轴轴承11-8。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的力传感器12为s型拉压力传感器。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是底板1的下板面设置有多个橡胶支座17。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是2个一号直线轴承7、1个二号直线轴承8和2个丝杆螺母6-1通过螺丝固定在反力梁4上。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是盛样板15-1插接在试验台14上。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是反力梁4的宽度为9～12cm。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是底板1与顶板3之间立柱5的长度为970mm。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是第一加载杆9与固定基板15-4通过螺纹连接。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是反力梁4与振子11之间的第二加载杆10上套设有弹簧18。

实施例：本实施例沥青再生薄膜界面性能评价试验装置包括底板1、底梁座2、顶板3、反力梁4、2根立柱5、2根滚珠丝杆6、2个一号直线轴承7、1个二号直线轴承8、第一加载杆9、第二加载杆10、振子11、力传感器12、位移传感器13、试验台14、样品安置装置15和控制电机16，在底板1的上板面设置有底梁座2，底梁座2的左右两侧均竖立有一根立柱5和一根滚珠丝杆6，底梁座2的中部设置有试验台14，顶板3设置在2根立柱5的柱顶面上，每根滚珠丝杆6的两端分别套设在底梁座2和顶板3上的丝杆轴承内，滚珠丝杆6通过控制电机16驱动，2根滚珠丝杆6通过皮带同步传动；

反力梁4的左右两侧均设置有一个一号直线轴承7和一个丝杆螺母6-1，反力梁4的中部设置有二号直线轴承8，反力梁4中的一号直线轴承7套设在立柱5上，反力梁4中的丝杆螺母6-1套设在滚珠丝杆6上，第二加载杆10竖直设置并穿设在二号直线轴承8内，第二加载杆10的杆顶面与振子11连接，第二加载杆10的杆底面与力传感器12相连，第一加载杆9竖直设置，第一加载杆9的杆顶面与力传感器12相连，第一加载杆9的杆底面与样品安置装置15的固定基板15-4通过螺纹连接；

样品安置装置15放置在试验台14上，样品安置装置15由盛样板15-1、粘接板15-2、固定基板15-4和固定螺栓15-5组成，盛样板15-1插接在试验台14上，盛样板15-1的板面上开有圆形样品槽，粘接板15-2和固定基板15-4通过固定螺栓15-5贴合连接，在粘接板15-2的下板面中心处设置有圆柱压头15-3，位移传感器13通过支架固定在样品安置装置15的上部。

本实施例在线性加载模式下测试样品直接拉伸性能的试验过程如下：

一、将盛样板静置于水平桌面，将热沥青1g倒入盛样板的圆形样品槽内，将粘接板的圆柱压头挤压热沥青，并平放至盛样板的圆形样品槽内，保证粘接板的压头面沾满沥青，然后将盛样板和粘接板一同放入140℃烘箱内放置10分钟，保证沥青样品流平；

二、将粘接板拿起，倒置，即压头朝上放置，保证盛样板和粘接板水平，置于140℃烘箱内加热15分钟；

三、从烘箱中取出盛样板和粘接板，粘接板依旧倒置于水平桌面，盛样板则放置于冰柜中，在-20℃环境下静置60分钟；

四、用纸巾擦除盛样板中沥青表面的水分及冰，该操作宜在冰柜中进行；

五、用细毛刷蘸取再生剂均匀的涂布于盛样板沥青表面，保证再生剂涂布量为0.1g±0.02g，该操作需在冰柜中操作；

六、从冰柜中取出盛样板，迅速置于室温环境下的干燥皿中，静置60分钟；

七、从干燥皿中取出盛样板，将粘接板的圆柱压头朝下，使粘接板的圆柱压头与盛样皿沥青接触；

八、使用小锤轻敲数下固定基板，使得粘接板的圆柱压头与沥青接触紧密，静置24小时；

九、将盛样板固定在试验台上，粘接板与固定基板通过螺栓连接，固定基板再与第一加载杆通过螺纹连接；

十、启动控制电机，控制反力梁上移至其即将接触振子；

十一、启动位移传感器和压力传感器数据采集模块，采集频率不小于50Hz，启动控制电机，保持转速恒定，横梁移动速度为5mm/min；

十二、当盛样板与粘接板完全脱开，停止控制电机，读取力传感器最大值F及其对应的绝对位移值L。

本实施例在正弦波加载模式下测试样品直接拉伸性能的试验过程如下：

一、将盛样板静置于水平桌面，将热沥青1g倒入盛样板的圆形样品槽内，将粘接板的圆柱压头挤压热沥青，并平放至盛样板的圆形样品槽内，保证粘接板的压头面沾满沥青，然后将盛样板和粘接板一同放入140℃烘箱内放置10分钟，保证沥青样品流平；

二、将粘接板拿起，倒置，即压头朝上放置，保证盛样板和粘接板水平，置于140℃烘箱内加热15分钟；

三、从烘箱中取出盛样板和粘接板，粘接板依旧倒置于水平桌面，盛样板则放置于冰柜中，在-20℃环境下静置60分钟；

四、用纸巾擦除盛样板中沥青表面的水分及冰，该操作宜在冰柜中进行；

五、用细毛刷蘸取再生剂均匀的涂布于盛样板沥青表面，保证再生剂涂布量为0.1g±0.02g，该操作需在冰柜中操作；

六、从冰柜中取出盛样板，迅速置于室温环境下的干燥皿中，静置60分钟；

七、从干燥皿中取出盛样板，加装长杆螺丝，将粘接板的圆柱压头朝下，使板上四周圆孔穿过长杆螺丝，并让压头与盛样皿沥青接触；

八、使用小锤轻敲数下固定基板，使得粘接板的圆柱压头与沥青接触紧密，静置24小时；

九、将盛样板固定在试验台上，粘接板与固定基板通过螺栓连接，固定基板再与第一加载杆通过螺纹连接；

十、启动控制电机，控制反力梁移动至距振子2cm处；

十一、添加配重，使得振子内振子直线轴承和配重环的总质量为2.65kg；

十二、启动位移传感器，设置采集频率不小于1Hz；

十三、启动振子电机，控制振子电机的转速为10r/s，然后开始记录时间，在该转速下试件所受峰值荷载为1MPa；

十四、当位移传感器采集位移值突变异常，说明盛样板与粘接板界面失效，立即停止振子电机；

十五、记录试验运行的时间T(秒)，计算荷载循环次数C＝10*T，荷载循环次数C即为反应样品疲劳寿命的评价指标。

Claims (10)

1.沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于该沥青再生薄膜界面性能评价试验装置包括底板(1)、底梁座(2)、顶板(3)、反力梁(4)、2根立柱(5)、2根滚珠丝杆(6)、2个一号直线轴承(7)、1个二号直线轴承(8)、第一加载杆(9)、第二加载杆(10)、振子(11)、力传感器(12)、位移传感器(13)、试验台(14)、样品安置装置(15)和控制电机(16)，在底板(1)的上板面设置有底梁座(2)，底梁座(2)的左右两侧均竖立有一根立柱(5)和一根滚珠丝杆(6)，底梁座(2)的中部设置有试验台(14)，顶板(3)设置在2根立柱(5)的柱顶面上，每根滚珠丝杆(6)的两端分别套设在底梁座(2)和顶板(3)上的丝杆轴承内，滚珠丝杆(6)通过控制电机(16)驱动，2根滚珠丝杆(6)通过皮带同步传动；

反力梁(4)的左右两侧均设置有一个一号直线轴承(7)和一个丝杆螺母(6-1)，反力梁(4)的中部设置有二号直线轴承(8)，反力梁(4)中的一号直线轴承(7)套设在立柱(5)上，反力梁(4)中的丝杆螺母(6-1)套设在滚珠丝杆(6)上，第二加载杆(10)竖直设置并穿设在二号直线轴承(8)内，第二加载杆(10)的杆顶面与振子(11)连接，第二加载杆(10)的杆底面与力传感器(12)相连，第一加载杆(9)竖直设置，第一加载杆(9)的杆顶面与力传感器(12)相连，第一加载杆(9)的杆底面与样品安置装置(15)的固定基板(15-4)相连接；

样品安置装置(15)放置在试验台(14)上，样品安置装置(15)由盛样板(15-1)、粘接板(15-2)、固定基板(15-4)和固定螺栓(15-5)组成，盛样板(15-1)设置在试验台(14)上，盛样板(15-1)的板面上开有圆形样品槽，粘接板(15-2)和固定基板(15-4)通过固定螺栓(15-5)贴合连接，在粘接板(15-2)的下板面中心处设置有圆柱压头(15-3)，位移传感器(13)位于样品安置装置(15)的上部。

2.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于所述的振子(11)包括矩形框架(11-1)、固定柱(11-2)、振子直线轴承(11-3)、配重环(11-4)、曲柄转轴(11-5)、连接轴(11-6)、连接杆(11-7)和振子电机，矩形框架(11-1)的上框下表面竖立有固定柱(11-2)，振子直线轴承(11-3)套设在固定柱(11-2)上，振子直线轴承(11-3)的外表面沿径向对称延伸出2个支撑轴，多个配重环(11-4)套设在支撑轴上，矩形框架(11-1)的左框和右框内各设置有轴承，曲柄转轴(11-5)的两端分别套设在左框和右框的轴承内，连接轴(11-6)套设在曲柄转轴(11-5)的曲柄颈上，位于连接轴(11-6)轴体外表面的两根连接杆(11-7)挂设在振子直线轴承(11-3)的下端面上，所述的曲柄转轴(11-5)由振子电机驱动旋转。

3.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于所述的力传感器(12)为s型拉压力传感器。

4.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于底板(1)的下板面设置有多个橡胶支座(17)。

5.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于2个一号直线轴承(7)、1个二号直线轴承(8)和2个丝杆螺母(6-1)通过螺丝固定在反力梁(4)上。

6.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于盛样板(15-1)插接在试验台(14)上。

7.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于反力梁(4)的宽度为9～12cm。

8.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于底板(1)与顶板(3)之间立柱(5)的长度为970mm。

9.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于第一加载杆(9)与固定基板(15-4)通过螺纹连接。

10.根据权利要求1所述的沥青再生薄膜界面性能评价试验装置，其特征在于反力梁(4)与振子(11)之间的第二加载杆(10)上套设有弹簧(18)。