CN110823717B - 一种半柔性路面抗剪强度测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半柔性路面抗剪强度测试装置及测试方法。包括以下步骤：S1：加工试件内芯，并在试件内芯的外表面裹附沥青、以制成沥青试件；S2：将沥青试件固定在箱盖的固定孔处；S3：将箱盖上的沥青试件***箱体内，然后通过箱盖上注入孔向箱体内注入试验材料；S4：待试验材料凝固后，通过拉力设备将沥青试件从试验材料中拉出；S5：测量并计算各沥青试件与试验材料的剪切接触面积，然后通过求和的方式计算出总剪切接触面积；S6：读取拉力设备的施力载荷，并通过施力载荷与总剪切接触面积的比值确定剪切应力。本发明为半柔性路面抗剪强度的测试提供了设备和方法支持，极大的方便了对半柔性路面的抗剪作用的研究。

Description

一种半柔性路面抗剪强度测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及半柔性路面抗剪强度测试技术领域，特别是涉及一种半柔性路面抗剪强度测试装置及测试方法。

背景技术

在道路工程中,沥青路面的破坏形式多种多样,原因也不尽相同,其中一个重要原因是沥青混合料的强度和稳定性，在因混合料破坏而引起的路面损坏过程中，剪切破坏是其主要破坏形式。混合料的剪切破坏主要是沥青本身的剪切破坏以及沥青与集料接触表面的剪切破坏。

以往由于试验技术与试验设备等多方面原因,对于路面结构抗剪性能的试验并没有明确的要求,也无合适的试验器具进行沥青混合料及路面层间剪切试验，而沥青混合料的剪切试验对于道路的破坏研究是具有重要意义的，能够为沥青路面的现场施工提供重要的数据和理论依据，鉴于此，提供一种专门用于测量沥青路面剪切强度的测试装置及测试方法成为一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半柔性路面抗剪强度测试方法，用于解决现有技术中对于沥青等半柔性路面的剪切强度试验缺乏相应的试验方法的技术问题。本发明的目的还在于提供一种应用于测试方法的半柔性路面抗剪强度测试装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种半柔性路面抗剪强度测试装置，采用如下的技术方案：

一种半柔性路面抗剪强度测试装置包括分体设置的箱体和箱盖，所述箱体上设置有供箱盖扣合的敞口；箱盖上设置有固定孔、注入孔以及把手结构，所述固定孔用于固定沥青试件，所述注入孔用于向箱体内注入试验材料，所述把手结构用于与拉力设备连接、以将沥青试件从注入的试验材料中拉出。

进一步地，所述把手结构螺纹装配在箱盖上，箱盖上设置有用于固定把手结构的螺纹通孔，螺纹通孔构成所述的注入孔。

进一步地，所述注入孔设置在中部位置，所述固定孔有多个且沿着注入孔的周向方向间隔布置。

进一步地，所述箱盖的周向边缘设置有挡止结构，所述挡止结构用于与箱体敞口的口沿相互挡止、以将箱盖挡止限位在箱体的敞口位置处。

本发明还提供了一种半柔性路面抗剪强度测试方法，采用如下的技术方案：

一种半柔性路面抗剪强度测试方法包括以下步骤：

S1：加工试件内芯，并在试件内芯的外表面裹附沥青、以制成沥青试件；

S2：将沥青试件固定在箱盖的固定孔处；

S3：将箱盖上的沥青试件***箱体内，然后通过箱盖上注入孔向箱体内注入试验材料；

S4：待试验材料凝固后，通过拉力设备将沥青试件从试验材料中拉出；

S5：测量并计算各沥青试件与试验材料的剪切接触面积，然后通过求和的方式计算出总剪切接触面积；

S6：读取拉力设备的施力载荷，并通过施力载荷与总剪切接触面积的比值确定剪切应力。

进一步地，还包括以下步骤：S7：重复上述步骤并测量出多组剪切应力数据，对测量的剪切应力数据取平均值。

进一步地，在步骤S1中，所述试件内芯被加工打磨成圆柱体。

进一步地，在步骤S2中，所述沥青试件通过胶黏剂粘贴固定在对应的固定孔处。

进一步地，在步骤S5中，所述剪切接触面积通过沥青试件的底面周长与剪切接触面的高度的乘积计算得出。

进一步地，在步骤S4中，还包括在沥青试件的底部周侧固定压力传感器，所述压力传感器用于监测沥青试件是否已从试验材料中完全拉出。

本发明实施例一种半柔性路面抗剪强度测试装置、半柔性路面抗剪强度测试方法与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提供了一种专门用于对沥青等半柔性路面进行抗剪强度测试的测试装置和测试方法，为半柔性路面抗剪强度的测试提供了设备和方法支持，极大的方便了对半柔性路面的抗剪作用的研究。并且本发明的测试装置结构简单，成本低廉，能够充分满足试验经费有限的需求。

附图说明

图1是本发明实施例1的半柔性路面抗剪强度测试装置的侧向俯视示意图；

图2是本发明实施例1的半柔性路面抗剪强度测试装置的侧向仰视示意图；

图3是本发明实施例2的半柔性路面抗剪强度测试装置的侧向俯视示意图；

图4是本发明实施例2的半柔性路面抗剪强度测试装置的侧向仰视示意图。

图中，1-箱体，2-箱盖，201-把手结构，202-固定孔，203-注入孔，204-挡止结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的半柔性路面抗剪强度测试装置的实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例优选实施例的一种半柔性路面抗剪强度测试装置(以下简称测试装置)。测试装置包括分体设置的箱体1和箱盖2，所述箱体1上设置有供箱盖2扣合的敞口；箱盖2上设置有固定孔202、注入孔203以及把手结构201，所述固定孔202用于固定沥青试件，所述注入孔203用于向箱体1内注入试验材料，所述把手结构201用于与拉力设备连接、以将沥青试件从注入的试验材料中拉出。

具体而言，本实施例中测试装置的箱体1为圆桶状，箱体1包括底盖和曲面侧壁，箱体1的顶部为敞口。与箱体1的敞口形状相适配的，本实施例中箱盖2为圆板状，箱盖2上设置有固定孔202、注入孔203以及把手结构201。本实施例中把手结构201整体为阶梯状，把手结构201包括圆饼部和圆柱部，圆饼部即为一块圆形板，圆柱部即为一根圆柱。本实施例中把手结构201螺纹装配在箱盖2上，具体的，箱盖2的中心位置设置有供把手结构201螺纹装配的螺纹通孔，而圆柱部的外周侧则对应设置有外螺纹，固定把手结构201时，将圆柱部旋入螺纹通孔内即可。

需要说明的是，本实施例中箱盖2的径向尺寸略小于箱体1的敞口尺寸，这样在试验时能够使得箱盖2***敞口内，通过箱盖2和敞口内壁的挡止限位作用，可以使得固定在各固定孔202处的沥青试件垂直***箱体1内，避免了沥青试件倾斜***敞口内时，向箱盖2施加拉拔的作用力的方向与各沥青试件处于非平行的情况，当出现这种情况，试验材料会对沥青试件造成一定的挡止作用，从而使得将沥青试件拔出的作用力变大，影响试验测量的精度。

本实施例中注入孔203用于在箱盖2扣合在箱体1敞口处时向箱体1内注入试验材料，为了简化对箱盖2上注入孔203的布置方式，本实施例中将注入孔203和箱盖2上用于固定把手结构201的螺纹通孔设计为一体。在其他实施例中注入孔203也可以与螺纹通孔分开设置，此时用于固定把手的螺纹通孔可以为盲孔。由于把手结构201在试验时需要承受作用力，为了保证所施加作用力的平衡分布，本实施例中将螺纹通孔设置在箱盖2的中心位置处。

本实施例中固定孔202有多个，固定孔202均为圆孔，在其他实施例中也可以为方形孔、五边形孔、六边形孔、半圆孔、异型孔等。这些固定孔202沿着螺纹通孔(即注入孔203)的周向方向等间隔设置。具体如图2所示。本实施例中固定孔202用于固定沥青试件，试验时，箱盖2上可以同时固定多个沥青试件，通过对多个沥青试件的同时测试一定程度上可以减少沥青试件数量较少时所造成的试验误差，提升测试结果的准确性。

本发明的半柔性路面抗剪强度测试装置的实施例二

如图3和图4所示，实施例2与实施例1的区别技术特征在于：本实施例中在箱盖2的周向边缘位置设置有挡止结构204，具体的，本实施例中挡止结构204为设置在箱盖2周边的一圈凸起，当箱盖2扣合在箱体1的敞口处时，箱盖2是部分***敞口内，而挡止结构204则会与敞口的口沿位置相互挡止，从而避免了箱盖2完全***箱体1内或者掉入箱体1内。挡止结构204的设置使得箱盖2***箱体1内的量是固定的，这样能够避免每次***深度的不同所产生的试验误差，提升了每次试验的一致性，进一步消除了试验误差。

另外，本实施例中各固定孔202均为设置在箱盖2上的通孔，由于本实施例中沥青试件是通过胶黏剂粘贴固定在对应的固定孔202内的，胶黏剂具体为环氧树脂，各固定孔202为通孔的设计方便了后期对残留的环氧树脂进行清除。

本发明的半柔性路面抗剪强度测试装置的实施例三

实施例3与实施例1的区别技术特征在于：为了方便观察箱体1内试验材料的注入情况，本实施例中在箱体1上设置有观察窗，观察窗即为固定在箱体1侧壁上一块透明板。透明板为条形且沿着箱体1的深度方向延伸布置，透明板上还设置有刻度尺。

本发明的半柔性路面抗剪强度测试方法(以下简称测试方法)的实施例一

本实施例的测试方法包括以下步骤：

S1：加工试件内芯，并在试件内芯的外表面裹附沥青、以制成沥青试件

具体而言，本实施例中需要首先加工多个试件内芯，你内芯为圆柱状，在其他实施例中也可以为棱柱状、半圆柱状等。本实施例中试件内芯的材质为天然石料，各试件内芯需要加工成直径为20mm、高度为100mm的统一规格，需要说明的是，本实施例中试件内省的规格参数是依据固定孔202的直径、箱体1的深度进行选取的，当固定孔202的直径、箱体1的深度有所调整时，选取相对应的加工规格即可。待试件内芯加工完成后，将这些试件内芯放入搅拌机内与沥青进行搅拌，从而实现对试件内芯外表沥青的裹附，需要说明的是，在其他实施例中，也可以采用涂抹的方式在试件内芯的表面裹附沥青。各试件内芯裹附完成后即制成沥青试件。

S2：将沥青试件固定在箱盖2的固定孔202处

具体而言，本实施例中通过粘贴的方式将各沥青试件固定在各固定孔202内，本实施例中通过胶黏剂将沥青试件粘贴在各固定孔202内，胶黏剂具体为环氧树脂，粘贴过程中可以将胶黏剂涂抹在沥青试件的对应端部，也可以将胶黏剂首先倒入固定孔202内。

S3：将箱盖2上的沥青试件***箱体1内，然后通过箱盖2上注入孔203向箱体1内注入试验材料

具体而言，待各沥青试件均一一对应的粘贴固定在对应的固定孔202内后，将各沥青试件***箱体1内即可。需要说明的是，本实施例中箱盖2上没有设置挡止结构204，当各沥青试件***后，各沥青试件的底部是与箱体1的底部接触的。然后旋拧下把手结构201，通过螺纹通孔(即注入孔203)向箱体1内注入试验材料即可，注入完毕后将把手结构201再次旋拧上。本实施例中试验材料具体为砂浆。

S4：待试验材料凝固后，通过拉力设备将沥青试件从试验材料中拉出

具体而言，待试验材料注入完成后，静置一段时间、以使砂浆凝固，然后将测试装置防止在专门的拉力设备处将各沥青试件从试验材料中拉出即可。需要说明的是，本实施例中拉力设备为万能试验仪，启动拉力设备进行拉拽之前，需要通过胶黏剂将把手结构201的圆饼部与拉力设备的拉力头粘贴固定在一起，为了保证了试验结果的准确性，本实施例中拉力头所施加拉力的方向应当尽可能的与各沥青试件的延伸方向平行。

此外，本实施例中还包括在沥青试件的底部周侧(非粘贴端)固定压力传感器的步骤，本实施例中压力传感器具体为压力应变片，压力传感器通过导线与数据采集装置连接，本实施例中数据采集装置为笔记本电脑。压力传感器的设置方便了对沥青试件是否完全被拉出进行观测，当沥青试件完全与试验材料分离时，压力传感器会处于非受力状态，此时笔记本电脑上的压力数据不再显示，从而可以判断沥青试件已完全从试验材料中拉出，并判断拉力试验结束。在其他实施例中，也可以采用人眼观察的方式判断沥青试件是否完全与试验材料分离，此时可以不设置压力传感器。

需要说明的是，为了保证拉力施加过程的稳定性，本实施例中将拉力设备的拉动速度选定为2mm/min。在其他实施例中，可以根据实际情况选定对应的拉动速度。

S5：测量并计算各沥青试件与试验材料的剪切接触面积，然后通过求和的方式计算出总剪切接触面积

具体而言，待沥青试件完全从试验材料中拉出后，取下测试装置，然后对箱盖2上的各沥青试件测量剪切接触面积。本实施例中由于测量的是沥青试件和试验材料之间的剪切应力，所以各沥青试件的部分外周面即为剪切接触面积，剪切接触面积通过沥青试件的底面周长与剪切接触面积的高度的乘积计算得出。测量时需要首先测量对应沥青试件的底面周长，具体的，底面周长可以通过首先测量沥青试件的底面直径，然后通过直径算出底面周长的方式获得，也可以通过软绳缠绕沥青试件一周，然后测量软绳的对应长度获得。

本实施例中剪切接触面积的高度通过直接测量的方式获得，由于从试验材料中剪切分离的沥青试件表面会留下试验材料的印记，通过测量该印记的高度即可测量出剪切接触面积的高度。

最后通过剪切接触面积的高度乘以测量的沥青试件的底面周长即可计算出单个沥青试件的剪切接触面积，然后将计算出的各剪切接触面积求和即可得到总剪切接触面积。

S6：读取拉力设备的施力载荷，并通过施力载荷与总剪切接触面积的比值确定剪切应力

具体而言，本实施例中，由于各沥青试件从试验材料中拉出是一个过程，本实施例中读取的拉力设备的施力载荷实际上是这个过程中拉力的平均值。而通过受力分析，读取的拉力设备施力载荷大小可视为沥青和试验材料破坏时所需要的剪切力大小，由于总剪切接触面是在步骤S5中可以获知的，通过读取的拉力设备施力载荷除以总剪切接触面积即可得出对应剪切应力，该剪切应力即为本实施例中所要测量的剪切强度。

S7：重复上述步骤并测量出多组剪切应力数据，对测量的剪切应力数据取平均值

具体而言，为了进一步消除试验误差，本实施例中设计有多组试验，每一组试验均重复上述步骤S4～S6，从而得到每一组中所测量的剪切应力数据，最后对测量的各剪切应力数据求取平均值即可，求取的平均值即可视为最终试验所测量的沥青路面的剪切强度数值。

综上，本发明实施例提供了一种半柔性路面抗剪强度测试装置及对应的半柔性路面抗剪强度测试方法，其为半柔性路面抗剪强度的测试提供了设备和方法支持，极大的方便了对半柔性路面的抗剪作用的研究。并且本发明的测试装置结构简单，成本低廉，能够充分满足试验经费有限的需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种半柔性路面抗剪强度测试装置，其特征在于：包括分体设置的箱体(1)和箱盖(2)，所述箱体(1)上设置有供箱盖(2)扣合的敞口；箱盖(2)上设置有固定孔(202)、注入孔(203)以及把手结构(201)，所述固定孔(202)用于固定沥青试件，所述注入孔(203)用于向箱体(1)内注入试验材料，所述把手结构(201)用于与拉力设备连接、以将沥青试件从注入的试验材料中拉出；所述把手结构(201)螺纹装配在箱盖(2)上，箱盖(2)上设置有用于固定把手结构(201)的螺纹通孔，螺纹通孔构成所述的注入孔(203)。

2.根据权利要求1所述的半柔性路面抗剪强度测试装置，其特征在于：所述注入孔(203)设置在中部位置，所述固定孔(202)有多个且沿着注入孔(203)的周向方向间隔布置。

3.根据权利要求1所述的半柔性路面抗剪强度测试装置，其特征在于：所述箱盖(2)的周向边缘设置有挡止结构(204)，所述挡止结构(204)用于与箱体(1)敞口的口沿相互挡止、以将箱盖(2)挡止限位在箱体(1)的敞口位置处。

4.一种半柔性路面抗剪强度测试方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：加工试件内芯，并在试件内芯的外表面裹附沥青、以制成沥青试件；

S2：将沥青试件固定在箱盖(2)的固定孔(202)处；

S3：将箱盖(2)上的沥青试件***箱体(1)内，然后通过箱盖(2)上注入孔(203)向箱体(1)内注入试验材料；

S4：待试验材料凝固后，通过拉力设备将沥青试件从试验材料中拉出；

S5：测量并计算各沥青试件与试验材料的剪切接触面积，然后通过求和的方式计算出总剪切接触面积；

S6：读取拉力设备的施力载荷，并通过施力载荷与总剪切接触面积的比值确定剪切应力。

5.根据权利要求4所述的半柔性路面抗剪强度测试方法，其特征在于还包括以下步骤：S7：重复上述步骤并测量出多组剪切应力数据，对测量的剪切应力数据取平均值。

6.根据权利要求5所述的半柔性路面抗剪强度测试方法，其特征在于：在步骤S1中，所述试件内芯被加工打磨成圆柱体。

7.根据权利要求5所述的半柔性路面抗剪强度测试方法，其特征在于：在步骤S2中，所述沥青试件通过胶黏剂粘贴固定在对应的固定孔(202)处。

8.根据权利要求5所述的半柔性路面抗剪强度测试方法，其特征在于：在步骤S5中，所述剪切接触面积通过沥青试件的底面周长与剪切接触面的高度的乘积计算得出。

9.根据权利要求5所述的半柔性路面抗剪强度测试方法，其特征在于：在步骤S4中，还包括在沥青试件的底部周侧固定压力传感器，所述压力传感器用于监测沥青试件是否已从试验材料中完全拉出。

Images