專利名稱：應用于山區(qū)公路瀝青混合料的車轍測試裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于浙青混合料路用性能的檢測領域，具體涉及一種山區(qū)公路浙青混合料車轍的試驗裝置與方法。
背景技術：
截止2010年底，全國高速公路通車總里程達7. 4萬公里。根據(jù)交通運輸部發(fā)布的 《交通運輸“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，“十二五”末，我國國家高速公路網(wǎng)將基本建成，高速公路總里程將達到10. 8萬公里。在已通車和規(guī)劃建設的高速公路中，浙青混凝土路面占到了絕大多數(shù)的比例。雖然高等級浙青路面的設計壽命為15年，但從我國實際使用情形看，大部分浙青路面在運營后，短的2 3年，長的壙10年就出現(xiàn)了各種形式的損壞。在路面各類病害中，車轍是浙青路面主要病害之一，它影響路面的平整度，降低路面的使用品質。20世紀70 年代末，美國AASHTO在各州進行的浙青路面損壞調查表明，在被調查的44條主要公路中就有13條公路的破壞是由車轍引起的，占被調查總數(shù)的29. 5%。在我國，近幾年來經濟發(fā)展迅速，道路交通量及交通荷載不斷增加，車輛行駛渠化現(xiàn)象突出，這些因素促使浙青路面在較短的使用年限內產生過大的車轍。為了減緩浙青路面車轍病害的出現(xiàn)，對浙青混合料抗車轍性能進行有效的評價是混合料設計的重要環(huán)節(jié)。目前，可用于研究浙青混合料抗車轍性能的試驗方法很多，包括實驗室內圓柱試件的單軸、三軸或徑向的靜載、動載、重復荷載試驗；簡單剪切的靜載、動載、重復荷載試驗；中空圓柱試件的動載、剪切試驗；棱柱形梁試件的彎曲蠕變試驗；小型模擬試驗設備的車轍試驗。此外，還有大型環(huán)道、直道試驗設備的足尺路面高溫性能試驗和現(xiàn)場試驗路面的加速車轍試驗等。上述試驗方法可分為三類 ①經驗性的試驗方法，例如馬歇爾試驗方法，其指標馬歇爾穩(wěn)定度和路用性能不直接相關， 故限制了該方法的應用性能相關的試驗方法，例如室內車轍試驗、大型環(huán)道、直道試驗， 它們雖然和路面的使用性能建立了直接的聯(lián)系，但是其試驗指標不能用于路面設計，而且建立的車轍預估模型只是經驗性的，不能推廣使用；③基于性能的試驗方法，例如單軸蠕變、三軸蠕變以及彎曲蠕變試驗，這些試驗方法得到的指標可以用于路面車轍的預估和建立車轍模型。因此，目前單軸蠕變、三軸蠕變以及彎曲蠕變試驗應用較為廣泛。但是，無論單軸蠕變還是三軸動態(tài)蠕變只能模擬車輛荷載作用引起的豎向壓縮應力或者剪切應力條件下浙青混合料的永久變形，永久變形的方向與荷載壓縮應力或剪切應力的方向相同，亦即此類試驗也只能分析平原地區(qū)公路浙青混合料的高溫抗車轍性能。對于山區(qū)公路，由于車輛行駛速度的降低，以及車輛荷載產生的沿縱坡方向剪切應力的綜合作用，在一些長達縱坡的路段浙青路面的病害尤為顯著。對于長大縱坡路段車輛行駛速度慢的特點，可以在材料試驗時，采用通過增大荷載作用周期時間的方式加以模擬；而對于長達縱坡路段浙青混合料受到沿縱坡方向的剪切應力和垂直于路表的壓縮應力的共同作用， 目前的室內試驗都無法模擬。因此，設計一種浙青混合料車轍試驗裝置，測試壓縮應力和與之垂直的剪切應力共同作用下浙青混合料的永久變形，以研究山區(qū)公路浙青混合料的高溫抗車轍性能顯得十分必要。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于山區(qū)公路浙青混合料車轍試驗的裝置與方法，使其盡可能模擬浙青混合料在車輛荷載的剪切應力和豎向壓縮應力共同作用下的永久變形。技術方案
一種浙青混合料車轍測試裝置，包括與加載系統(tǒng)連接的上承臺以及與測試試件連接的下承臺，在所述的上承臺下端設置有加載壓頭，其特征在于在所述的下承臺的上端面布有四個沿圓周方向傾斜的坡面，所述的加載壓頭的數(shù)量與所述的坡面的個數(shù)相同，且加載壓頭的端面與所述的下承臺的坡面適應。所述的上承臺和下承臺之間采用彈簧連接。所述的下承臺上表面分為面積相當?shù)乃膫€扇形區(qū)域，每個區(qū)域具有相同的坡面， 坡面的斜率為需要測試的山區(qū)公路的縱向坡度。山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置，包括上承臺、下承臺、4個加載壓頭和4根連接上承臺和下承臺的彈簧。上承臺為圓柱體鋼塊，下承臺的上表面分為面積相等的4個扇形區(qū)域，每個區(qū)域具有相同的沿圓周方向傾斜的坡面，坡面的斜率與加載壓頭底面的斜率相反，使得加載壓頭底面與坡面可以完全接觸。當豎向荷載通過上承臺和加載壓頭作用于下承臺時，下承臺的坡面斜率和加載壓頭底面的斜率可激發(fā)下承臺發(fā)生沿圓周方向的扭轉作用，使得浙青混合料圓柱體試件受到水平方向剪切應力和豎向壓縮應力的共同作用， 從而實現(xiàn)山區(qū)公路浙青混合料受力的模擬。所述的試件固定與連接系統(tǒng)包括下承臺與浙青混合料試件上表面之間的粘結件、 浙青混合料試件下表面與底座之間的粘結件。上述裝置適合測試浙青混合料的圓柱體試件，其直徑為10cm，高度一般為15cm ； 當對實際浙青路面內混合料車轍性能進行評價時，也可根據(jù)路面實際鉆取的芯樣厚度確定。本發(fā)明的測試方法步驟是步驟一根據(jù)需要測定的浙青混合料級配、浙青用量和空隙率要求，在實驗室內采用旋轉壓實成型高度為15cm、直徑為IOcm的浙青混合料圓柱體試件；或者從山區(qū)公路實際路面結構中，采用鉆孔取芯的方法，獲得直徑為10cm、高度不小于IOcm的圓柱體；
步驟二 選擇與山區(qū)公路縱坡接近的下承臺坡面斜率；把圓柱體試件放入到60°C的環(huán)境中，保溫至少2h，在其上下表面涂抹高強度膠水，并分別與底座和下承臺牢固連接；
步驟三在材料性能簡單試驗機上調整圍壓大小、偏應力水平、周期和間歇時間等參數(shù)，進行三軸動態(tài)壓縮試驗，獲取試件的壓縮應變與加載周期的關系曲線，并以測試所得的流動數(shù)作為評價浙青混合料高溫抗車轍能力的指標。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果是(1)本發(fā)明實現(xiàn)了浙青混合料在水平剪切應力和豎向壓縮應力共同作用下永久變形的測試，可用于評價長大縱坡路段浙青混合料的高溫抗車轍性能；(2)通過加載裝置中，下承臺坡面斜率的變化，可以對不同縱坡加以模擬； (3)本發(fā)明只是在動態(tài)壓縮蠕變試驗的基礎上，對加載裝置系統(tǒng)重新設計，無需大型專業(yè)設備，便于使用操作。


圖1為山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置正視圖； 圖2為山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置俯視圖3為山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置側視圖； 圖4為山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置下承臺立體示意圖； 圖5為山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗示意圖。其中1-上承臺；2-壓頭；3-彈簧；4-下承臺坡面；5-下承臺；6_浙青混合料試件；7-高強度膠水；8-試驗機底座。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明所述的山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置做進一步詳細描述。本發(fā)明的山區(qū)公路浙青混合料的車轍試驗裝置由兩部分構成包括加載裝置系統(tǒng)和試件固定與連接系統(tǒng)。(1)加載裝置系統(tǒng)
參見圖1，加載裝置系統(tǒng)包括上承臺1、下承臺5、4根加載壓頭2以及連接上承臺與下承臺的4根彈簧3。其中，上承臺為高度為2cm、直徑為IOcm的鋼制圓柱體；下承臺的高度為4cm，其底面為直徑為IOcm的圓形，上表面被寬度為5mm的“十”字分為面積相等的4個扇形，每個扇形沿垂直于“十”字邊的逆時針方向即圓周方向具有相同斜率的坡度。4根彈簧的兩頭分別焊接在下承臺的“十”字邊和上承臺底部，距上、下承臺側面的距離為1cm。加載壓頭為截面為5mmX5mm、高度為18mm的棱柱體，且壓頭底部與下承臺4個扇形坡面平行； 加載壓頭為中空結構，通過中空結構內的螺絲與上承臺連接。(2)試件固定與連接系統(tǒng)
浙青混合料的圓柱體試件6與下承臺底部接觸，考慮到試驗過程中浙青混合料試件水平方向的扭轉作用通過上表面?zhèn)鬟f，因此圓柱體試件的上下表面一定要平整、平行。且試件的上、下表面需要進行粘結固定，本發(fā)明采用高強度膠水7者環(huán)氧樹脂粘結試件的上表面與加載裝置的下承臺、試件的下表面與底座。下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明所述的山區(qū)公路浙青混合料車轍試驗的方法進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。實施例山區(qū)公路浙青混合料車轍試驗的方法，包括如下步驟 (1)浙青混合料試件的成型
①當評價新拌浙青混合料抗車轍性能時
按照需要評價的浙青混合料的級配、浙青用量和空隙率要求，采用旋轉壓實成型直徑為150mm、高度為170mm的圓柱體試件。采用鉆取芯樣和高精度雙面鋸切割成直徑為100mm、 高度為150mm的圓柱體試件，并確保試件的上下表面平行且平滑。②當評價實際路面混合料抗車轍性能時采用鉆孔取芯機，對山區(qū)公路浙青路面的面層鉆取芯樣，芯樣直徑為100mm，高度不小于150mm的圓柱體，采用高精度雙面鋸切割成直徑為100mm、高度為IOOmm的試件。(2)浙青混合料試件的處理與安放
把浙青混合料試件放入到設定溫度的環(huán)境箱中，保存至少池。并在圓柱體試件的上下表面涂抹高強度膠水或者環(huán)氧浙青，把試件放入到材料簡單性能試驗機中，使得試件底面與試驗機底座、試件上表面與本發(fā)明所述的車轍試驗裝置緊密粘結，待膠水或環(huán)氧浙青干燥、粘結牢固。(3)車轍試驗
在材料簡單性能試驗機上，設置三軸動態(tài)蠕變試驗的圍壓、偏應力水平、荷載作用周期、間歇時間等車轍試驗參數(shù)，并對浙青混合料試件進行三軸動態(tài)蠕變試驗，獲得試件軸向的壓縮變形與荷載作用時間的關系曲線，并讀取試件的流動數(shù)以評價浙青混合料的高溫抗車轍性能。
權利要求
1.一種應用于山區(qū)公路浙青混合料車轍測試裝置，包括與加載系統(tǒng)連接的上承臺以及與測試試件連接的下承臺，在所述的上承臺下端設置有加載壓頭，其特征在于在所述的下承臺的上端面布有四個沿圓周方向傾斜的坡面，所述的加載壓頭的數(shù)量與所述的坡面的個數(shù)相同，且加載壓頭的端面與所述的下承臺的坡面適應。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的上承臺和下承臺之間采用彈簧連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于所述的下承臺上表面分為面積相當?shù)乃膫€扇形區(qū)域，每個區(qū)域具有相同的坡面，坡面的斜率為需要測試的山區(qū)公路的縱向坡度。
4.利用權利要求1所述的裝置測試浙青混合料抗車轍性能的方法，其特征包含以下步驟步驟一根據(jù)需要測定的浙青混合料級配、浙青用量和空隙率要求，在實驗室內采用旋轉壓實成型高度為15cm、直徑為IOcm的浙青混合料圓柱體試件；或者從山區(qū)公路實際路面結構中，采用鉆孔取芯的方法，獲得直徑為10cm、高度不小于IOcm的圓柱體；步驟二 選擇與山區(qū)公路縱坡接近的下承臺坡面斜率；把圓柱體試件放入到60°C的環(huán)境中，保溫至少2h，在其上下表面涂抹高強度膠水，并分別與底座和下承臺牢固連接；步驟三在材料性能簡單試驗機上調整圍壓大小、偏應力水平、周期和間歇時間等參數(shù)，進行三軸動態(tài)壓縮試驗，獲取試件的壓縮應變與加載周期的關系曲線，并以測試所得的流動數(shù)作為評價浙青混合料高溫抗車轍能力的指標。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于山區(qū)公路瀝青混合料車轍測試裝置及方法，測試裝置包括與加載系統(tǒng)連接的上承臺以及與測試試件連接的下承臺，在所述的上承臺下端設置有加載壓頭，其特征在于在所述的下承臺的上端面布有四個沿圓周方向傾斜的坡面，所述的加載壓頭的數(shù)量與所述的坡面的個數(shù)相同，且加載壓頭的端面與所述的下承臺的坡面適應。本發(fā)明可對不同縱坡條件下瀝青混合料的車轍性能進行測試，便于瀝青混合料的優(yōu)選，且操作簡潔、無需大型專業(yè)設備。
文檔編號G01N3/32GK102445397SQ20111031124
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權日2011年10月14日
發(fā)明者于新, 陳俊 申請人:河海大學