沥青混合料线收缩系数测定装置及其使用方法与流程

1.本发明属于公路工程试验设备技术领域，尤其涉及一种沥青混合料线收缩系数测定装置及其使用方法。


背景技术：

2.据统计，截至2020年年底我国高速公路总里程已经达到了16.1万公里，其中沥青路面由于其良好的行车舒适性与易养护等特点，成为我国高速公路最常见路面结构，其占比高达90％以上。沥青路面作为常见的柔性路面有着良好的粘弹性能，但由于其温度敏感特性在四季温差较大的地区常易因为温度应力以及车辆荷载等耦合因素下产生各类细小裂缝，而细小的裂缝在环境因素影响下易逐步发展为网状裂缝、龟裂等严重病害进一步影响行车的安全性及舒适性。因此，如何在设计阶段针对沥青路面选材进行优化从而预防病害产生成为道路从业者切实关注的重要问题之一。
3.沥青混合料的线收缩系数是沥青路面温度应力计算必不可少的参数，它与沥青路面的温度收缩开裂密切相关，但现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中推行的沥青混合料线收缩系数试验操作繁琐复杂，对试验人员素质、经验要求极高，其弊端主要体现如下：
4.1、试验试样制备复杂，该试验规定采用轮碾法成型的车辙板试样经过切割形成200mm
×
20mm
×
20mm的长方体试样，在实际操作中耗费材料多，并且切割难度大，试样难以制备；
5.2、试验操作难度高，该试验中要求于长方体两侧正中央安装两块金属测头，并在一测头处安装收缩仪千分表，在试验进行到规定温度时，试验员迅速从水槽中取出试样并在5s内进行读数，对试验员本身经验素质要求极高；
6.3、试验读数困难且有误差，试验过程中需要试验员从温度较低的冷凝液中取出试样进行读数，试样接触空气后将升温膨胀，对试验结果造成人为误差；
7.4、试验设备影响试验精度，该试验将试样水平放置恒温水槽槽底，由于试样为长方体其底表面积较大，接触水槽面越大其摩擦力越大，将导致试验产生误差。
8.如何针对上述弊端对该试验设备及测试方法进行改善是目前探究沥青混合料线收缩系数亟须解决的问题之一。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是提供一种试验操作方便、测试结果准确的沥青混合料线收缩系数测定装置及其使用方法。
10.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
11.沥青混合料线收缩系数测定装置，包括总控装置、主水箱装置和副水箱装置，主水箱装置主要由主水箱体组成，副水箱装置主要由副水箱体组成；主水箱体一侧壁通过连通器管与橡胶软管与副水箱体侧壁连接，主水箱体另一侧壁通过冷凝液进水管、冷凝液出水
管与总控装置连接；主水箱体底设有长方体支座、圆台支座和搅拌扇，搅拌扇通过动力传感线与总控装置连接；主水箱体侧壁内设有激光测距传感器，激光测距传感器通过激光测距传感线与总控装置相连接；主水箱体内设有温度传感器，温度传感器通过温度传感线与总控装置连接；副水箱体放置于升降平台上，升降平台下连接升降杆上端、升降杆下端嵌入升降底座并通过升降传感线与总控装置连接。
12.主水箱体上有主水箱顶盖，主水箱顶盖设主水箱帽，主水箱透气管穿过主水箱帽连通主水箱体；副水箱体上有副水箱顶盖，副水箱顶盖设副水箱帽，副水箱透气管穿过副水箱帽连通副水箱体。
13.主水箱体、主水箱盖顶、副水箱体、副水箱盖顶均由钢板—塑胶泡沫—钢板结构制作。
14.长方体支座包括支座杆、轴杆、橡胶滚轴，支座杆与轴杆焊接连接，橡胶滚轴穿过轴杆形成连接，支座杆焊接于主水箱体底部；圆台支座包括圆台支座杆、可拆卸圆台承台和可滑动测块，圆台支座杆焊接于长方体支座内侧的主水箱体底部，可拆卸圆台承台下部具有与圆台支座杆可拆卸连接的螺纹结构，可滑动测块嵌入可拆卸圆台承台中部；搅拌扇设在长方体支座外侧的主水箱体底部。
15.总控装置主要由总控显示台、温度控制装置、动力控制装置组成；激光测距传感器通过激光测距传感线与总控显示台相连接；主水箱体另一侧壁通过冷凝液进水管、冷凝液出水管与温度控制装置连接；温度传感器通过温度传感线与温度控制装置连接；搅拌扇通过动力传感线与动力控制装置连接；升降杆下端嵌入升降底座并通过升降传感线与动力控制装置接。
16.激光测距传感器设置高度与放置后的试件上、中、下三轴线重合，温度传感器设置高度与试件中轴线高度一致。
17.上述装置用于测定沥青混合料线收缩系数。
18.使用上述装置测定沥青混合料线收缩系数的方法，制备相同材料及级配的沥青混合料马歇尔试样与车辙板切板后试样，采用装置分别对不同试样进行沥青混合料线收缩试验，计算其平均线收缩系数，并通过公式计算其换算系数，今后试验即可直接采用沥青混合料马歇尔试件进行试验测定。
19.上述测定沥青混合料线收缩系数的方法，按以下操作步骤进行：
20.(1)根据试验需要依据规范步骤制备相同材料、相同级配的沥青混合料马歇尔试样与车辙板试样，将车辙板试样切割成规范要求20mm
×
20mm
×
200mm尺寸大小的车辙板切板后试样；
21.(2)将车辙板切板后试样放置于主水箱体中的长方体支座上，此时激光测距传感器的高度位置正好位于试件上、中、下三轴线位置；
22.(3)按规范配备甲醇水冷凝液并注入主水箱体中，并通过冷凝液进水管、连通器管流入总控装置以及副水箱体；注入液体深度应该超过试样上方20mm以上，在主水箱体和副水箱体上部覆盖主水箱顶盖、副水箱顶盖；
23.(4)开启总控装置进行温度控制，通过温度传感器测定冷凝液温度，将冷凝液温度控制于10℃，此时搅拌扇通过动力控制装置提供动力进行旋转，对主水箱体内冷凝液温度进行均匀控制；
24.(5)当试样在冷凝液中保持10℃温度至30min后，控制总控装置开启副水箱体底部的升降杆进行快速下降，使主水箱体冷凝液快速通过连通器管及橡胶软管流入副水箱体内；当主水箱体液面低于试样底部时停止升降杆，开启总控装置采用激光测距传感器测定试样的上、中、下三轴线收缩零点并计算平均收缩零点l0；记录数据之后即刻开启升降杆进行快速上升，使主水箱体冷凝液液面恢复至试样上方20mm以上；
25.(6)开启总控装置中温度控制装置，使冷凝液开始降温，降温速率保持5℃/h，直至降至预定的终点温度-30℃，停止降温，并在此条件下保温30min；重复(5)中的试验测定操作，读取并计算平均最终收缩长度le；通过下列公式(1)、公式(2)计算平均线收缩系数cc；若需对今后试验采用马歇尔试样代替车辙板切板后试样则进行下一步试验；
26.(7)关闭总控装置中温度控制装置，使得冷凝液恢复室温；从长方体支座上取出试样，并于圆台支座杆上部安装可拆卸圆台承台，将马歇尔试样放置于可拆卸圆台承台中心位置，将可滑动测块内侧涂抹均匀502胶并沿可拆卸圆台承台凹槽纵向方向贴紧马歇尔试件，此时激光测距传感器高度也对应可滑动测块上、中、下三轴线上；
27.(8)重复(4)、(5)、(6)步骤的测定操作，并通过公式(1)、公式(2)计算马歇尔试样的平均线收缩系数cm；
28.(9)通过公式(3)计算马歇尔试样换算车辙板切割试样的换算系数a；
29.(10)记录换算系数，采用公式(4)反算车辙板切板后试样的平均线收缩系数cc；
30.公式(1)至公式(4)分别为：
[0031][0032][0033]cm
＝αccꢀꢀ
公式(3)
[0034][0035]
式中：εe—平均收缩应变；le—-20℃时试样收缩后的长度；l0— 10℃时试样的原始长度；cm—马歇尔试样的平均线收缩长度；cc—车辙板切割后试样的平均线收缩长度；δt—温度区间，为40℃；α—换算系数。
[0036]
针对目前沥青混合料线收缩系数测定存在的问题，发明人设计了一种沥青混合料线收缩系数测定装置，包括总控装置、主水箱装置和副水箱装置，主水箱装置主要由主水箱体组成，副水箱装置主要由副水箱体组成；主水箱体一侧壁通过连通器管与橡胶软管与副水箱体侧壁连接，主水箱体另一侧壁通过冷凝液进水管、冷凝液出水管与总控装置连接。据此，发明人建立了使用上述装置测定沥青混合料线收缩系数的方法，制备相同材料及级配的沥青混合料马歇尔试样与车辙板切板后试样，采用装置分别对不同试样进行沥青混合料线收缩试验，计算其平均线收缩系数，并通过公式计算其换算系数。本发明装置及其方法适用于沥青混合料线收缩系数测定，降低了试验操作难度，提高了试验检测精度，测试结果准确可靠，并且可在今后试验中直接采用马歇尔试样代替车辙板切板后试样进行测试。
附图说明
[0037]
图1是本发明沥青混合料线收缩系数测定装置的基本结构示意图。
[0038]
图2是应用本发明测试车辙板切板试验时的使用状态示意图。
[0039]
图3是应用本发明测试马歇尔试样时的使用状态示意图。
[0040]
图4是本发明中长方体支座侧视图。
[0041]
图5是本发明中圆台支座正视图。
[0042]
图6是本发明中圆台支座侧视图。
[0043]
图7是本发明中总控装置及其连接的结构框图。
[0044]
图中：1总控显示台，2冷凝进水管，3冷凝出水管，4温度传感线，5温度传感器，6激光测距传感器，7激光测距传感线，8搅拌扇，9圆台支座，10长方体支座，11主水箱盖顶，12主水箱体，13主水箱透气管，14主水箱帽，15副水箱盖顶，16副水箱体，17副水箱透气管，18副水箱帽，19升降底座，20升降杆，21连通器管，22橡胶软管，23升降传感线，24升降平台，25动力传感线，26动力控制装置，27温度控制装置，9-1可滑动测块，9-2可拆卸圆台承台，9-3圆台支座杆，10-1橡胶滚轴，10-2轴杆，10-3支座杆。
具体实施方式
[0045]
一、基本结构
[0046]
如图1所示，本发明的沥青混合料线收缩系数测定装置，包括总控装置、主水箱装置和副水箱装置，主水箱装置主要由主水箱体组成，副水箱装置主要由副水箱体组成；主水箱体一侧壁通过连通器管与橡胶软管与副水箱体侧壁连接。其中，
[0047]
主水箱体上有主水箱顶盖，主水箱顶盖设主水箱帽，主水箱透气管穿过主水箱帽连通主水箱体；副水箱体上有副水箱顶盖，副水箱顶盖设副水箱帽，副水箱透气管穿过副水箱帽连通副水箱体。主水箱体、主水箱盖顶、副水箱体、副水箱盖顶均由钢板—塑胶泡沫—钢板结构制作。
[0048]
主水箱体底设有长方体支座、圆台支座和搅拌扇；主水箱体侧壁内设有激光测距传感器(其设置高度与放置后的试件上、中、下三轴线重合)；主水箱体内设有温度传感器(其设置高度与试件中轴线高度一致)；副水箱体放置于升降平台上，升降平台下连接升降杆上端。
[0049]
如图4所示，长方体支座包括支座杆、轴杆、橡胶滚轴，支座杆与轴杆焊接连接，橡胶滚轴穿过轴杆形成连接，支座杆焊接于主水箱体底部；如图5至图6所示，圆台支座包括圆台支座杆、可拆卸圆台承台和可滑动测块，圆台支座杆焊接于长方体支座内侧的主水箱体底部，可拆卸圆台承台下部具有与圆台支座杆可拆卸连接的螺纹结构，可滑动测块嵌入可拆卸圆台承台中部；搅拌扇设在长方体支座外侧的主水箱体底部。
[0050]
总控装置主要由总控显示台、温度控制装置、动力控制装置组成；激光测距传感器通过激光测距传感线与总控显示台相连接；主水箱体另一侧壁通过冷凝液进水管、冷凝液出水管与温度控制装置连接；温度传感器通过温度传感线与温度控制装置连接；搅拌扇通过动力传感线与动力控制装置连接；升降杆下端嵌入升降底座并通过升降传感线与动力控制装置接。
[0051]
二、测定原理
[0052]
制备相同材料及级配的沥青混合料马歇尔试样与车辙板切板后试样，采用装置分别对不同试样进行沥青混合料线收缩试验，计算其平均线收缩系数，并通过公式计算其换
算系数，今后试验中可直接采用马歇尔试样代替车辙板切板后试样进行测试。
[0053]
涉及公式(1)至公式(4)分别为：
[0054][0055][0056]cm
＝αccꢀꢀ
公式(3)
[0057][0058]
式中：εe—平均收缩应变；le—-20℃时试样收缩后的长度(mm)；l0— 10℃时试样的原始长度(mm)；cm—马歇尔试样的平均线收缩长度(mm)；cc—车辙板切割后试样的平均线收缩长度(mm)；δt—温度区间，从起始温度( 10℃)至最终温度(-30℃)的差，即为40℃；α—换算系数。
[0059]
三、使用方法
[0060]
(1)根据试验需要依据规范步骤制备相同材料、相同级配的沥青混合料马歇尔试样与车辙板试样，将车辙板试样切割成规范要求20mm
×
20mm
×
200mm的尺寸大小车辙板切板后试样；
[0061]
(2)将车辙板切板后试样放置于主水箱体中的长方体支座上(见图2)，此时激光测距传感器的高度位置正好位于试件上、中、下三轴线位置；
[0062]
(3)按规范配备甲醇水冷凝液并注入主水箱体中，并通过冷凝液进水管、连通器管流入总控装置以及副水箱体；注入液体深度应该超过试样上方20mm以上，在主水箱体和副水箱体上部覆盖主水箱顶盖、副水箱顶盖；
[0063]
(4)开启总控装置进行温度控制，通过温度传感器测定冷凝液温度，将冷凝液温度控制于10℃，此时搅拌扇通过动力控制装置提供动力进行旋转，对主水箱体内冷凝液温度进行均匀控制；
[0064]
(5)当试样在冷凝液中保持10℃温度至30min后，控制总控装置开启副水箱体底部的升降杆进行快速下降，基于连通器原理，使主水箱体冷凝液快速通过连通器管及橡胶软管流入副水箱体内；当主水箱体液面低于试样底部时停止升降杆，开启总控装置采用激光测距传感器测定试样的上、中、下三轴线收缩零点并计算平均收缩零点(l0)，准确至0.001mm；记录数据之后即刻开启升降杆进行快速上升，使主水箱体冷凝液液面恢复至试样上方20mm以上；
[0065]
(6)开启总控装置中温度控制装置，使冷凝液开始降温，降温速率保持5℃/h，直至降至预定的终点温度-30℃，停止降温，并在此条件下保温30min；重复(5)中的试验测定操作，读取并计算平均最终收缩长度(le)，准确至0.001mm；通过下列公式(1)、公式(2)计算平均线收缩系数cc，此时可作为该次试验最终结果；若需对今后试验采用马歇尔试样代替车辙板切板后试样则进行下一步试验；
[0066]
(7)关闭总控装置中温度控制装置，使得冷凝液恢复室温；从长方体支座上取出试样，并于圆台支座杆上部安装可拆卸圆台承台，将马歇尔试样放置于可拆卸圆台承台中心位置(见图3)，将可滑动测块内侧涂抹均匀502胶并沿可拆卸圆台承台凹槽纵向方向贴紧马歇尔试件，此时激光测距传感器高度也对应可滑动测块上、中、下三轴线上；
[0067]
(8)重复(4)、(5)、(6)步骤的测定操作，并通过公式(1)、公式(2)计算马歇尔试样的平均线收缩系数cm；
[0068]
(9)通过公式(3)计算马歇尔试样换算车辙板切割试样的换算系数a；
[0069]
(10)记录换算系数，以便于今后试验直接采用马歇尔试样替换车辙板切割试样完成沥青混合料线收缩试验测得马歇尔试样的平均线收缩系数cm，采用公式(4)可反算车辙板切板后试样的平均线收缩系数cc。