一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统及比选方法与流程

1.发明涉及土工测试仪器技术领域，具体涉及一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统及比选方法。


背景技术：

2.发明对于背景技术的描述属于与发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解发明的内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
3.半刚性基层沥青路面在投入使用一段时间后，除了沥青路面常见的反射裂缝、松散剥落、拥包、车辙等病害外，还出现了沥青路面的横向拱胀，横向拱胀是道路结构内的温度—盐分共同作用使得水泥稳定碎石内应力无法释放，加之基层和路基盐胀作用下产生的。目前，拱胀病害的处置基本是借鉴水泥混凝土路面消胀缝的设置方式，即在基层中设置消胀槽，并填充柔性沥青混合料的方式，此对策在一定程度上减缓了拱胀效应。盐分和温度是引起水稳基层拱胀的重要因素，基层设置消胀槽是公认行之有效的措施，此外，消胀槽的填充材料也是影响消胀槽使用效果的重要因素，现阶段对消胀槽的研究手段主要集中于修筑试验路段，并现场监测水稳基层的温度、压力和变形。但是此种方式存在不能将不同地区的环境因素影响有效的分开的问题，过程复杂用时长，而且易受外部环境的影响，无法模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况，以及不同消胀槽的填充材料对拱胀的影响。


技术实现要素：

4.发明的目的在于提供一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统及比选方法，以解决现有对消胀槽的研究手段主要集中于修筑试验路段，此种方式无法模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况的问题。
5.发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统，其包括保温箱以及控温组件；控温组件包括恒温液浴槽以及依次设置在保温箱中并分别与恒温液浴槽连通的第一试件控温盘、第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和第二试件控温盘；第一试件控温盘与第一填充材料控温盘之间、第二试件控温盘与第二填充材料控温盘之间分别形成第一试件放置空腔和第二试件放置空腔；第一填充材料控温盘与第二填充材料控温盘之间形成消胀槽；第一试件放置空腔和第二试件放置空腔中分别设置有用于检测试件变形程度的水平位移测量件和第一垂直位移测量件；第一试件控温盘和第二试件控温盘的外侧分别设有压力传感器。
7.采用上述技术方案的有益效果为：提前制备好具有一定含盐量的两个试件，试件的体积与相对应的试件放置空腔相匹配，将第一试件放置空腔和第二试件放置空腔中分别放入试件，试件的顶部设置有水平位移测量件和第一垂直位移测量件，向消胀槽中填入第一种填充材料，设定恒温液浴槽的温度，相应的控温板和放置槽升温使得试件受热膨胀，观
察消胀槽的工作状态，此时首先需要考虑的是试件在水平和垂直方向上的变形值，也即观察水平位移测量件和第一垂直位移测量件测得的变形值，表示消胀槽在其有效范围内，允许水稳基层的变形量；其次观察试件水平方向上产生的压力，也即压力传感器测得的压力值，表示试件在温度和盐分的作用下内部产生的膨胀力大小，此时第一种填充材料的数据测试完毕后，更换第二种填充材料和试样，设定的温度与第一组填充材料的数值一致，重复上述步骤测量第二种填充材料的变形值和压力值，后续的填充材料分别重复上述步骤。
8.本技术方案消胀槽两侧的试件用于模拟实际施工作过程中使用的半刚性基层，向消胀槽中填充不同的填充材料，可以模拟不同消胀槽填充材料在半刚性基层实际工程应用中的优劣测试，通过恒温液浴槽可以调节试件的受热温度，且本技术方案简单易行，不仅可以在室内进行测试，还可以模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况，测试不同温度下消胀槽填充材料的缓解变形能力大小，通过设置水平位移测量件、第一垂直位移测量件和压力传感器获得一定温度下填充材料对缓解拱胀的能力大小，从而为工作过程中如何选取和测试消胀槽填充材料提供支撑，解决了现阶段的填充材料研究通过实际修筑试验路段测试，工程量大，且易受环境影响的问题。
9.进一步地，第二试件控温盘的外侧设置有距离调节组件，距离调节组件横向设置并与保温箱螺纹连接，距离调节组件包括连接端和调节端，连接端伸入到保温箱中并与第二试件控温盘的压力传感器连接，调节端伸出保温箱。
10.进一步地，距离调节组件包括旋转调节杆、锁紧件以及与压力传感器连接的连接板，旋转调节杆与保温箱螺纹连接，旋转调节杆的一端伸入到保温箱并与连接板连接，旋转调节杆的另一端伸出保温箱并套设有锁紧件。
11.采用上述技术方案的有益效果为：将试件放置在相应的放置空腔中后，旋钮旋转调节杆，使得连接板抵住相应的压力传感器，当压力传感器测得的数据归零后，旋钮锁紧件抵住保温箱，此时两个试件的端部的距离固定。本技术方案设置距离调节组件可以调节试件与保温箱的相对距离，进而满足横向宽度较小的半刚性基层的测试需求，而且结构之间连接更为紧凑，有利于水平位移测量件和第一垂直位移测量件测量试件的膨胀力。
12.进一步地，第一填充材料控温盘和所述第二填充材料控温盘的内侧分别设置有用于测量填充材料压力的土压力盒，所述土压力盒分别与设置在所述保温箱外的应力监测仪电性连接，所述压力传感器也分别均与所述应力监测仪电性连接。
13.采用上述技术方案的有益效果为：由于试件发生拱胀其两端都会膨胀，此时处于两个试件之间的消胀槽会受到一定的压力，在第一填充材料控温盘和第二填充材料控温盘的内壁分别设置土压力盒，可以测得两个试件分别对消胀槽产生的压力值，作为消胀槽缓解变形能力的参考值，测的数据更为全面。
14.进一步地，消胀槽中设置有用于检测槽内温度的温度传感器，温度传感器电连接有设置在保温箱外的温度监测仪。
15.采用上述技术方案的有益效果为：温度传感器用于对检测消胀槽内的温度，将变形量、膨胀压与温度相对应起来，评估不同填充材料对缓解拱胀的能力大小。
16.进一步地，第一试件放置空腔和第二试件放置空腔中分别设置有用于支撑试件的活动底板，活动底板的底部分别设置有多个滑轮。
17.采用上述技术方案的有益效果为：由于试样在加热的时候会发生一定的膨胀，体
积变大，将试件设置在活动底板上，随着温度升高，试件膨胀活动底板在相应的放置空腔中移动，减少试件与保温箱底部的摩擦，获得更为精准的变形值和压力值。
18.进一步地，第一试件控温盘、第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和第二试件控温盘均为中空结构；恒温液浴槽的调温介质输出管分别与第一试件控温盘、第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和第二试件控温盘的顶部连通，恒温液浴槽的调温介质回流管分别与第一试件控温盘、第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和第二试件控温盘的底部连通。
19.采用上述技术方案的有益效果为：实际施工作过程中，在半刚性基层中设置消胀槽来减缓路面发生的拱胀效应，本技术方案在两个试件之间设置了消胀槽，用于模拟实际使用的消胀槽设置结构。考虑到实际使用过程中，消胀槽和半刚性基层材料均处于同一环境下，第一填充材料控温盘和第二填充材料控温盘可以对填充材料进行加热，试件的两端分别通过相应的填充材料控温盘和试件控温盘进行加热，第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和试件控温盘均由恒温液浴槽进行调节，实现消胀槽和试件的同步加热，也使得试件和消胀槽的受热更为均匀。
20.进一步地，消胀槽中设置有用于测量填充材料变形程度的第二垂直位移测量件。
21.进一步地，第二垂直位移测量件的数量为2,2个第二垂直位移测量件分别设置在第一填充材料控温盘和第二填充材料控温盘的内侧。
22.一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统的比选方法，其包括以下步骤：
23.s1：将第一种填充材料放置在消胀槽中，第一试件放置空腔和第二试件放置空腔分别放入试件，通过恒温液浴槽调节第一试件控温盘、第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和第二试件控温盘的温度并加热试件一定的时间；
24.s2：水平位移测量件和第一垂直位移测量件分别测量试件水平方向和垂直方向的变形程度，压力传感器测量试件所产生的应力值；
25.s3：选择多种填充材料重复上述步骤s1和s2，得到每一种填充材料的变形程度和应力值；
26.s4：以相同温度下水平位移测量件测得的数值取平均值，并对平均值进行对比，选取水平位移值在允许范围内的填充材料；
27.s5：以相同温度下第一垂直位移测量件测得的数值取平均值，并对平均值进行对比，选取垂直位移值在允许范围内的填充材料；
28.s6：以相同温度下压力传感器测得的应力值作为纵坐标，时长作为横坐标分别绘制出填充材料的应力随时间变化的曲线，选取应力值在允许范围内的填充材料；
29.s7：选取水平位移值和垂直位移值均在允许范围内，且相同温度下应力值最小的填充材料作为最优填充材料。
30.发明具有以下有益效果：
31.(1)本发明消胀槽两侧的试件用于模拟实际施工作过程中使用的半刚性基层，向消胀槽中填充不同的填充材料，可以模拟不同消胀槽填充材料在半刚性基层实际工程应用中的优劣测试，通过恒温液浴槽可以调节试件的受热温度，且本技术方案简单易行，不仅可以在室内进行测试，还可以模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况，测试不同温度下消胀槽填充材料的缓解变形能力大小，通过设置水平位移测量件、第一垂直位移测量件和
压力传感器获得一定温度下填充材料对缓解拱胀的能力大小，从而为工作过程中如何选取和测试消胀槽填充材料提供支撑，解决了现阶段的填充材料研究通过实际修筑试验路段测试，工程量大，且易受环境影响的问题。
32.(2)本发明考虑到实际使用过程中，消胀槽和半刚性基层材料均处于同一环境下，第一填充材料控温盘和第二填充材料控温盘可以对填充材料进行加热，试件的两端分别通过相应的填充材料控温盘和试件控温盘进行加热，第一填充材料控温盘、第二填充材料控温盘和试件控温盘均由恒温液浴槽进行调节，实现消胀槽和试件的同步加热，也使得试件和消胀槽的受热更为均匀。
33.(3)本发明设置距离调节组件可以调节试件与保温箱的相对距离，进而满足横向宽度较小的半刚性基层的测试需求，而且结构之间连接更为紧凑，有利于水平位移测量件和第一垂直位移测量件测量试件的膨胀力。
34.(4)本发明在第一填充材料控温盘和第二填充材料控温盘的内壁分别设置土压力盒，可以测得两个试件分别对消胀槽产生的压力值，作为消胀槽缓解变形能力的参考值，测的数据更为全面。
35.(5)本发明的温度传感器用于对检测消胀槽内的温度，将变形量、膨胀压与温度相对应起来，评估不同填充材料对缓解拱胀的能力大小。
附图说明
36.图1为本发明半刚性基层消胀槽填充材料测试系统的结构示意图。
37.图2为本发明的压力检测组件的结构示意图。
38.图3为本发明的恒温液浴槽的结构示意图。
39.图中：1-保温箱；21-第一试件控温盘；22-第一填充材料控温盘；23
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第二填充材料控温盘；24-第二试件控温盘；25-恒温液浴槽；201-第一试件放置空腔；202-消胀槽；203-第二试件放置空腔；3-活动底板；401-水平位移测量件；402-第一垂直位移测量件；403-第二垂直位移测量件；5-压力传感器；7-距离调节组件；701-旋转调节杆；702-锁紧件；703-连接板；801
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土压力盒；802-应力监测仪；9-温度测量组件；901-温度传感器；902-温度监测仪。
具体实施方式
40.以下结合附图对发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释发明，并非用于限定发明的范围。
41.本发明的试件为半刚性基层，考虑到发生拱胀的地区均位于硫酸盐渍土地区，根据研究区域集料的含盐量测试结果，将需要比选的填充材料及研究区域的基层材料按不同的硫酸盐用量进行配置，测量并记录养生完成后的试件的断面尺寸和长度并将长轴的两个端面磨平。
42.请参照图1，一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统，其包括保温箱 1以及控温组件，控温组件包括恒温液浴槽25以及依次设置在保温箱1中并分别与恒温液浴槽25连通的第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24。第一试件控温盘21与第一填充材料控温盘22之间、第二试件控温盘24与第二填充材料
控温盘23之间分别形成第一试件放置空腔201和第二试件放置空腔203；第一填充材料控温盘22与第二填充材料控温盘23之间形成消胀槽202；第一试件放置空腔 201和第二试件放置空腔203中分别设置有用于检测试件变形程度的水平位移测量件401和第一垂直位移测量件402；第一试件控温盘21和第二试件控温盘24的外侧分别设有压力传感器5。在本实施例中，第一试件控温盘21 和第二试件控温盘24的外侧指的是第一试件控温盘21和第二试件控温盘24 相互远离的一侧，将第一试件放置空腔201和第二试件放置空腔203中分别放入试件，向消胀槽202中填入第一种填充材料，设定恒温液浴槽25的温度，试件受热膨胀，观察消胀槽202的工作状态，测的变形值和压力值，此时第一种填充材料的数据测试完毕后，更换第二种填充材料和试样，设定的温度与第一组填充材料的数值一致，重复上述步骤测量第二种填充材料的变形值和压力值，并对所得的数值进行比选得出最优的消胀槽202填充材料，后续的填充材料均循环上述步骤。本发明消胀槽202两侧的试件用于模拟实际施工作过程中使用的半刚性基层，向消胀槽202中填充不同的填充材料，可以模拟不同消胀槽202填充材料在半刚性基层实际工程应用中的优劣测试，通过恒温液浴槽25可以调节试件的受热温度，且本发明简单易行，不仅可以在室内进行测试，还可以模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况，测试不同温度下消胀槽202填充材料的缓解变形能力大小，通过设置水平位移测量件401、第一垂直位移测量件402和压力传感器5获得一定温度下填充材料对缓解拱胀的能力大小，从而为工作过程中如何选取和测试消胀槽202填充材料提供支撑，解决了现阶段的填充材料研究通过实际修筑试验路段测试，工程量大，且易受环境影响的问题。
43.保温箱1采用透明隔热材料，透明材料隔热材料为有机玻璃，保温箱1 的顶部设有密封盖，当需要安装第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘 22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24时打开密封盖，试验开始前将密封盖盖上。
44.请参照图2，第一填充材料控温盘22和第二填充材料控温盘23的内侧分别设置有用于测量填充材料压力的土压力盒801，土压力盒801分别与设置在保温箱1外的应力监测仪802电性连接，压力传感器5也分别均与应力监测仪802电性连接。应力监测仪802的型号为proto-ixrd-mgr，土压力盒 801型号为yt-zx-0300。土压力盒801分别设置在填充材料的中部两侧，在本实施例中，土压力盒801可以设置在相对应的填充材料控温盘上，制备相匹配填填充材料，确保土压力盒801与填充材料接触，也可以在填充材料放置的过程中放置在填充材料与相对应的控温盘之间。由于试件发生拱胀其两端都会膨胀，此时处于两个试件之间的消胀槽202会受到一定的压力，在第一填充材料控温盘22和第二填充材料控温盘23的内壁分别设置土压力盒 801，可以测得两个试件分别对消胀槽202产生的压力值，作为消胀槽202 缓解变形能力的参考值，测的数据更为全面。
45.消胀槽202中还设置有用于检测槽内温度的温度传感器901，温度传感器901电连接有设置在保温箱1外的温度监测仪902。温度监测仪902的型号为ewq-001，温度传感器901用于对检测消胀槽202内的温度，将变形量、膨胀压与温度相对应起来，评估不同填充材料对缓解拱胀的能力大小。
46.消胀槽202中设置有用于测量填充材料变形程度的第二垂直位移测量件403。在本实施例中，水平位移测量件401、第一垂直位移测量件402和第二垂直位移测量件403均为千分表，在制备试件的时候，在试样的中部预埋有 2个钢片，水平位移测量件401竖直设置并
钢片连接，第一垂直位移测量件 402横向设置并与钢片垂直连接；将填充材料填充在消胀槽202中后，填充材料预埋有2个钢片，第二垂直位移测量件403横向设置并分与钢片垂直连接。实际施工作过程中，在半刚性基层中设置消胀槽202来减缓路面发生的拱胀效应，本发明在两个试件之间设置了消胀槽202，用于模拟实际使用的消胀槽202设置结构。将第一试件放置空腔201和第二试件放置空腔203中分别放入试件，试件的顶部设置有水平位移测量件401和第一垂直位移测量件402，向消胀槽202中填入第一组填充材料，设定恒温液浴槽25的温度，相应的控温板和放置槽升温使得试件受热膨胀，观察消胀槽202的工作状态，此时首先需要考虑的是试件在水平和垂直方向上的变形值，也即观察水平位移测量件401和第一垂直位移测量件402测得的变形值，表示消胀槽202在其有效范围内，允许水稳基层的变形量；其次观察试件水平方向上产生的压力，也即压力传感器5测得的压力值，表示试件在温度和盐分的作用下内部产生的膨胀力大小。
47.第一试件放置空腔201设置在消胀槽202的左侧，第二试件放置空腔203 设置在消胀槽202的右侧(以图中所示方位为准)，第一试件放置空腔201 和第二试件放置空腔203中分别设置有用于支撑试件的活动底板3，活动底板3的底部分别设置有多个滑轮。由于试样在加热的时候会发生一定的膨胀，体积变大，将试件设置在活动底板3上，随着温度升高，试件膨胀活动底板 3在相应的放置空腔中移动，减少试件与保温箱1底部的摩擦，获得更为精准的变形值和压力值。
48.请参照图1至图3，第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24均为中空结构，第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24的顶部与保温箱1之间留有一定的距离，防止干扰千分表读数。恒温液浴槽25 为高低温恒温液浴槽25，恒温液浴槽25的型号为ch3030，恒温液浴槽25 设有调温介质输出管和调温介质输出管，调温介质输出管设有多个分支，分支分别与第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24的顶部连通，调温介质输出管设有多个分支，分支分别与述恒温液浴槽25的调温介质回流管分别与第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24的底部连通。考虑到实际使用过程中，消胀槽202和半刚性基层材料均处于同一环境下，第一填充材料控温盘22和第二填充材料控温盘23可以对填充材料进行加热，试件的两端分别通过相应的填充材料控温盘和试件控温盘进行加热，第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23 和第二试件控温盘24均由恒温液浴槽25进行调节，实现消胀槽202和试件的同步加热，也使得试件和消胀槽202的受热更为均匀。
49.第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23 和第二试件控温盘24相对活动设置在保温箱1中，压力传感器5的型号为 gp2y0a02yk0f。在本实施例中，第二试件控温盘24的外侧设置有距离调节组件7，在其他实施例中距离调节组件7可以设置在第一试件控温盘21的外侧。距离调节组件7包括旋转调节杆701、锁紧件702以及与相对应的压力传感器5连接的连接板703，旋转调节杆701与保温箱1螺纹连接，旋转调节杆701为螺栓，锁紧件702为螺母，旋转调节杆701的连接端伸入到保温箱1并与连接板703连接，旋转调节杆701的调节端伸出保温箱1并套设有锁紧件702。第一试件放置空腔201和第二试件放置空腔203中分别放入试件，旋钮旋转调节杆701，使得连接板703抵住相应的压力传感器5，并推动试件和填充材料向左移动，当压力传感器5测得的数据归零后，旋钮锁紧件702抵
住保温箱1，此时两个试件的端部的距离固定。本发明设置距离调节组件7可以调节试件与保温箱1的相对距离，进而满足横向宽度较小的半刚性基层的测试需求，而且结构之间连接更为紧凑，有利于水平位移测量件 401和第一垂直位移测量件402测量试件的膨胀力。
50.一种半刚性基层消胀槽填充材料测试系统的比选方法，方法包括以下步骤：
51.s1：将第一种填充材料放置在消胀槽202中，第一试件放置空腔201和第二试件放置空腔203分别放入试件，通过恒温液浴槽25调节第一试件控温盘21、第一填充材料控温盘22、第二填充材料控温盘23和第二试件控温盘24的温度并加热试件一定的时间；
52.s2：水平位移测量件401和第一垂直位移测量件402分别测量试件水平方向和垂直方向的变形程度，压力传感器5测量试件所产生的应力值；
53.s3：选择多种填充材料重复上述步骤s1和s2，得到每一种填充材料的变形程度和应力值；
54.s4：以相同温度下水平位移测量件401测得的数值取平均值，并对平均值进行对比，选取水平位移值在允许范围内的填充材料；
55.s5：以相同温度下第一垂直位移测量件402测得的数值取平均值，并对平均值进行对比，选取垂直位移值在允许范围内的填充材料；
56.s6：以相同温度下压力传感器5测得的应力值作为纵坐标，时长作为横坐标分别绘制出填充材料的应力随时间变化的曲线，选取应力值在允许范围内的填充材料；
57.s7：选取水平位移值和垂直位移值均在允许范围内，且相同温度下应力值最小的填充材料作为最优填充材料。
58.以上所述仅为发明的较佳实施例，并不用以限制发明，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。