[發(fā)明專利]一種用于瀝青路面材料與結構的扭轉剪切試驗裝置

無效

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• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102297812A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 李祖仲;陳拴發(fā);苑瑞星;房建宏;熊銳;姚運仕;岳丹
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/26
• 分類號: G01N3/26;G01N3/28
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王彩花

技術領域

本發(fā)明涉及公路工程瀝青路面材料與結構研究領域，特別涉及一種用于瀝青路面材料與結構的扭轉剪切試驗裝置。

背景技術

瀝青混合料鋪筑而成的道面具有平整、抗滑、舒適、減震等良好的使用性能和機械化施工程度高、工期短、養(yǎng)護方便等優(yōu)點，被廣泛應用于公路路面和機場道面。瀝青混合料是一種具有粘彈流變特性的復合材料，它是由瀝青、粗集料、細集料和礦粉以及外摻劑所組成。由于組成材料源產地、顆粒形貌、質量的差異及配合比的不同，并結合路面結構與功能需求，可形成不同的混合料組成類型，表現(xiàn)出不同的力學特性。

瀝青路面材料與結構的抗剪強度????????????????????????????????????????????????，主要取決于粘聚力和內摩擦角兩個重要參數(shù)。根據(jù)瀝青混合料的不同材料組成，可形成三類結構：（a）懸浮密實結構，此類混合料密實度較大，各級集料為次級集料隔開，集料之間不能相互靠攏形成骨架，粘聚力較高，但摩阻角較低，抗剪能力差；（b）骨架空隙結構，此類混合料粗集料比例較高，細集料較少，粗集料可以形成骨架，又由于細集料少不足于填充骨架之間的空隙，混合料內摩阻角較大，但粘聚力較低，抗剪性能較好。（c）密實—骨架結構，此類混合料既有較多的粗集料形成空間骨架，又有相當數(shù)量的細集料可填密骨架空隙，混合料不但粘聚力較高，而且內摩阻角也較大，抗剪能力最優(yōu)。

受交通荷載反復作用，瀝青混合料的抗剪性能對道面的使用壽命影響極其重要，特別是在高溫氣候條件下，往往由于瀝青混合料抗剪性能的不足，導致路面出現(xiàn)車轍、擁包、推移等病害，嚴重影響了瀝青路面或機場道面的服務質量及使用壽命。

自20世紀30年代起，國內外道路工程界對瀝青路面或瀝青混合料抗剪強度的研究一直十分活躍，開發(fā)了相應的試驗設備和試驗方法，V.A.Endersby首先提出如何制備在三軸試驗條件下的瀝青混凝土試件，并提出了具體的試驗方法；L.W.Nijboer利用由三軸測得的數(shù)據(jù)進行混合料設計，為了使設計更加完善，他利用Prandtl公式對塑性條件下的混合料進行了評估；V.R.Smith闡述了道路的剪切受力狀態(tài)，并且給出了三軸試驗方法所采用的類型，加載速度和溫度對試件的抗剪能力影響，提出了瀝青混合料的破壞標準和混合料應該滿足的物理性能，并給出了在不同荷載條件下混合料應達到的抗剪要求。

Norman?W.Mcleod把輪胎的接地分布壓力圖融入對路面的力學分析中，根據(jù)輪胎的接地壓力分布的不均勻特性，提出了不同的設計標準，得到了基于直線包絡線下的路面抗剪的設計諾模圖；Edward?S.Barber給出了路面在水平剪應力和垂直荷載同時作用條件下道路的受力狀態(tài)，并且指出，道路設計中必須考慮水平剪應力的作用，在水平力和垂直荷載共同作用下，路面結構中產生的剪應力大大增加；Kiryukhin提出了利用抗剪特性和控制裂縫進行路面設計的方法，但并沒有提出具體的試驗方法和可操作的控制標準。

在國內，同濟大學學者分析了當前瀝青路面出現(xiàn)的諸多病害原因，得出道路的損害與混合料抗剪性能不足息息相關，采用單軸貫入試驗方法，給出了求解單軸貫入試驗中剪應力的強度參數(shù)，通過無側限抗壓試驗，借助于三軸試驗原理，總結出求解和值的方法；長安大學公路學者開發(fā)了瀝青路面層間直接剪試驗裝置，根據(jù)國內外研究成果和大量的試驗結果確定了直接剪切試驗條件及參數(shù)，檢驗混合料層間抗剪性能。

盡管國內外學者從理論和試驗的角度對瀝青混合料及瀝青路面層間問題進行了較深入地研究，但瀝青路面的車轍及耐久性問題仍未得到徹底解決，依然是瀝青路面主要病害之一，嚴重制約了瀝青混合料推廣應用及公路交通建設可持續(xù)發(fā)展。綜上所述，已有的剪切試驗方法并不能準確地反映瀝青混合料的路面力學行為。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于從瀝青混合料抗剪強度形成機理出發(fā)，分析影響其抗剪性能的內因與外因，提供一種用于瀝青路面材料與結構的扭轉剪切試驗裝置，該裝置可進行可控條件下的瀝青混合料扭轉剪切破壞試驗、扭轉剪切蠕變試驗、重復扭轉剪切試驗、混合料層間扭轉剪切試驗，能夠準確評價瀝青混合料的抗剪性能及層間粘結性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)。

一種用于瀝青路面材料與結構的扭轉剪切試驗裝置，其特征在于，包括機座，設置在機座上的反力架，設置在反力架底部的蝸輪蝸桿機構，蝸輪蝸桿機構的蝸桿輸入端連接壓力電機，蝸輪輸出端連接用于夾持試件的下支撐板，下支撐板上設置有壓力傳感器；所述反力架頂部設置有扭矩電機，扭矩電機輸出軸向下依次連接盤式扭矩傳感器和用于夾持試件的上支撐板。