[發(fā)明專利]瀝青旋轉(zhuǎn)剪切破壞實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310039574.5
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103149098A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉華;陳靜云;趙勇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 趙連明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于瀝青力學(xué)性能測試領(lǐng)域，特別是涉及對瀝青旋轉(zhuǎn)剪切破壞應(yīng)變、破壞應(yīng)力指標(biāo)及黏結(jié)界面破壞性能的實(shí)驗(yàn)測定技術(shù)。?

背景技術(shù)

測試瀝青膠結(jié)料破壞性能的主要設(shè)備是直接拉伸儀（DDT），該設(shè)備是在瀝青試件處于直接拉伸狀態(tài)下測定其破壞應(yīng)變與破壞應(yīng)力，而很多學(xué)者認(rèn)為在實(shí)際路面工作狀態(tài)下，瀝青往往因受到剪切作用而產(chǎn)生破壞。?

對瀝青膠結(jié)料施加剪切作用測試其力學(xué)性能的設(shè)備僅有動態(tài)剪切流變儀（DSR），該儀器在給定溫度和加載頻率下測定瀝青膠結(jié)料在線粘彈性范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)剪切模量（G^*）和相位角（δ），用于評價瀝青膠結(jié)料的高溫抗永久變形能力及中溫抗疲勞性能。由于瀝青破壞應(yīng)變已大大超過線粘彈性范圍，因此DSR無法直接測定瀝青膠結(jié)料的破環(huán)性能指標(biāo)。?

目前，可用于測試材料扭轉(zhuǎn)性能的設(shè)備有傳統(tǒng)扭矩試驗(yàn)機(jī)(手動加載)和計(jì)算機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，均主要用于測試抗剪切模量較大的金屬材料及非金屬材料在室溫條件下的扭轉(zhuǎn)性能。上述扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備對于瀝青膠結(jié)料的旋轉(zhuǎn)(即扭轉(zhuǎn))剪切破壞性能測試是不適用的，主要原因：(1)?瀝青膠結(jié)料的力學(xué)性能不僅受加載速率的重要影響，還對實(shí)驗(yàn)溫度非常敏感，因此，針對瀝青膠結(jié)料破壞性能的測試過程必須嚴(yán)格控制加載速率和實(shí)驗(yàn)溫度；?(2)?瀝青膠結(jié)料的抗剪切模量及破壞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬材料，現(xiàn)有材料扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的扭矩傳感器量程相對過大，致使實(shí)驗(yàn)精度難以保證；(3)由于瀝青材料的硬度較小，必須采用特殊夾具才能進(jìn)行剪切加載實(shí)驗(yàn)；(4)為反映瀝青與不同材料的黏結(jié)界面破壞性能，必須采用不同材料制成且與夾具系統(tǒng)配套的專用試模。?

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種可測定不同溫度、不同剪切速率及不同材料黏結(jié)界面情況下瀝青旋轉(zhuǎn)剪切破壞(含低溫脆斷、中高溫粘塑性破壞及低溫界面破壞等)性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。?

發(fā)明內(nèi)容

為測定瀝青膠結(jié)料在不同溫度、剪切速率及黏結(jié)界面情況下的旋轉(zhuǎn)剪切破壞應(yīng)變及破壞應(yīng)力，本發(fā)明提供一種瀝青旋轉(zhuǎn)剪切破壞實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)試件、加載設(shè)施、溫度控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)和實(shí)時采集的數(shù)據(jù)信息自動控制加載設(shè)施，對實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切加載，并控制實(shí)驗(yàn)過程；溫度控制系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)溫度。?

實(shí)驗(yàn)平臺由基礎(chǔ)鋼板、軸承支座、固定軸、旋轉(zhuǎn)軸、實(shí)驗(yàn)試件、夾具、聯(lián)軸器、加載設(shè)施、扭矩傳感器及編碼器和角位移傳感器及編碼器組成；將兩個分別用以支撐固定軸和旋轉(zhuǎn)軸的軸承支座固定在基礎(chǔ)鋼板上；固定軸與旋轉(zhuǎn)軸位于同一直線，并安置在其軸承支座上；旋轉(zhuǎn)軸可沿軸線方向活動，便于將實(shí)驗(yàn)試件用夾具固定在旋轉(zhuǎn)軸和固定軸之間；旋轉(zhuǎn)軸的一端與夾具為可拆卸的固定連接，另一端通過聯(lián)軸器與加載設(shè)施連接；固定軸的一端通過夾具與實(shí)驗(yàn)試件連接，另一端與扭矩傳感器及編碼器固定連接；扭矩傳感器及編碼器固定在基礎(chǔ)鋼板上；加載設(shè)施帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使夾在旋轉(zhuǎn)軸和固定軸之間的實(shí)驗(yàn)試件產(chǎn)生變形；角位移傳感器及編碼器固定在旋轉(zhuǎn)軸上用于測量試件的角位移。?

加載設(shè)施由變頻器、微型電機(jī)、減速箱和聯(lián)軸器組成，微型電機(jī)與減速箱組合在一起使用，聯(lián)軸器用于連接旋轉(zhuǎn)軸與減速箱的輸出軸。?

實(shí)驗(yàn)試件包括夾具、兩個試模和瀝青試件；試模與瀝青試件皆為底面積相等的圓柱形試件；用兩個試模將瀝青試件固定地夾在中間，夾具又將固定好的試模和瀝青試件夾在中間；夾具的一端與固定軸為可拆卸固定連接，另一端與?旋轉(zhuǎn)軸為可拆卸固定連接。?

溫度控制系統(tǒng)由高低溫實(shí)驗(yàn)箱、控溫池、瀝青試件養(yǎng)護(hù)架、水浴池、水浴池進(jìn)水管、水浴池出水管、溫度傳感器、溫度編碼器和微型水泵組成。其中控溫池和瀝青試件養(yǎng)護(hù)架固定在高低溫實(shí)驗(yàn)箱中。水浴池位于瀝青試件及試模正下方。水浴池進(jìn)水管的一端與控溫池連接，另一端通過軸承支座固定于試模及瀝青試件上方。水浴池出水管的兩端分別與水浴池和控溫池連接。溫度傳感器的端頭放置在水浴池中。水浴池進(jìn)水管、水浴池出水管在靠近實(shí)驗(yàn)平臺的一端設(shè)置微型水泵。水浴池進(jìn)水管通過微型水泵將恒溫水從控溫池中泵出，并將恒溫水不間斷澆注在試模及瀝青試件表面，恒溫水匯入水浴池；同時，水浴池出水管通過微型水泵將水浴池中的水泵回控溫池。水浴池、溫度編碼器和微型水泵均固定在實(shí)驗(yàn)平臺上。?

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)角位移傳感器及編碼器、扭矩傳感器及編碼器、溫度傳感器和溫度編碼器采集的信息對實(shí)驗(yàn)過程及加載設(shè)施進(jìn)行自動控制。?

試模由石材、鋼材、耐高溫塑料或其他材料制成，用以測試瀝青膠結(jié)料與不同材料的黏結(jié)界面破壞性能。?

瀝青旋轉(zhuǎn)剪切破壞實(shí)驗(yàn)方法如下：?