一种检测拧搓作用使路面损害的装置及其测定方法

摘要

本发明涉及一种检测拧搓作用使路面损害的装置及其测定方法，包括恒温箱以及设置在恒温箱底部用于放置试件的试件槽，在试件槽的上方设置有用于模拟车辆轮胎的水平拧搓装置，拧搓装置为圆形且其直径和标准车辆轮胎的当量圆直径相等；拧搓装置上连接有用于带动拧搓装置给试件施加荷载的液压装置，拧搓装置上还连接有用于在其压紧试件时，带动其在试件上进行往复转动的连杆部件。本发明通过液压装置使得拧搓装置作用在试件上有一个荷载，然后通过拧搓装置原地往复转动，以对试件上表面进行摩擦，提供拧搓的扭矩，模拟实际轮胎对沥青路面的损害，测定结果稳定，不同沥青混合料松散损失的区分度大，利于评价拧搓作用下沥青路面的损害状况。

说明书

【技术领域】

本发明属于沥青路面力学实验技术领域，具体涉及一种检测拧搓作用使路面损害的装置及 其测定方法。

【背景技术】

现如今，我国的沥青路面主要应用在重要路段，例如高速公路，一级公路，城市道路等等， 同时沥青路面常出现的病害也引起广泛的关注。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTGE20-2011)中对沥青路面的高温车辙，低温开裂，水损害，疲劳特性以及抗老化性能都 有着明确的试验方法、步骤和指标。而对车辆拧搓作用下沥青路面损害，如坑槽，松散，掉粒 等重视程度不足。

习惯上我们理解的沥青路面的松散，坑槽，掉粒肯定是在水的作用下沥青路面发生的病害 现象。近年来工程实践表明，沥青路面发生上述病害不一定完全归咎于水损害。在机场跑道飞 机转弯的轮迹处，城市道路交叉口，公交车站，停车场，高速公路收费站，长大纵坡道路等都 会出现车辆拧搓作用下路面出现不同损害的情况。这些地方沥青路面不仅要承受车辆动荷载的 作用，而且还受到车辆施加给路面的扭矩的作用。沥青路面相当于在车辆动荷载和扭矩的耦合 作用下发生了破坏。

目前针对沥青路面的水损害有冻融霹雳试验，浸水马歇尔试验都能很好地评价水稳定性 能；针对松散损害规范中提出了肯塔堡飞散试验，而它只对SMA，OGFC，ATB，乳化沥青碎 石等大孔隙沥青混合料提出要求，对密级配沥青混凝土没有相应的指标。申请号为 201310496868.0的中国发明专利中提出了一种沥青混合料松散指标测定仪及其测定方法，通过 扭矩传感器测定沥青混合料拌和过程扭矩的大小来判断沥青混合料施工过程的和易性，沥青混 合料的松散性是其和易性的一种体现形式。该方法主要突出的是沥青混合料拌合和摊铺过程的 松散性，是对施工质量的控制。上文提出的特殊路段的复杂交通荷载引起的路面病害，规范没 有具体的试验方法和检测的指标。

综上所述，目前针对水损害引起的沥青路面的松散以及拌合情况下通过沥青混合料的松散 评价施工和易性都有了相应的解决措施，针对沥青混合料水损害的检验以及施工拌合过程中的 松散性检验的技术都已经成熟，但就车辆和飞机轮胎等作用下的沥青路面的损害，如飞机在跑 道上作用，车辆在停车场、交叉口、长大纵坡等特殊路段作用所造成的路面松散、掉粒，剥落 等病害目前规范没有具体的试验方法和检测的指标，但这些问题的解决刻也不容缓。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种检测拧搓作用使路面损害的装置 及其测定方法，能够对拧搓作用下沥青路面的损害状况进行检测。

为了达到上述目的，本发明装置采用如下技术方案：

包括恒温箱以及设置在恒温箱底部用于放置试件的试件槽，在试件槽的上方设置有用于模 拟车辆轮胎的水平拧搓装置，拧搓装置为圆形且其直径和标准车辆轮胎的当量圆直径相等；拧 搓装置上连接有用于带动拧搓装置给试件施加荷载的液压装置，拧搓装置上还连接有用于在其 压紧试件时，带动其在试件上进行往复转动的连杆部件。

进一步地，所述拧搓装置的材质为轮胎橡胶，且上端连接伸缩滑杆，伸缩滑杆穿过恒温箱 的顶板与液压装置和连杆部件相连。

进一步地，所述的恒温箱上设置玻璃门，其内设置有照明灯。

进一步地，所述的液压装置连接油泵，连杆部件连接电动机。

进一步地，所述的恒温箱、油泵和电动机通过支架固定在一起。

进一步地，所述的油泵、电动机和恒温箱均连接操控箱。

进一步地，所述的操控箱上设置有电源键、照明键、上升键、下降键、运行键、复位键、 定时显示器和调温显示屏。

本发明测定方法的技术方案是：包括以下步骤：

步骤一：取沥青混合料制成的板块状试件称取初始质量，然后将试件放置在恒温箱内的试 件槽中，设定恒温箱的温度在20～60℃，对试件进行养生直至试件的温度和恒温箱的设定温 度一致；

步骤二：通过液压装置带动伸缩滑杆和拧搓装置下降，直至拧搓装置完全接触试件的上表 面并对试件施加0.5～1.0MPa的荷载压强；

步骤三：通过连杆部件和伸缩滑杆带动拧搓装置在试件上表面进行10～60min的往复转 动，完成对试件的拧搓；

步骤四：升起拧搓装置，取出经过拧搓的试件，清扫试件表面拧搓剥落的沥青混合料料粒， 然后再称取清扫干净的试件质量，计算损失的质量，完成车辆拧搓作用下沥青路面的损害程度 检测。

进一步地，制成试件的沥青混合料的矿料级配包括连续级配和间断级配，其中由连续级配 沥青混合料和间断级配沥青混合料制成的试件，在步骤一、步骤二和步骤三中所采用的试验条 件参数分别为：

连续级配，温度40～60℃，压强0.7～1.0MPa，拧搓时间20～40min；

间断级配，温度20～40℃，压强0.5～0.7MPa，拧搓时间40～60min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明装置中通过采用恒温箱，能控制温度保持在试验要求的恒定温度，更好的模拟实际 路面状况；设置试件槽放置试件，在试件槽上方设置拧搓装置，拧搓装置上连接液压装置和连 杆部件，通过液压装置带动拧搓装置下降直至压紧试件，同时拧搓装置为圆形且为水平设置， 其直径和标准车辆轮胎的当量圆直径相等，所以在压紧试件时，拧搓装置和地面的接触面积与 轮胎静止在路面上的接触面积相等，在拧搓装置压紧试件后，再通过连杆部件带动拧搓装置进 行往复转动，能够很好地用于模拟实际车轮对路面的拧搓，使路面受到荷载和拧搓扭矩的交互 作用，便于获取拧搓作用对路面的损害情况。

进一步，本发明的拧搓装置采用轮胎橡胶，能够与与车辆作用路面以及飞机转弯的实际状 况相符合。

进一步，本发明通过设置玻璃门，方便取放件和试验观察。

进一步，本发明通过设置支架使装置形成整体，使试验操作更加便利。

本发明方法通过液压装置使得拧搓装置作用在试件上有一个荷载，然后通过拧搓装置原地 往复转动，以对试件上表面进行摩擦，模拟实际轮胎对沥青路面的损害，因为飞机在机场道面 上的原地转弯，车辆在路口调转方向，停车场路面车辆的侧位停车，飞机和车辆对道面的作用 除了荷载还存在一个拧搓的扭矩，本发明就此实际的情况，通过拧搓装置作用在试件表面，通 过拧搓装置的往复转动，对试件进行原地来回搓动，模拟的方法与车辆作用路面以及飞机转弯 的实际状况很符合，为今后沥青路面的设计提供了另一个有说服力的指标。同时本发明中通过 在20～60℃对试件进行养生，使试件的整体温度均匀，然后在0.5～1.0MPa的压强下，使拧 搓装置在试件上进行往复转动10～60min，该条件下试件的测定结果稳定，不同沥青混合料松 散损失的区分度大，利于评价拧搓作用下沥青路面的损害状况。

【附图说明】

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中拧搓装置的示意图；

图3是本发明实施例一中OGFC-13沥青混合料随时间变化的质量损失趋势图；

图4是本发明实施例二中AC-13沥青混合料随时间变化的质量损失趋势图；

图5是本发明实施例三中沥青混合料随压强变化的质量损失趋势图；

图6是本发明实施例四中沥青混合料随温度变化的质量损失趋势图。

图中的符号表示：1-电源键，2-照明键，3-上升键，4-下降键，5-运行键，6-复位键，7- 定时显示器，8-调温显示屏，9-支架，10-油泵，11-进油管，12-出油管，13-电动机，14-伸缩 滑杆，15-拧搓装置，16-恒温箱，17-照明灯，18-试件槽，19-液压装置，20-连杆部件，21-操 控箱。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明包括恒温箱16，恒温箱16能控制温度保持在试验要求的恒定温 度，更好的模拟实际路面状况；以及设置在恒温箱16底部试件槽18，试件槽18是恰好能放 入一个完整的车辙板试件；在试件槽18的上方设置有水平的圆形拧搓装置15，拧搓装置15 的直径和标准轮胎当量圆直径相等，以模拟轮胎静止在路面上的接触面积，也就是我国路面设 计规范的当量圆，拧搓装置15的材料是真实的轮胎橡胶。

拧搓装置15的上端连接伸缩滑杆14，伸缩滑杆14穿过恒温箱16的顶板与液压装置19 相连，液压装置19通过出油管12和进油管11连接油泵10，液压装置19是通过油泵10施加 给试件的荷载；伸缩滑杆14还连接有能够在水平方向上进行往复运动的连杆部件20，连杆部 件20连接电动机13，连杆部件20的作用原理是带动拧搓装置15在试件上表面往复转动，如 绕拧搓装置15的圆心顺时针旋转一定角度，然后再绕拧搓装置15的圆心逆时针旋转一定角度， 角度可以为任意值，以来回摩擦试件，模拟飞机在机场道面原地转弯以及车辆在沥青路面上掉 头等真实的现象。

恒温箱16上设置玻璃门，其内还设置有照明灯17，方便取放件和试验观察；油泵10、电 动机13、恒温箱16和照明灯17、液压装置19、连杆部件20均通过导线连接操控箱21，操控 箱21上设置有用于控制电动机13关闭与开启的电源键1、用于控制照明灯17的照明键2、用 于控制液压装置19的上升键3和下降键4、用于控制连杆部件20运动的运行键5、用于使液 压装置19在最低位置直接复位的复位键6、用于控制连杆部件运动时间的定时显示器7和控 制恒温箱16内温度的调温显示屏8。

恒温箱16、油泵10、电动机13和操控箱21通过支架9固定在一起，使试验操作更加便 利。

本发明装置的突出优点在：本发明通过液压装置19使得拧搓装置15作用在试件上有一个 荷载，然后通过电动机13带动拧搓装置15原地来回搓动，提供扭矩，操作员能够全程观察沥 青路面的损害状况，模拟的方法与车辆作用路面以及飞机转弯的实际状况很符合，为今后沥青 路面的设计提供了另一个有说服力的指标。针对当前规范的空缺，本发明提出了一种检测拧搓 作用使路面损害的装置及其测定方法，

本发明方法包括以下步骤：

(1)准备工作

根据实际检测路面的配合比，按T0703轮碾法制作车辙板，用轮碾成型机碾压成型长 300mm、宽300mm、厚50-100mm的板块状试件，本次试验采用三种不同级配的沥青混合料， AC-13，OGFC-13，SMA-13，每组试件的个数3-5个，试验时采用整块车辙板，防止拧搓装置 15作用边缘带来误差；

试件制作完成后在室温下放置12h后脱模备用，对于改性沥青试件放置48h后即可脱模。

(2)实验步骤

步骤一：插上电源，打开电源键1，通过操控箱21设定试验所需要的温度、压强、作用 时间；

取沥青混合料制成的板块状试件称取初始质量m1，然后将整块试件放置在恒温箱16内的 试件槽18中，关闭恒温箱门，设定恒温箱16的温度在20～60℃，待箱内温度达到试验指定 的温度，在此温度下试件养生，直至试件的温度和恒温箱16的设定温度一致，本发明中养生 6～8h；

步骤二：打开油泵10，预热6～10min，按操控箱21上的下降键4，液压装置19的压强 达到设定压强且拧搓装置15完全接触试件的上表面；其中，设定压强为0.5～1.0MPa；

步骤三：按下复位键6，检查设定的作用时间，按下运行键5，打开照明键2，通过连杆 部件20和伸缩滑杆14带动拧搓装置15在试件上表面进行10～60min的往复转动，完成对试 件的拧搓，观察试验过程中，拧搓装置15对试件作用的破坏的经过。

步骤四：待试验停止后，关闭下降键4，按下上升键3，拧搓装置15脱离试件，轻轻取出 试件，用毛刷清扫试件表面拧搓剥落的混合料粒料，然后再称取清扫干净的试件质量，记为 m2，计算损失的质量，为m1-m2，完成一个试件检测。

重复上述操作步骤，进行余下试件检测的试验，完成车辆拧搓作用下沥青路面的损害程度。

试验结束后，打开恒温箱16，使温度恢复到室温，清理恒温箱16内剥落的沥青混合料， 关闭油泵10，关闭电源键1，拔掉电源。

下面结合具体的实施例对本发明进一步的说明，但本发明不仅不限于这些实施例。

实施例1

采用三种不同90号普通沥青混合料按照OGFC-13的级配拌合混合料，其中Ⅰ号是克拉玛 依90号，Ⅱ号是东海90号，Ⅲ号是中海90号，按试验规范制作车辙板试件若干，放置室温 冷却12h后脱模备用。采用本发明装置进行试验，设定压强为0.7MPa，温度为20℃，分别称 取记录三种不同沥青制作的车辙板在10min、20min、30min、40min、50min、60min下的损失 的质量，结果如下表1和图3所示。

表1 OGFC-13混合料质量损失

由表1和图3可知，OGFC-13沥青混合料在0.7MPa、20℃下随着作用时间的增大，沥青 道面有逐渐适应“拧搓”作用的趋势，作用面会变得光滑，损失增加量会减少，“拧搓”作用 损失量增长速度变缓，在20min、30min、40min处都发生了比较明显的拐点，但时间较短时 结果不稳定，在40min处结果较为稳定且表现出了一定的区分能力，综合考虑对于表面构造深 度较大，摩擦系数大的路面选定40min作为“拧搓”作用试验的最优时间。

实施例2

采用三种不同90号普通沥青混合料按照AC-13的级配拌合混合料，其中Ⅰ号是克拉玛依 90号，Ⅱ号是东海90号，Ⅲ号是中海90号，按试验规范制作车辙板试件若干，放置室温冷 却12h后脱模备用。

利用本发明装置进行试验，设定压强为0.7MPa，温度为60℃，分别称取记录三种不同沥 青制作的车辙板在10min、20min、30min、40min下损失的质量，结果如下表2和图4所示。

表2 AC-13混合料质量损失

由表2和图4可知，AC-13沥青混合料在0.7MPa、60℃下随着作用时间的增大，“拧搓” 作用损失量增长速度最终变缓，且随着损失量增加到一定数值，三种沥青混合料损失结果趋 向于相同，在10min处虽然表现了较好的区分度，但排序并没有趋于稳定，因此最终选定 20min为表面较光滑的路面(AC)“拧搓”作用试验的时间。

实施例三

由实例一、二我们知道克拉玛依90号沥青在试验中表现的效果最好，其松散损失量最小， 我们采用克拉玛依90号沥青配置AC-13、OGFC-13、SMA-13三种沥青混合料，通过车碾法 制作车辙板试件(一种级配的试件不少于12个，每组不少于4个，做平行试验)备用，设定 时间为40min，温度为40℃，在压强分别为0.5MPa、0.7MPa、1.0MPa下进行试验的损失质量 见下表3和图5：

表3不同类型的沥青混合料在不同压强下的松散损失质量

由表3和图5可知，“拧搓”作用中，轮胎是通过摩擦力对沥青道面施加的扭矩，因此压 强的大小直接关系到“拧搓”作用力的大小，通过以上分析压强对试验结果的影响，压强取得 小，“拧搓”作用力不足，每一组试件的变异系数较大，结果不稳定，压强取得过大，“拧搓” 作用力太强，不同沥青混合料松散损失的区分度变小。综合考虑以上因素再结合实际中标准当 量轴载，选定0.7MPa为本发明的最优压强。

实施例四

根据实例三，采用克拉玛依90号沥青配置AC-13、OGFC-13、SMA-13三种沥青混合料， 通过车碾法制作车辙板试件(一种级配的试件不少于12个，每组不少于4个，做平行试验) 备用，设定时间为40min，压强为0.7MPa，温度为20℃、40℃、60℃下进行试验的损失质量 见下表4和图6：

表4不同类型的沥青混合料在不同温度下的松散损失质量

结合表4和图6中数据可知，表面构造深度较大，摩擦系数大的路面(OGFC、SMA)在 20℃时松散损失量已经很大，选用40℃损失量变化不大，而60℃则损失量较大，不同沥青混 合料抗松散性不容易区分。因而对于表面构造深度较大，摩擦系数大的路面选定20℃作为“拧 搓”作用试验的温度。对于表面较光滑的路面(AC)，温度较低时损失量较小，结果不易稳定， 通过增加温度来加大松散损失量以更好的区分不同沥青混合料的抗松散性能，因而选定60℃ 作为本发明的最优温度。

现如今高速公路基本上采用的是AC(密级配沥青混凝土)和SMA(沥青马蹄脂碎石)， OGFC(沥青磨耗层)常用作高等级路面的表面层，利于路面排水。这三种类型的沥青混合料 是当代以及将来沥青路面发展的总趋势。通过测试连续级配AC和间断级配OGFC、SMA，我们 可以对于给定的AC、SMA和OGFC试验时的参数值进行确定，而本发明装置不仅仅局限在这三 种代表的沥青混合料中，根据规范我们可知沥青混合料按矿料级配可以分为连续级配和间断级 配两种类型，通过以上的试验数据我们可以给出对于一般类型的沥青混合料试验因素的建议 值，如下表5：

表5试验因素建议值

矿料级配 温度(℃) 压强(MPa) 作用时间(min) 连续级配 40～60 0.7～1.0 20～40 间断级配 20～40 0.5～0.7 40～60