一种沥青弯曲梁流变试验试件成型仪

摘要

本发明涉及一种沥青弯曲梁流变试验试件成型仪，包括箱体本体，所述箱体本体的内腔自上至下依次设置有：用于控制沥青温度的温控单元；用于沥青浇膜的成模单元；用于刮模的刮模单元；以及用于脱模的脱模单元；所述箱体本体的内壁上设置有用于调整温控单元、成模单元和刮模单元高度的高度控制单元；将沥青结合料小梁试件的控温、浇膜、成型、刮膜、脱模集合于一体，效率较高，操作简单；将浇模设置在控温的下方，解决了沥青结合料流动性差，粘滞性增加，故浇模困难的缺陷；同时，通过高度控制单元控制温控单元、成模单元和刮模单元的高度，将需要多人合作完成的浇模工作转变为仅通过一人便可实现的高效成型工作。

说明书

技术领域

本发明属于公路工程沥青试验领域，涉及一种沥青弯曲梁流变试验试件成型仪。

背景技术

低温开裂作为沥青路面的主要病害之一，研究表明，提高沥青的低温性能是提高沥青路面性能主要措施。为研究沥青的低温性能，美国公路战略研究计划SHARP(strategichighway research program)基于流变学理论提出了采用沥青材料在低温条件下的劲度模量(s)和劲度变化率(m)来表征沥青材料低温性能的低温弯曲梁流变试验(BBR)。目前，弯曲梁流变试验已成为我国检验沥青材料低温性能的只要手段之一。同时《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTG E20-2011)对沥青弯曲蠕变劲度试验(弯曲梁流变仪法)的试件成型及试验方法进行了详细的规定，具体如下：

1.金属模具的准备：

(1)将模具清洗干净，在模具的3个长金属部分的内表面涂一层是石油基润滑脂，用润滑脂将塑料片平粘到金属上，将塑料片放在金属表面，用手挤压塑料片，靠摩擦力将塑料片压在金属表面上；

(2)在两个端件的内表面涂一层丙三醇和滑石粉的混合物，以防止沥青粘到金属端件上；

(3)按照规范安装模具，用O型橡胶环将模具紧紧捆在一起，检查模具，用力将橡胶片向金属表面压，以挤出气泡；

(4)安装结束后，将模具放在室温条件下等待浇筑沥青。

2.试件的制作：

(1)将沥青在烘箱中加热，直至沥青充分流动，成为容易浇筑的状态；

(2)模具放在室温下，将沥青从模具的一端向另一端来回浇筑，将倒满沥青的模具在室温下冷却45-60min。

(3)冷却至室温后，用热刀切掉并切平冷却后高出模具顶端的沥青样品。

3.试件的存放与脱模：

(1)试件浇筑完成后需要在4h内完成试验；

(2)在脱模前，将含沥青的金属模具放在水浴中冷却，保证试件脱模时不变形，冷却温度宜采用-5℃±5℃，冷却时间为5-10min；

(3)当模具内试件已达到脱模条件时，宜立即拆除掉金属模具将试件移出。为了避免试件变形，应将塑料片和侧模从试件上滑动脱模。

经过大量试验发现沥青试件的模具成型及脱模存在诸多问题：

(1)在规定温度条件下，若沥青胶结料中存在纤维矿粉等成分，沥青结合料流动性差，粘滞性增加，故浇模困难；

(2)模具的拼装组装过程中一般需要两人协同合作，费时费力，效率不高；

(3)采用规范中规定的O型橡胶环固定试验模具，易滑动，所得试验模具不稳定；

(4)浇模不及时导致沥青温度下降，需要反复加热，致使沥青老化，影响对照试验组试验数据的准确性；

(5)刮刀温度变化较大，不易刮模；

(6)每次只能成型一根沥青小梁试件，过程繁琐，效率低下；脱模过程用力不均匀，易使制作试件失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弯曲梁流变仪沥青试件成型仪，解决了现有技术中弯曲梁试件的制作模具为独立结构，在进行制作试验时，需要自行组装模具，且操作过程较为繁琐。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种弯曲梁流变仪沥青试件成型仪，包括箱体本体，所述箱体本体的内腔自上至下依次设置有：

用于控制沥青温度的温控单元；

用于沥青浇膜的成模单元；

用于刮模的刮模单元；

以及用于脱模的脱模单元；

所述箱体本体的内壁上设置有用于调整温控单元、成模单元和刮模单元高度的高度控制单元。

优选地，所述温控单元包括温控托盘、成型加热槽、第一电热丝、第一温度传感器和温度控制器，其中，温控托盘安装在高度控制单元上；所述成型加热槽设置有多个，均布在温控托盘上；所述第一电热丝设置有两个，布置在成型加热槽的两外侧壁上；所述第一温度传感器安装在成型加热槽的内壁上，用于实时采集成型加热槽内腔的温度；并将采集到的温度传输至温度控制器；所述第一电热丝和第一温度传感器均与温度控制系统连接；所述温度控制器用于根据接收到的温度控制第一电热丝的加热功率。

优选地，所述成型加热槽的底部沿其轴向方向开设有滑槽，所述滑槽配合安装有拉片；所述拉片的长度大于滑槽的长度，且拉片上开设有长条孔。

优选地，所述温控托盘的八个边角均设置有一个第一升降滑轮，置于同一竖轴线的两个第一升降滑轮滑动安装在滑轨上；所述滑轨安装在箱体本体的内壁上。

优选地，成模单元包括成模托盘和浇模槽，其中，成模托盘滑动安装在高度控制单元上；所述浇模槽设置有多个，且均布在成模托盘上。

优选地，浇模槽包括侧板、升降柱、长方槽体、电磁吸盘和闭门器，其中，所述长方槽体的两长侧壁开设有安装槽；所述侧板设置有两个，两个侧板均安装在长方槽体的内腔中；所述长方槽体的内腔两端均设置有一个升降柱；

所述长方槽体的两个长侧壁的顶部均布有多个电磁吸盘；

所述闭门器的固定端安装在安装槽上；所述闭门器的工作端安装在侧板上。

优选地，所述成膜托盘的八个边角处均设置有一个升降滑轮，所述升降滑轮配合安装在高度控制单元上；

所述升降柱包括第一伸缩柱和第二伸缩柱，所述第一伸缩柱套装在第二伸缩柱上，且两者之间滑动连接；

所述第一伸缩柱开设有内腔，所述内腔中安装有第四电机，所述第四电机的输出轴连接第二伸缩柱；

所述第四电机连接有浇模控制器，通过浇模控制器实现第四电机的转速。

优选地，所述刮模单元包括刮刀、升降滑杆、位移滑轮和电动马达，其中，所述刮刀的两端分别设置有一个位移滑轮；每个位移滑轮滑动连接有一个升降滑杆；

每个升降滑杆啮合连接有齿轮，所述齿轮套装在电动马达的输出轴上，所述电动马达安装在箱体本体的内壁上；

两个升降滑杆均与高度控制单元连接；

所述刮刀上具有第二加热丝和第二温度传感器，所述第二温度传感器用于采集刮刀的温度，并将采集到的温度传输至刮模控制器；所述刮模控制器用于根据接收到的温度控制第二加热丝的加热功率；同时，控制电动马达的转动速率。

优选地，所述脱模单元包括水槽托盘、制冷设备、温度传感器和顶出柱，其中，所述水槽托盘中盛有无水乙醇，所述水槽托盘的内腔底部设有制冷设备；所述水槽托盘的内侧壁上设置有第三温度传感器；

所述顶出柱为L型结构，所述L型结构的一端连接有步进电机的输出轴；所述L型结构的另一端固定在成模单元的升降柱的侧壁上；

所述第三温度传感器、制冷设备和步进电机均连接至脱模控制器，其中，所述第三温度传感器用于采集水槽托盘内腔的温度，并将采集到的温度传输至脱模控制器；所述脱模控制器用于根据接收到的温度控制制冷设备的制冷功率；同时，控制步进电机的转动速率。

优选地，高度控制单元包括两组链轨，两组链轨分别布置在箱体本体呈对称布置的两个内壁上；

每组链轨包括第一链轨、第二链轨和第三链轨，其中，所述第一链轨啮合连接有第一电机；所述第二链轨啮合连接有第二电机；所述第三链轨啮合连接有第三电机；

所述温控单元的温控托盘的两端分别与两个第一链轨连接；

所述成模单元的成膜托盘的两端分别与两个第二链轨连接；

所述刮模单元的两个升降滑杆分别与两个第三链轨连接；

所述第一电机、第二电机和第三电机均连接有高度控制器；所述高度控制器用于第一电机、第二电机和第三电机的转动速率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种弯曲梁流变仪沥青试件成型仪，将沥青结合料小梁试件的控温、浇膜、成型、刮膜、脱模集合于一体，效率较高，操作简单；将浇模设置在控温的下方，解决了沥青结合料流动性差，粘滞性增加，故浇模困难的缺陷；同时，通过高度控制单元控制温控单元、成模单元和刮模单元的高度，将需要多人合作完成的浇模工作转变为仅通过一人便可实现的高效成型工作。

进一步的，通过闭门器、侧模的结合方式，增加了开口方式角度，方便纤维沥青胶浆的浇筑，扩大了结合料适用范围。

进一步的，采用了升降柱和带有闭门器的组合形式，可精确控制侧模和顶出柱的开合、升降力度，同时增加了试模的稳定性。

进一步的，控温托盘通过传感器和电热丝的结合，可以保持加热槽内沥青结合料保持恒定温度，具有一定流动性，便于混合料的浇筑，避免了反复加热致使的沥青老化。

进一步的，一次可成型多根沥青小梁试件，效率较高

进一步的，脱模过程通过顶出柱结合升降柱，能够使试件受力均匀，成功率高。

进一步的,通过闭门器控制的侧板和往返电机控制的液压升降柱实现模具的四周框架；升降柱主要是通过内部小型往返电机实现自动升降，突出可用于浇筑过程，凹陷可用于脱模过程，该升降柱的最大推力和最大拉力、以及推拉自锁力均在100N以上，能满足两侧模具的稳定；同时，侧板主要通过关门器实现侧板的固定，该关门器由内部硬质弹簧提供侧板的稳定；上述闭门器控制的侧板和往返电机控制的液压升降柱弥补了使用的O型橡胶环固定试验模具易滑动的缺陷。

附图说明

图1为弯曲梁流变仪沥青试件成型仪的结构外观示意图；

图2为弯曲梁流变仪沥青试件成型仪的右视图；

图3为弯曲梁流变仪沥青试件成型仪的后视图；

图4为加热槽结构外观示意图；

图5为浇模槽结构外观示意图；

图6为闭门器结构示意图；

图7为刮刀系统结构外观示意图；

图8为拉片结构外观示意图；

图9为升降柱外观示意图；

图10为高度控制单元结构示意图；

图11为水槽托盘结构示意图；

其中：1-箱体本体，2-温控托盘，3-刮模系统，4-成模托盘，5-无水乙醇水槽，6-总控系统，7-脱模箱，8-顶出柱，9-箱门，10-箱把手，11-密封条，14-第一升降滑轮，15-第一链轨，16-第一温度传感器、17-第一电热丝，18-温度控制器、19-拉片，20-高度控制器、21-浇模槽，21-侧板、22-升降柱、23-长方槽体、24-电磁吸盘、25-闭门器、26-闭门杆、27-弹簧、28-转向件、29-主体、30-固定端、31-第二升降滑轮、33-刮刀、34-第三链轨、35-升降滑杆、36-位移滑轮、37-电动马达、38-第二加热丝、39-第二温度传感器、40-浇模控制器、41-刮模控制器、42-脱模控制器、43-步进电机、44-第一电机、45-第一固定器、46-第二固定器、47-第二链轨、48-第三温度传感器、49-制冷设备。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1至图11所示，本发明提供的一种弯曲梁流变仪沥青试件成型仪，包括箱体本体1，所述箱体本体1的内腔上部设置有温控托盘2；所述箱体本体1的内腔中上部设有刮模系统3；所述箱体本体1的内腔中下部设有成模托盘4；所述箱体本体1的内腔下部设置有水槽托盘5；所述箱体本体1的内腔底部设置有总控系统6；所述箱体本体1的后侧设有脱模箱7；所述脱模箱上部设置有顶出柱8。

所述箱体本体上设置有箱门9，所述箱门9上设置有箱把手10。

所述箱门9与箱体本体1之间设置有密封条11。

所述温控托盘2上设有五个成型加热槽12，五个成型加热槽12均匀分布在温控托盘2上。

成型加热槽12的纵截面为T型结构，便于沥青的倒入；所述成型加热槽12的大端的底部以小端为中心对称布置有两个第一电热丝17，所述第一电热丝17固定在外侧壁上开设的凹槽内。

所述成型加热槽12上沿其轴向方向开设有T型内腔，所述T型内腔的台阶上设置有第一温度传感器16。

所述第一温度传感器16和第一电热丝17均连接至温度控制器。

所述第一温度传感器16用于实时采集成型加热槽内的温度，并将采集到的温度传输至温度控制器；所述温度控制器用于根据接收到的温度控制第一电热丝的加热功率。

所述成型加热槽12的底部沿其轴向方向开设有滑槽，所述滑槽配合安装有拉片19。

所述拉片19上开设有长条孔。

同时，所述拉片19的长度大于滑槽的长度，且拉片19的一端置于箱体本体1的外侧。

所述温控托盘2的八个边角均设置有一个第一升降滑轮14，置于同一竖轴线的两个第一升降滑轮14滑动安装在滑轨上；所述滑轨安装在箱体本体1的内壁上；用以减少温控托盘2与箱体本体1之间的摩擦。

所述温控托盘12的两端均通过第一固定器45与高度控制单元连接。

所述成模托盘4设置有五个浇模槽，五个浇模槽均布在成膜托盘4的上表面。

每个浇模槽包括侧板21、升降柱22、长方槽体23、电磁吸盘24和闭门器25，其中，所述长方槽体23的两长侧壁开设有安装槽，每个安装槽上设置有一个闭门器25。

所述侧板21设置有两个，两个侧板均安装在长方槽体23的内腔的开口处；所述长方槽体23的内腔两端均设置有一个升降柱22，所述升降柱22与长方槽体23内腔的底部滑动连接。

所述长方槽体23的两个长侧壁的顶部均布有多个电磁吸盘24。

所述电磁吸盘24连接有浇模控制器，所述浇模控制器用于控制电磁吸盘24的启停。

所述电磁吸盘24在通电状态下，与侧板21之间通过磁吸方式连接；此时，两个侧板21之间呈90°开合角度。

所述电磁吸盘24在未通电状态下，两个侧板21呈平行结构布置。

所述升降柱22包括第一伸缩柱2201和第二伸缩柱2202，所述第一伸缩柱2201套装在第二伸缩柱2202上，且两者之间滑动连接。

所述第一伸缩柱2201开设有内腔，所述内腔中安装有第四电机，所述第四电机的输出轴连接第二伸缩柱；用以实现升降柱的自动升降。

所述第四电机连接有浇模控制器，通过浇模控制器实现第四电机的转速。

所述闭门器25包括闭门杆26、弹簧27、转向件28、主体29和固定端30，其中，所述主体29固定在长方槽体23上的安装槽上，所述主体29上设置有安装件，所述安装件的内腔中设置有弹簧27，所述弹簧27的一端固定在安装件的内壁上；弹簧27的另一端固定在闭门杆26的端部侧壁上。

所述安装件的一端与转向件28转动连接；所述转向件28的一端与闭门杆26铰接连接。

所述闭门杆26的自由端一侧与固定端30的一端滑动连接，所述固定端30的另一端固定在侧板21上。

所述电磁吸盘24在未通电状态下，电磁吸盘24与侧板21之间的磁吸消失后，闭门杆26在弹簧27作用下带动侧板21关门，实现侧板21的自动闭合，与此同时实现沥青结合料胶浆的浇筑。

所述成膜托盘4的八个边角处均设置有一个第二升降滑轮31，置于同一竖轴线的两个第二升降滑轮31滑动安装在滑轨上。

所述成膜托盘4的两端均通过第二固定器46与高度控制单元连接。

所述刮模系统包括刮刀33、升降滑杆35、位移滑轮36和电动马达37，其中，所述刮刀的两端分别设置有一个位移滑轮36；每个位移滑轮36滑动连接有一个升降滑杆35。

两个升降滑杆35分别安装在箱体本体1的两个对称布置的内壁上。

每个升降滑杆35啮合连接有齿轮，所述齿轮套装在电动马达37的输出轴上，所述电动马达37安装在箱体本体1的内壁上。

通过电动马达37驱动升降滑杆35的来回移动，进而带动刮刀来回移动。

每个升降滑杆35与高度控制单元连接。

所述刮刀上具有第二加热丝38和第二温度传感器39，可实时控制刮刀的温度。

所述加热丝38沿刮刀的长度方向布置；所述第二温度传感器39安装在刮刀的端部。

所述电动马达37、第二加热丝38和第二温度传感器39均连接至刮模控制器，其中，所述第二温度传感器39用于采集刮刀的温度，并将采集到的温度传输至刮模控制器；所述刮模控制器用于根据接收到的温度控制第二加热丝38的加热功率；同时，控制电动马达37的转动速率。

所述脱模系统包括水槽托盘5和顶出柱8，其中，所述水槽托盘5中盛有无水乙醇，所述水槽托盘5的内腔底部设有制冷设备49；所述水槽托盘5的内侧壁上设置有第三温度传感器48。

可通过底部的制冷设备将无水乙醇控制在5℃±5℃，冷却时间为5-10min。

所述顶出柱为L型结构，所述L型结构的一端连接有步进电机43的输出轴；所述L型结构的另一端固定在升降柱22的侧壁上。

所述第三温度传感器48、制冷设备49和步进电机43均连接至脱模控制器，其中，所述第三温度传感器48用于采集水槽托盘5内腔的温度，并将采集到的温度传输至脱模控制器；所述脱模控制器用于根据接收到的温度控制制冷设备49的制冷功率；同时，控制步进电机43的转动速率。

所述高度控制单元包括两组链轨，两组链轨分别布置在箱体本体1呈对称布置的两个内壁上。

每组链轨包括第一链轨15、第二链轨47和第三链轨，其中，所述第一链轨15啮合连接有第一电机44；所述第二链轨47啮合连接有第二电机32；所述第三链轨啮合连接有第三电机。

所述温控托盘12的两端通过第一固定器45分别与两个第一链轨15连接。

所述成膜托盘4的两端通过第二固定器46分别与两个第二链轨47连接。

两个升降滑杆35通过第三固定器分别与两个第三链轨连接。

所述第一电机32、第二电机47和第三电机均连接有高度控制器；所述高度控制器用于第一电机32、第二电机47和第三电机的转动速率。

本发明所述的弯曲梁流变仪沥青试件成型仪试件成型，具体包括以下步骤：

1.沥青结合料的保温及加热：

(1)将沥青在烘箱中加热，使沥青处于流动状态，将其注入成型加热槽12内。

(2)通过第一电热丝17与第一温度传感器16控制成型加热槽内的沥青温度，使其成为容易浇筑的状态。

2.浇膜过程：

(1)通过高度系统控制高度控制单元将加热托盘降低至浇模托盘上方。

(2)通过控制浇膜系统，弹出微型升降柱，关闭电磁托盘，成型槽在关门器的作用下，缓慢关门。

(3)与此同时，手动拉动加热槽底部的拉片，使加热槽中的沥青通过拉片底部的长方形孔成股流至成型槽中，此过程需要往返拉动拉片，实现沥青从模具的一端向另一端来回浇筑的过程，将倒满沥青的模具在室温下冷却45-60min。

3.刮模过程：

(1)通过加热丝和温度传感器控制刮刀温度，使刮刀温度升温至相应温度值。

(2)通过高度系统控制高度控制单元将加热的刮刀紧贴成型槽顶部.

(3)在刮模系统的控制下，刮刀通过电动马达实现刮刀整体的水平移动，选择合理的刮模速度和位移方向，切掉并切平冷却后高出模具顶端的沥青样品。

4.脱模过程：

(1)通过高度系统控制高度控制单元器将成型托盘完全浸入无水乙醇水槽中，并完全浸没，乙醇温度温度控制在-5℃±5℃，冷却时间为5-10min。

(2)将模具提升至默认高度，缩回升降柱，通过步进电机控制顶出柱将已浇模好的BBR试件从成型槽内顶出，取出试件。