专利名称：用于评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的装置及方法
技术领域：
本发明属于浙青与集料粘附性评价的技术领域，具体涉及到用于研究集料的表面纹理对浙青与集料的粘附性影响的装置及方法。
背景技术：
浙青作为一种非常重要的土工材料，被广泛应用于道路工程和 建筑防水工程中。在我国，已建成的高速公路路面，90%以上是浙青路面，而浙青与集料的粘附性直接影响浙青路面的使用质量和耐久性，所以粘附性是评价浙青技术性能的一个重要指标。浙青裹覆集料后的抗水性(即抗剥性)不仅与浙青的性质有密切关系，而且亦与集料的表面纹理有关。所以，要改善浙青路面的性能必须了解集料表面纹理对浙青与集料粘附性的影响。因此，有必要提出一种方法来评价集料表面粗糙度对浙青与集料粘附性的影响。目前研究评价浙青与集料粘附性的方法有水煮法、重量法、光电比色法、NAT法、静态水浸法、毛细管柱法等，但没有一种是针对集料表面纹理对浙青与集料粘附性的影响的方法。因此现在需要一种简单、有效、经济的方法来研究集料表面粗糙度对浙青与集料粘附性的影响。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术中的浙青与集料粘附性评价所存在的不足，提供了一种结构简单，通过检测扭矩来判断不同纹理对浙青与集料粘附性影响的装置。本发明的另一个目的在于提供一种使用上述装置评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的方法。解决上述技术问题的技术方案是用于评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的装置是在底座上设置有支架和下固定杆，与底座平行的下底盘设置在固定杆的上端，在下底盘的上方设置有与下底盘相对称的上底盘，上底盘通过转杆与安装在支架上的电动机的动力输出轴联接，在转杆上安装有转速传感器和扭矩传感器，转速传感器和扭矩传感器分别通过导线与A/D转换器相连，A/D转换器通过导线接计算机的输入端口，计算机的输出端口通过导线与控制单元相连，控制单元通过导线与电机相连。—种使用上述装置来评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的方法，包括以下步骤I)将上集料样品和下集料样品进行清洗，将浙青加热至135 145°C，涂在两个集料的表面上形成浙青膜，浙青膜厚度为I 2mm，将上集料样品和下集料样品粘结起来，室温冷却24小时，制成集料浙青夹层试件的基准样品；2)将上集料样品和下集料样品的表面铣刨出横纵交叉的纹理，纹理深度为I. 5 2. 5mm，清洗，将浙青加热至135 145°C，涂在两个集料的纹理面上形成浙青膜，浙青膜厚度为I 2mm,将上集料样品和下集料样品粘结起来,室温冷却24小时，制成集料浙青夹层试件的检测样品；
3)用环氧树脂先后将步骤I)的基准样品和步骤2)的检测样品的上端面粘接在上底盘的下表面、下端面粘接在下底盘的上表面，电动机以O. 5转/分钟旋转，分别对对比试件和检测样品的上半部分施加扭矩，实时检测作用在对比试件和检测样品上的扭矩，至对比试件和检测样品沿着浙青膜断裂时停止，记录对比试件的最大扭矩值M0和检测样品的最大扭矩值；4)重复步骤2)至3)，得出不同密集度的表面纹理所对应的检测样品的最大扭矩值Mn;5)计算出不同密集度的表面纹理所对应的粘附系数μη，比较得出其中最大的粘附系数Umax，粘附系数μ η的计算公式为
K,βη
Mn上述步骤2)中上集料样品和下集料样品的表面铣刨出横纵交叉的纹理的方法是将上集料样品和下集料样品均切割成CplOOmm的圆柱形，在圆柱形的一个端面上铣刨出深度为2mm的横X纵向为100X 100道的交叉纹理；步骤4)中不同表面纹理是50X50道、25X25道、13X13道、7X7道、4X4道、2X2道、I X I道的横纵向交叉纹理。本发明评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的方法是通过对相同集料不同的表面纹理制成集料浙青夹层试件进行扭转试验，检测出不同纹理所对应的扭矩，能够真实模拟浙青混合料的剪切破坏，反映出浙青与集料之间的粘附性能，能够研究集料表面粗糙度对浙青与集料粘附性的影响，并为浙青与集料粘附性的研究提供可靠的依据，而且本发明的装置结构简单，操作方便。
图I为本发明实施例I的装置结构示意图。图2为图I中集料浙青夹层试件结构示意图。图3为图2的集料表面纹理示意图。
具体实施例方式现结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。实施例I参见图1，本实施例的浙青与集料粘附性检测装置由底座I、支架2、下固定杆3、下底盘4、集料浙青夹层试件5、上底盘6、转杆7、转速传感器8、电动机9、扭矩传感器10、控制单元11、计算机12以及A/D转换器13联接构成。在底座I上通过螺纹紧固件固定安装有下固定杆3和支架2，下固定杆3的上端通过螺纹联接安装有下底盘4，支架2上用螺纹紧固联接件安装有电动机9，电动机9的输出轴上用联接件联接安装有转杆7，转杆7的下端通过螺纹联接安装有上底盘6，上底盘6的几何形状与下底盘4的几何形状完全相同，检测时将集料浙青夹层试件5夹持在上底盘6与下底盘4之间。
集料浙青夹层试件5是上集料样品5-1和下集料样品5-3通过浙青膜5_2粘接起来，呈“三明治”结构。在转杆7上安装有转速传感器8和扭矩传感器10，转速传感器8和扭矩传感器10分别通过导线与A/D转换器13相连，A/D转换器13通过导线与计算机12的输入端口相连，计算机12的输出端通过导线接控制单元11，控制单元11的输出端通过导线接电动机9。转速传感器8和扭矩传感器10将采集的上底盘6转速信号和扭矩信号转换成电信号传输给A/D转换器13，A/D转换器13将输入的脉冲电信号转换为数字信号通过导线输送到计算机12。计算机12按照预先设定的程序进行计算，通过显示器显示计算结果、并通过控制单元11，控制电动机9转动。使用时，将制作好的集料浙青夹层试件5利用环氧树脂将其上、下两端面分别粘接在上底盘6和下底盘4的盘面，固定在下底盘4与上底盘6之间，启动电动机9，控制转速 为O. 5转/分钟，由转速传感器8实时检测转速，并将转速信号经过A/D转换器13转换成数字信号传输给计算机12，由计算机12将设定值与实际检测值进行计算，若相等则保持恒定，若有偏差，则发送命令到控制单元11，由控制单元11控制电动机9调整转速至设定值与检测值相等。电动机9转动通过转杆7将扭转力传递至上底盘6,上底盘6带动集料浙青夹层试件5的上集料样品5-1转动，而集料浙青夹层试件5的下集料样品5-3固定在下底盘4的上表面上，产生与上集料样品5-1的转动相反方向的力，与下集料样品5-3在浙青膜5-2段发生断裂，扭矩传感器10实时检测在扭转过程中作用在试件上的扭矩值，并经过A/D转换器13传送至计算机12，由计算机12按照预先设定程序进行计算，得出不同密集度的表面纹理所对应的粘附系数μη，比较得出其中最大的粘附系数μ _，并通过显示器显示出来。最大的粘附系数μ_表明集料浙青夹层试件5的集料与浙青之间的粘结性越大，即该纹理密集度时集料与浙青的粘附性最强。采用上述的装置评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的方法，包括以下步骤I)将两个块状的集料切片、钻芯取样为直径是100_的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80°C的烘箱中烘干，制成上集料样品5-1和下集料样品5-3 ;再将浙青加热至140°C,涂在上集料样品5-1和下集料样品5-3的表面上,形成浙青膜5-2,控制浙青膜5-2的厚度为I. 5_，通过浙青膜5-2将上集料样品5-1和下集料样品5_3联接起来，将粘结好的集料在温室下冷却24小时，制成集料浙青夹层试件5的基准样品。2)将两个块状的集料切片、钻芯取样为直径是IOOmm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为2mm的100道横向纹理和与之交叉的100道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80°C的烘箱中烘干，制成上集料样品5-1和下集料样品5-3 ;再将浙青加热至140°C，涂在上集料样品5-1和下集料样品5-3的表面上，形成浙青膜5-2，控制浙青膜5-2的厚度为I. 5_，通过浙青膜5-2将上集料样品5-1和下集料样品5-3联接起来，将粘结好的集料在温室下冷却24小时，制成集料浙青夹层试件5的检测样品。3)利用环氧树脂先后将步骤I)的基准样品和步骤2)的检测样品的上端面粘接在上底盘6的下表面、下端面粘接在下底盘4的上表面，即将基准样品和检测样品粘接在上底盘6和下底盘4之间，启动电动机9，转杆7转动，带动上底盘6和粘接在上底盘6上的上集料样品5-1转动，而下集料样品5-3固定在下底盘4上，对上集料样品5-1施加反方向的阻力，形成扭剪力，即通过上底盘6在O. 5转/分钟的转速下对基准样品和检测样品的上半部分施加扭矩，通过扭矩传感器10实时检测作用在集料浙青夹层试件5上的扭矩，并传送至A/D转换器13，当扭剪力过大时，上集料样品5-1和下集料样品5-3会沿着浙青膜5_2断裂，停止扭转，记录对比试件的最大扭矩值M0和检测样品的最大扭矩值。4)重复步骤2)至3)，将第二对集料的表面处理后铣刨出深度为2mm的50道横向纹理和与之交叉的50道纵向纹理，第三对表面集料是25道横向纹理和与之交叉的25道纵向纹理，同理，分别制作成表面为横X纵向分别13X13道、7X7道、4X4道、2X2道、IX I道的交叉纹理的集料，按照步骤2)至步骤3)的方法对其进一步处理，得出8种不同密集度的表面纹理的检测样品所对应的8个最大扭矩值。5)A/D转换器13将接收的电信号转换为数字信号，通过导线输送给计算机12，计算机12按照预先设定的程序计算得出同一种集料与浙青膜5-2在不同纹理密集度条件下各个检测样品的粘附系数μη，并比较得出其中最大的粘附系数Umax，粘附系数μη的计算·公式为μη -f-。
M0计算结果显示25X25道纹理时的粘附系数最大，即表明25X25道纹理时的集料与浙青的粘附性最强，即25X25道纹理的密集度是最佳的。实施例2浙青与集料粘附性检测装置的结构与实施例I相同。利用上述装置来检测浙青与集料粘附性的方法，在步骤2)中，将块状的集料切片、钻芯取样为直径是IOOmm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为I. 5mm的100道横向纹理和与之交叉的100道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80°C的烘箱中烘干，再将浙青加热至145°C，涂在上述烘干的具有纹理的集料表面上，形成浙青膜5-2，将两个相对的集料通过浙青膜5-2联接起来，浙青膜5-2的厚度控制为2_，将粘结好的集料在温室下冷却24小时，制成集料浙青夹层试件5的检测样品。其它的步骤与实施例I相同。实施例3浙青与集料粘附性检测装置的结构与实施例I相同。利用上述装置来检测浙青与集料粘附性的方法，在步骤2)中，将块状的集料切片、钻芯取样为直径是IOOmm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为2. 5mm的100道横向纹理和与之交叉的100道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80°C的烘箱中烘干，再将浙青加热至135°C，涂在上述烘干的具有纹理的集料表面上，形成浙青膜5-2，将两个相对的集料通过浙青膜5-2联接起来，浙青膜5-2的厚度控制为1_，将粘结好的集料在温室下冷却24小时，制成集料浙青夹层试件5的检测样品。其它的步骤与实施例I相同。
实施例4浙青与集料粘附性检测装置的结构与实施例I相同。利用上述装置来检测浙青与集料粘附性的方法，在步骤2)中，将块状的集料切片、钻芯取样为直径是IOOmm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为I. 5mm的50道横向纹理和与之交叉的50道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80°C的烘箱中烘干，再将浙青加热至145°C，涂在上述烘干的具有纹理的集料表面上，形成浙青膜5-2，将两个相对的集料通过浙青膜5-2联接起来，浙青膜5-2的厚度控制为2_，将粘结好的集料在温室下冷却24小时，制成集料浙青夹层试件5的检测样品。在步骤4)中，重复步骤2)至3)，将另一对集料的表面处理后铣刨出深度为2mm的40道横向纹理和与之交叉的40道纵向纹理，另一对表面集料是30道横向纹理和与之交叉的30道纵向纹理，同理，分别制作成表面为20 X 20、10 X 10、5 X 5、I X I的横纵向交叉纹理的集料，按照步骤2)至步骤3)的处理方法对其进一步处理，得出不同密集度的表面纹理的 检测样品所对应的最大扭矩值。其它的步骤与实施例I相同。本发明对相同集料不同的表面纹理制作出的集料浙青夹层试件5的检测样品进行扭转试验，测出其扭矩的不同，能够研究集料表面粗糙度对浙青与集料粘附性的影响。
权利要求
1.一种用于评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的装置，其特征在于在底座(I)上设置有支架(2)和下固定杆(3)，与底座(I)平行的下底盘(4)设置在固定杆(3)的上端，在下底盘(4)的上方设置有与下底盘(4)相对称的上底盘(6)，上底盘(6)通过转杆(7)与安装在支架(2 )上的电动机(9 )的动力输出轴联接，在转杆(7 )上安装有转速传感器(8 )和扭矩传感器(10)，转速传感器(8)和扭矩传感器(10)分别通过导线与A/D转换器(13)相连，A/D转换器(13)通过导线接计算机(12)的输入端口，计算机(12)的输出端口通过导线与控制单元(11)相连，控制单元(11)通过导线与电机相连。
2.一种使用权利要求I的装置评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的方法，其特征在于包括以下步骤 1)将上集料样品(5-1)和下集料样品(5-3)进行清洗，将浙青加热至135 145°C，涂在两个集料的表面上形成浙青膜(5-2)，浙青膜(5-2)厚度为I 2mm，将上集料样品(5-1)和下集料样品(5-3)粘结起来，室温冷却24小时，制成集料浙青夹层试件(5)的基准样品； 2)将上集料样品(5-1)和下集料样品(5-3)的表面铣刨出横纵交叉的纹理，纹理深度为I. 5 2. 5mm,清洗,将浙青加热至135 145°C,涂在两个集料的纹理面上形成浙青膜(5-2)，浙青膜(5-2)厚度为I 2mm，将上集料样品(5-1)和下集料样品(5-3)粘结起来，室温冷却24小时，制成集料浙青夹层试件(5)的检测样品； 3)用环氧树脂先后将步骤I)的基准样品和步骤2)的检测样品的上端面粘接在上底盘(6)的下表面、下端面粘接在下底盘(4)的上表面，电动机(9)以O. 5转/分钟旋转，分别对对比试件和检测样品的上半部分施加扭矩，实时检测作用在对比试件和检测样品上的扭矩，至对比试件和检测样品沿着浙青膜(5-2)断裂时停止，记录对比试件的最大扭矩值Mtl和检测样品的最大扭矩值； 4)重复步骤2)至3)，得出不同密集度的表面纹理所对应的检测样品的最大扭矩值Mn; 5)计算出不同密集度的表面纹理所对应的粘附系数μη，比较得出其中最大的粘附系数μ_，粘附系数μη的计算公式为
3.根据权利要求2所述的评价表面纹理对浙青与集料粘附性影响的方法，其特征在于所述步骤2)中上集料样品(5-1)和下集料样品(5-3)的表面铣刨出横纵交叉的纹理的方法是将上集料样品(5-1)和下集料样品(5-3)均切割成cplOOmm的圆柱形，在圆柱形的一个端面上铣刨出深度为2mm的横X纵向为100X 100道的交叉纹理； 步骤4)中不同表面纹理是50 X 50道、25 X 25道、13 X 13道、7 X 7道、4X4道、2 X 2道、I X I道的横纵向交叉纹理。
全文摘要
本发明涉及一种用于评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的装置及方法，通过对相同集料不同的表面纹理制成集料沥青夹层试件进行扭转试验，检测出不同纹理所对应的扭矩，能够真实模拟沥青混合料的剪切破坏，反映出沥青与集料之间的粘附性能，能够研究集料表面粗糙度对沥青与集料粘附性的影响，并为沥青与集料粘附性的研究提供可靠的依据，而且本发明的装置结构简单，操作方便。
文档编号G01N19/04GK102879327SQ201210394100
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者裴建中, 杨彤, 孔维川, 刘玉, 张久鹏 申请人:长安大学