专利名称：一种沥青混合料弯剪性能试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于道路工程领域，特别是一种浙青混合料弯剪性能试验装置。
背景技术：
改革开放以来，高速公路一直是我国年投资力度最大、发展速度最快的重点建设领域；截至2012年底，我国已建成通车的高速公路居世界第二位，其中90%以上为浙青路面。按照发展规划建设，未来两年，我国高速公路总里程有望超过美国，成为世界第一；此后十几年内还要新建数万公里高速公路和百万公里普通公路，更有数百万公里的浙青路面需要维修改造。我国在高等级道路浙青路面的建设实践中，积累了丰富的经验、解决了许多关键技术问题。但从近年来已投入运营的浙青路面使用状况来看，大部分未达到使用年限即出现了较严重的功能衰减和结构损坏，许多设计年限为15年的浙青路面，在开放交通后5 8年内即出现大范围的破坏，造成了巨大的经济损失和不良社会影响。浙青路面大量早期损坏不能简单地归因于施工质量和超载原因，材料设计的体系存在着明显不足亦为其重要因素之一。目前，表征浙青混合料力学强度的参数主要有:抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。一般浙青混合料具有较高的抗压强度，而抗剪强度和抗拉强度则较低。已有的研究表明，浙青路面的损坏往往是由拉裂或剪切滑移开始而逐渐扩展。为了防止浙青混合料发生破坏，通常采弯曲试验、劈裂试验和三轴试验分别测定材料抗拉强度和抗剪强度，并以这些强度参数表征浙青混合料的力学特征。已有的研究表明，在车轮水平荷载和垂直荷载的综合作用下，浙青路面结构内各点处于不同的应力应变状态，浙青面层最容易产生弯剪组合破坏。然而，在浙青混合料设计过程中，却通过弯曲试验或劈裂试验评价浙青混合料的抗拉性能，并由三轴试验评价浙青混合料的抗剪性能。在弯曲试验中，浙青混合料仅受到弯拉应力的作用发生弯拉破坏；在三轴试验中，浙青混合料仅受到剪应力的作用发生剪切破坏。上述试验方法虽然分别考虑了拉应力和剪应力对浙青混合料造成的破坏作用，却无法有效评价拉应力和剪应力对浙青混合料造成的综合破坏作用。现有的强度试验方法无法评价拉应力和剪应力共同作用下浙青混合料的强度，已为浙青混合料强度试验方法亟待解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术之不足而提供一种简单易行，便于推广，既能测定浙青混合料弯剪组合强度，又能模拟路面弯剪组合破坏特征的浙青混合料弯剪性能试验装置。一种浙青混合料弯剪性能试验装置，包括MTS材料试验机和弯剪性能试验模具，还包括内气囊组件，所述弯剪性能试验模具设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内侧设有环形阶梯，所述圆柱形凹槽的内径等于圆环形试件的外径，所述内气囊组件的内气囊安装于圆环形试件的内孔中并且和所述内孔的表面紧密接触，所述内气囊组件由气压装置提供气压，所述圆柱形凹槽内侧的环形阶梯上设置有环形套环，所述圆环形试件放置在所述环形套环上，所述圆环形试件的上部通过压环将所述圆环形试件紧压在所述环形阶梯上，所述压环和所述圆环形试件之间还设置有环形垫圈，所述弯剪性能试验模具的底部支撑在所述MTS材料试验机的试模支撑杆上，所述环形压头与所述MTS材料试验机的下压臂连接，为所述圆环形试件的上表面提供荷载。所述内气囊组件包括内气囊气芯、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜，所述内气囊气芯一端设有进气口，下部设有出气口，所述内气囊橡胶膜为空心圆柱筒，所述内气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或小于所述圆环形试件内孔的直径，所述内气囊固定装置包括锁紧螺母、气囊帽和气囊盖，所述内气囊橡胶膜套装在所述内气囊气芯外并且所述内气囊橡胶膜的两端通过所述锁紧螺母固定在所述内气囊气芯的两端，使得所述内气囊橡胶膜与所述内气囊气芯之间形成内气囊，所述气囊帽和气囊盖安装在所述内气囊气芯上，所述气囊帽和气囊盖的直径大于所述圆环形试件内孔的直径，使得所述内气囊固定在所述圆环形试件内孔中，所述内气囊气芯的出气口与所述内气囊连通。所述环形套环与所述环形垫圈的位置相对应。所述环形垫圈和环形套环的表面刻有凹槽。由于采用上述装置，本实用新型具有如下优点:1、该试验装置既能很好的评价浙青混合料对弯拉应力和剪应力共同作用的抵抗能力，又能较好的模拟路面的弯剪组合破坏形态。该试验装置的提出，对浙青路面损坏防治及浙青路面结构设计具有重要的意义。2、所述环形压头与所述试件之间放置有橡胶垫，能避免压头边缘形成应力集中。3、所述环形垫圈和环形套环的表面刻有凹槽，能限制试件发生水平位移及翘曲，能保证试件处于固支受力状态。4、调整环形垫圈和环形套环的尺寸，能改变试件的有效尺寸；若环形垫圈及环形套环的内径与环形压头的尺寸基本相同，该试验装置便转变为直剪试验。5、试验中所用的试件、压头、垫圈、套环均为环形，这些构件均为轴对称结构，使得试件的边界条件及加载条件较为均匀。6、所述试验系统中的构件均为钢材，能保证试验过程中不产生变形。综上所述，本实用新型既能较好的测定浙青混合料弯剪组合强度，又能模拟路面弯剪组合破坏特征，同时该实用新型还具有简单易行、便于推广、试验结果稳定、合理、可靠的优点。浙青混合料弯剪组合试验装置的提出，对浙青路面损坏防治及浙青路面结构设计具有重要的意义。
图1本实用新型试验装置的结构示意图；图2本实用新型内气囊组件的结构示意图；图3本实用新型试件受力状态示意图；图4本实用新型浙青混合料弯剪试验典型的破坏曲线；
具体实施方式
[0022]
以下结合附图详细说明本实用新型的实施方式:如图1和图2所示，本实用新型装置包括环形压头1、内气囊组件2、橡胶垫3、压环4、环形垫圈5、环形套环7、弯剪性能试验模具8、试模支撑杆9、气压装置，所述气压装置包括气管、气泵和控制阀。所述的环形压头I安装在MTS下压臂上，为试验系统提供竖向荷载。所述的环形压头I下，放置一块与其尺寸相同的橡胶垫3，防止环形压头I边缘出现应力集中。所述的试模支撑杆9连接在MTS材料试验机机架底部的底座内，弯剪性能试验模具8安装在试模支撑杆9上。所述环形套环7安装在弯剪性能试验模具8的环形台阶上，与所述环形垫圈5的位置相对应，起到调节试件有效尺寸的作用。所述的压环4放置在环形垫圈5上，压环4上表面沿圆周方向每隔60度开有螺纹口，拧紧螺丝钉后将环形垫圈5压紧。内气囊组件2是 设计弯剪组合试验装置的难点，内气囊组件2包括内气囊气芯24、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜25，所述内气囊气芯24 —端设有进气口，下部位置设有出气口，进气口先与气管26连通，再与控制阀和气泵连接，所述内气囊橡胶膜25被气囊帽22和气囊盖23压紧后形成空心圆柱体，所述空心圆柱体的直径等于或略小于所述圆环形试件6内孔的直径，所述内气囊固定装置包括锁紧螺母21、气囊帽22和气囊盖23，所述内气囊橡胶膜25套装在所述内气囊气芯24外并且所述内气囊橡胶膜25的两端通过所述锁紧螺母21固定在所述内气囊气芯24的两端，使得所述内气囊橡胶膜25与所述内气囊气芯24之间形成内气囊，所述气囊帽22的直径大于所述圆环形试件6内孔的直径，使得所述内气囊固定在所述圆环形试件6内孔中，所述内气囊气芯24的出气口与所述内气囊连通。内气囊橡胶膜25的厚度为0.5mm、0.8mm、lmm、l.2mm或1.5mm。0.8mm厚的内气囊橡胶膜25是最佳方案，既能保证内气囊组件的密封性，又能实现气囊的多次使用。成型圆环形试件6时，需要对试件进行钻心。在此过程中，不可避免的会在钻孔的边缘形成一些孔洞。接通气管开启气泵后，气囊会从孔洞逸出并发生爆裂，而气囊帽22、气囊盖23大于内孔直径，可压紧气囊防止气囊逸出。在连接气管开启气泵，确认内气囊组件的密封性后，完成整个内气囊组件的安装。实施例:浙青混合料弯剪组合试验模具的关键尺寸为:环形浙青混合料试件外径150mm、内径40mm、高为40mm ;气囊直径40mm ;环形压头外径70mm、内径40mm ;环形垫圈和环形套环的外径为150mm、内径为130mm。环形套环内部可以继续放置小套环调整其宽度；环形垫圈
上可放置薄垫圈调整其高度。弯剪组合试验中，试件的上下表面分别放置外径为150mm、内径为130mm的环形垫圈和环形套环，环形垫圈和环形套环表面刻有凹槽，可起到防止试件发生水平位移的作用。试验系统中所有构件材质均为钢材，可当作不可压缩的刚性体。试件底部130mm ^ 150mm的范围内放置环形套环，限制了试件的竖向位移；压环、环形垫圈和试模侧壁的共同作用限制了试件的水平位移及竖向翘曲，使得弯剪组合试验中环形浙青混合料试件处于固支受力状态，环形试件的有效尺寸为:外径130mm、内径40mm、高40mm。1、建立试件的力学模型，如图3所示，利用中厚板理论及弹性力学公式计算出弯剪组合试验中试件处于弯剪组合应力状态，建立浙青混合料弯剪强度求算公式为:R，LJ=n X 0.7+ (P—/A) X 0.76[0031]式中:R’ LJ为浙青混合料的弯剪组合强度，Mpa ；η为施加的水平气压，Mpa;Pmax为材料的竖向破坏荷载，N ；A为环形压头的横截面积，m2。2、制作试件:采用马歇尔击实、静压成型或旋转压实成型法制作直径为150_的圆柱体试件，切割试件并钻心取样，得到外径为150mm，内径为40mm，高为40mm的环形浙青混合料试件。3、安装内气囊组件，连接气管开动气泵，检查气管及气囊是否漏气。在确保气管及气囊不漏气后，将环形试件放置在环形套环上。4、在试件上表面上放置环形垫圈并安放环形压环，拧紧压环上的螺丝钉将试件上表面压紧。5、保温:将试件和模具控温于15°C环境箱中，确保试件的保温时间在6小时以上。6、进行试验:打开气泵给试件施加一定的水平气压，在环形压头下方放置橡胶垫，开启MTS材料试验机，以lmm/min的速率施加竖向荷载，使试件在水平荷载和竖向荷载的共同作用下发生弯剪组合破坏，试验结束，浙青混合料试件出现明显的弯剪破坏形态，分析试验过程中材料试验机采集的压力和变形数据，如图4所示，求出弯剪组合强度，进行多次平行试验后，将平行试验的数据进行平均，得出下表的数据。
权利要求1.一种浙青混合料弯剪性能试验装置，包括MTS材料试验机和弯剪性能试验模具，还包括内气囊组件，其特征在于:所述弯剪性能试验模具设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内侧设有环形阶梯，所述圆柱形凹槽的内径等于圆环形试件的外径，所述内气囊组件的内气囊安装于圆环形试件的内孔中并且和所述内孔的表面紧密接触，所述内气囊组件由气压装置提供气压，所述圆柱形凹槽内侧的环形阶梯上设置有环形套环，所述圆环形试件放置在所述环形套环上，所述圆环形试件的上部通过压环将所述圆环形试件紧压在所述环形阶梯上，所述压环和所述圆环形试件之间还设置有环形垫圈，所述弯剪性能试验模具的底部支撑在所述MTS材料试验机的试模支撑杆上，所述环形压头与所述MTS材料试验机的下压臂连接，为所述圆环形试件的上表面提供荷载。
2.根据权利要求1所述的浙青混合料弯剪性能试验装置，其特征在于:所述内气囊组件包括内气囊气芯、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜，所述内气囊气芯一端设有进气口，下部设有出气口，所述内气囊橡胶膜为空心圆柱筒，所述内气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或小于所述圆环形试件内孔的直径，所述内气囊固定装置包括锁紧螺母、气囊帽和气囊盖，所述内气囊橡胶膜套装在所述内气囊气芯外并且所述内气囊橡胶膜的两端通过所述锁紧螺母固定在所述内气囊气芯的两端，使得所述内气囊橡胶膜与所述内气囊气芯之间形成内气囊，所述气囊帽和气囊盖安装在所述内气囊气芯上，所述气囊帽和气囊盖的直径大于所述圆环形试件内孔的直径，使得所述内气囊固定在所述圆环形试件内孔中，所述内气囊气芯的出气口与所述内气囊连通。
3.根据权利要求1所述的浙青混合料弯剪性能试验装置，其特征在于:所述环形套环与所述环形垫圈的位置相对应。
4.根据权利要求2所述的浙青混合料弯剪性能试验装置，其特征在于:所述环形垫圈和环形套环的表面刻有凹槽。
专利摘要一种沥青混合料弯剪性能试验装置，包括MTS材料试验机和弯剪性能试验模具，还包括内气囊组件，所述弯剪性能试验模具设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内侧设有环形阶梯，所述圆柱形凹槽的内径等于圆环形试件的外径，所述内气囊组件的内气囊安装于圆环形试件的内孔并且和所述内孔的表面紧密接触，所述内气囊组件由气压装置提供气压，所述弯剪性能试验模具的底部支撑在所述MTS材料试验机的试模支撑杆上，所述环形压头与所述MTS材料试验机的下压臂连接，为所述圆环形试件的上表面提供荷载，本实用新型简单易行、便于推广，既能很好的评价沥青混合料对弯拉应力和剪应力共同作用的抵抗能力，又能较好的模拟路面的弯剪组合破坏形态，对沥青路面损害防治及沥青路面结构设计具有重要的意义。
文档编号G01N3/24GK203025051SQ20122073959
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者郑健龙, 钱国平, 黄拓 申请人:长沙理工大学