半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置及其试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体，所述桶体顶部固定安装一桶盖，桶盖中部固定有一个竖直向下进入桶体中部的杆体，杆体末端悬挂有一固定槽，固定槽中设置试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的电机相连。本发明同时还公开了利用该装置的试验方法。本发明通过装配有一台顺时针单旋转电机，可以顺时针、逆时针交替旋转，来带动旋转拨片旋转，从而使水获得旋转动力，通过旋转水流对试件的冲刷力来模拟轮胎对公路基层材料的泵吸作用。本发明的桶体上有固定试件的组件、可以拨动水流的旋转拨片，且与底座和电机采用分离式设计，这样可以使试验更易操作。
【专利说明】半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置及其试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置及其试验方法。
【背景技术】
[0002]目前，中国道路的水损坏问题十分突出，造成大量的工程浪费并严重影响行车安全。无机结合料稳定材料是中国道路的主要路面基层材料之一，其抗冲刷性能是影响路面水损坏的关键因素。为评价无机结合料稳定基层材料的抗冲刷性能，《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)提供了该类材料的抗冲刷性能试验方法，该试验规程规定抗冲刷性能试验装置采用MTS试验机或其他可以施加振动荷载的试验设备。MTS试验机为美国原装进口设备，必须由专业人员进行操作，且价格昂贵，一般科研机构无力购买。其他可以施加振动荷载的试验设备虽然价格适中，使用方便，但试验因施加振动荷载导致试件边角块状碎落，从而形成过大试验误差问题。因此亟需提供一种价格适中、操作简便、准确可靠的道路工程无机结合料稳定材料抗冲刷试验装置及其试验方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为弥补道路工程无机结合料稳定材料抗冲刷试验器材种类短缺的不足，提供一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置及其试验方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体，所述桶体中悬挂有试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的动力机构相连。
[0006]桶体外观为圆柱形的金属桶，圆形桶便于水流的旋转，减小水流旋转阻力，而且会让整个装置在工作过程中更加稳定，不易晃动。桶体上端开口，以便放入和取出试件与水，使试验的操作简单方便，桶体底端密封，这样可以保证试验过程中不会有水或冲刷物流出，确保了试验的准确性。桶体内壁上有水位线，水位线距桶上部边缘150mm。
[0007]—种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体，所述桶体顶部固定安装一桶盖，桶盖中部固定有一个竖直向下进入桶体中部的杆体，杆体末端悬挂有试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的动力机构相连。
[0008]桶体上部外侧边缘与桶盖边缘内部有相匹配的螺纹，顺时针旋转桶盖可以拧紧使桶盖固定于桶体上端，拧紧之后可以将桶体上部密封，因为进行试验时，水流会高速旋转，可能会溅起水花，密封之后就可以防止水流和冲刷物的溅出，保证了试验的准确性。逆时针旋转可以松开并取下桶盖，桶盖中部的杆体与桶盖连为一体，且足够牢固，杆为金属材质，这样可以使整个装置以及试件在试验过程中不会发生剧烈晃动，保证了试验的准确性。
[0009]一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体，所述桶体顶部固定安装一桶盖，桶盖中部固定有一个竖直向下进入桶体中部的杆体，杆体末端悬挂有一固定槽，固定槽中设置试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的动力机构相连。
[0010]桶体上部外侧边缘与桶盖边缘内部有相匹配的螺纹，顺时针旋转桶盖可以拧紧使桶盖固定于桶体上端，拧紧之后可以将桶体上部密封，因为进行试验时，水流会高速旋转，可能会溅起水花，密封之后就可以防止水流和冲刷物的溅出，保证了试验的准确性。逆时针旋转可以松开并取下桶盖，桶盖中部的杆体与桶盖连为一体，且足够牢固，杆为金属材质，这样可以使整个装置以及试件在试验过程中不会发生剧烈晃动，保证了试验的准确性。
[0011]所述试验装置还包括一底座，底座与桶体采用分离式设计，底座中央下部固定有顺时针单向旋转电机，为确保试验过程中的稳定性，底座的四个角用螺栓固定在地上，底座上部边缘有螺纹，与桶底外部边缘螺纹相匹配，顺时针旋转可以将桶固定于底座上，保证整个装置在试验过程中的稳定性。
[0012]所述桶体底部密封。
[0013]所述旋转拨片为四幅式，中心处固定于桶体底部中心位置。旋转拨片中心轴延伸到桶底外部，可以与电机通过顺时针旋转进行连接牢固，通过电机带动其转动，四幅式可以提供足够的水流动力。
[0014]所述固定装置包括上、下垫板以及连接上、下垫板的螺栓，上、下垫板之间设置试件，并通过螺栓连接上、下垫板固定。固定装置上下垫板均为金属材质，足够结实牢固，大体为圆形，对称两边有突出部分，用来均匀放置四根螺栓，螺栓长度略长于试件高度，顺时针旋转螺栓可以使上下垫板靠近，逆时针旋转可以使垫板远离，这样方便固定和取出试件。
[0015]所述电机为顺时针单向旋转电机，工作时带动旋转拨片顺时针旋转，进而带动水流顺时针冲刷试件，相比于正反向交替旋转的电机装置，冲刷过程更加稳定，高效，取得的效果更好，水流顺时针单向旋转会使杆体和桶盖顺时针受力，这样有助于桶盖的固定，不会在试验过程中松动。
[0016]一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置的试验方法，包括:
[0017]I)将底座的四角用螺栓固定于地面上，将桶体下部的旋转拨片固定轴与底座电机接口对接好，安装桶体；
[0018]2)将桶盖从桶体上旋转卸下，向桶中加清水至桶体水位控制线，水位控制线距桶上部边缘150mm ；
[0019]3)将养生好的无机结合料稳定材料试件安装于桶盖杆体下端，并通过旋转螺栓来加以固定；
[0020]4)将安装好试件的桶盖顺时针旋转固定于桶体上；
[0021]5)通电并打开电机进行冲刷试验，电机频率为30转/分，冲刷时间为30分钟；
[0022]6)关闭电源，静待两分钟，小心旋转桶盖，将桶盖及试件从桶体内小心取出；
[0023]7)将桶体逆时针旋转，卸下桶体，将桶内浑浊的水连同冲刷物倒入准备好的塑料桶里，所有冲刷物要用清水冲入塑料桶中，静置12小时，将上部清水倒掉，留下下层的冲刷物和浑浊液体，进行烘干称重；
[0024]8)根据冲刷物重量，评价无机结合料稳定材料抗冲刷性能。
[0025]所述电机为顺时针方向转动。
[0026]本发明中，桶盖可以竖向部分内环有螺纹且与桶体上螺纹相匹配，可以顺时针旋转将桶盖固定，桶盖中心处固定有金属杆，金属杆下端有试件固定槽，将桶体放置于桶底座上，使电机与桶底旋转拨片对接好，水面高于试件，电机顺时针方向旋转带动水流旋转，对试件进行冲刷。
[0027]冲刷试验桶体上端外边缘有螺纹，桶大小为0450mmX 500mm，桶壁厚3mm，且底部封闭不会漏水，可以与底座及电机分离，进行试验前将桶体固定于底座，旋转拨片中心底部位于桶外，可以与电机相连接。
[0028]冲刷试验桶盖边缘内环有螺纹，且螺纹与桶体上端外边缘的螺纹相匹配，可以顺时针旋转以将盖固定于桶上，桶盖中心处固定有直径为30mm,长为200mm的金属杆,杆下端为试件固定槽，由上下金属垫和四根螺栓组成，螺栓长度为200mm，桶盖、金属杆及试件固定槽为一个整体，试验前逆时针旋转桶盖将其取出，逆时针旋转螺栓，使上下金属垫间距增大，放入试件，试件为0150mm X ISOmm的圆柱体。
[0029]旋转高功率电机位于桶体底座下端，固定于底座上，电机工作时为顺时针单向旋转，将桶放置于底座上时，使电机与旋转拨片相连接，电机顺时针旋转带动水流拨片旋转，来提供水流动力。
[0030]旋转拨片为四幅式，中心处固定于桶底部中心位置，且可以灵活地转动，旋转拨片下端露在桶底外部，以便于电机相连接，桶底部密封严密，不漏水。
[0031 ] 本发明的有益效果是，本发明是用于道路工程无机结合料稳定材料旋转水流式冲刷试验机，其装配有一台顺时针单向电机，来带动旋转拨片旋转，从而使水获得旋转动力，通过旋转水流对试件的冲刷力来模拟水对公路基层材料的冲刷作用。本发明的桶体上有固定试件的组件、可以拨动水流的旋转拨片，且与底座和电机采用分离式设计，这样可以使试验更易操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明实施例3结构示意图；
[0033]图2为旋转拨片示意图；
[0034]图3为上金属垫示意图；
[0035]其中，1、桶盖边缘，2、金属杆3、桶体，4、试件，5、旋转拨片，6、底座，7、桶盖，8、螺栓，9、垫板，10、清水，11、电机。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0037]实施例1 (未提供附图，可以参考图1-图3):
[0038]半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体3，所述桶体3中悬挂有试件4，桶体3内底部设有旋转拨片5，旋转拨片5的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的电机11相连。
[0039]试验装置还包括一底座6，底座6中设置有与旋转拨片5的固定轴相连的动力机构。底座6为梯形结构。桶体6底部密封。旋转拨片5为四幅式，中心处固定于桶体底部中心位置。电机11为顺时针单向电机。
[0040]将桶体3放置于桶底座6上，使电机11与桶底旋转拨片对接好，水面高于试件4，试件4为015OmmX 150mm的圆柱体，电机11顺时针方向旋转带动水流旋转,对试件4进行冲刷。
[0041]冲刷试验桶体3上端外边缘I有螺纹,桶大小为0450mm X 500mm，桶壁厚3mm,且底部封闭不会漏水，可以与底座6及电机11分离，进行试验前将桶体固定于底座6，旋转拨片5中心底部位于桶外，可以与电机11相连接。
[0042]旋转高功率电机位于桶体底座6下端，电机11工作时为顺时针单向旋转，将桶放置于底座6上时，使电机11与旋转拨片5相连接，电机11顺时针旋转带动水流拨片5旋转，来提供水流动力。
[0043]旋转拨片5为四幅式，中心处固定于桶底部中心位置，且可以灵活地转动，旋转拨片5下端露在桶底外部，以便于电机11相连接，桶底部密封严密，不漏水。
[0044]半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置的试验方法，包括:
[0045]I)将底座的四角用螺栓固定于地面上，将桶体下部的旋转拨片固定轴与底座电机接口对接好，安装桶体；
[0046]2)将桶盖从桶体上旋转卸下，向桶中加清水10至桶体水位控制线，水位控制线距桶上部边缘150mm ；
[0047]3)将养生好的无机结合料稳定材料试件安装于桶盖杆体下端，并通过旋转螺栓来加以固定；
[0048]4)将安装好试件的桶盖顺时针旋转固定于桶体上；
[0049]5)通电并打开电机进行冲刷试验，电机频率为30转/分，冲刷时间为30分钟；
[0050]6)关闭电源，静待两分钟，小心旋转桶盖，将桶盖及试件从桶体内小心取出；
[0051]7)将桶体逆时针旋转，卸下桶体，将桶内浑浊的水连同冲刷物倒入准备好的塑料桶里，所有冲刷物要用清水冲入塑料桶中，静置12小时，将上部清水倒掉，留下下层的冲刷物和浑浊液体，进行烘干称重；
[0052]8)根据冲刷物重量，评价无机结合料稳定材料抗冲刷性能。
[0053]实施例2 (未提供附图，可以参考图1-图3):
[0054]半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体3，所述桶体3顶部固定安装一桶盖7，桶盖7中部固定有一个竖直向下进入桶体3中部的杆体,杆体末端悬挂有试件4,桶体3内底部设有旋转拨片5，旋转拨片5的固定轴穿过桶体3底部与桶体3外部的电机11相连。
[0055]试验装置还包括一底座6,底座6中设置有与旋转拨片5的固定轴相连的动力机构。底座6为梯形结构。桶体3底部密封。旋转拨片5为四幅式，中心处固定于桶体3底部中心位置。电机11为顺时针单向电机。
[0056]桶盖7可以竖向部分内环有螺纹且与桶体3上螺纹相匹配，可以顺时针旋转将桶盖7固定，桶盖7中心处固定有金属杆2，金属杆2下端连接试件4。将桶体3放置于桶底座6上，使电机11与桶底旋转拨片5对接好，水面高于试件4，电机11顺时针方向旋转带动水流旋转，对试件4进行冲刷。
[0057]冲刷试验桶体3上端外边缘有螺纹，桶大小为0450mm X 500mm，桶壁厚3mm，且底部封闭不会漏水，可以与底座及电机分离，进行试验前将桶体固定于底座，旋转拨片中心底部位于桶外，可以与电机相连接。
[0058]冲刷试验桶盖边缘I内环有螺纹，且螺纹与桶体上端外边缘的螺纹相匹配，可以顺时针旋转以将盖固定于桶上，桶盖7中心处固定有直径为30mm，长为200mm的金属杆，试件4为0150mm X 150mm的圆柱体。
[0059]旋转高功率电机位于桶体底座下端，电机11工作时为顺时针单向旋转，将桶放置于底座上时，使电机与旋转拨片相连接，电机顺时针旋转带动水流拨片旋转，来提供水流动力。
[0060]旋转拨片5为四幅式，中心处固定于桶底部中心位置，且可以灵活地转动，旋转拨片下端露在桶底外部，以便于电机相连接，桶底部密封严密，不漏水。
[0061 ] 半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置的试验方法，包括:
[0062]I)将底座的四角用螺栓固定于地面上，将桶体下部的旋转拨片固定轴与底座电机接口对接好，安装桶体；
[0063]2)将桶盖从桶体上旋转卸下，向桶中加清水10至桶体水位控制线，水位控制线距桶上部边缘150mm ；
[0064]3)将养生好的无机结合料稳定材料试件安装于桶盖杆体下端,并通过旋转螺栓来加以固定；
[0065]4)将安装好试件的桶盖顺时针旋转固定于桶体上；
[0066]5)通电并打开电机进行冲刷试验，电机频率为30转/分，冲刷时间为30分钟；
[0067]6)关闭电源，静待两分钟，小心旋转桶盖，将桶盖及试件从桶体内小心取出；
[0068]7)将桶体逆时针旋转，卸下桶体，将桶内浑浊的水连同冲刷物倒入准备好的塑料桶里，所有冲刷物要用清水冲入塑料桶中，静置12小时，将上部清水倒掉，留下下层的冲刷物和浑浊液体，进行烘干称重；
[0069]8)根据冲刷物重量，评价无机结合料稳定材料抗冲刷性能。
[0070]实施例3:
[0071]如图1-图3所示，半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，包括一桶体3，所述桶体3顶部固定安装一桶盖7，桶盖7中部固定有一个竖直向下进入桶体中部的杆体，杆体末端悬挂有一固定装置，固定装置中设置试件4，桶体3内底部设有旋转拨片5，旋转拨片5的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的电机11相连。
[0072]试验装置还包括一底座6，底座6中设置有与旋转拨片5的固定轴相连的动力机构。底座6为梯形结构。桶体底部密封。旋转拨片5为四幅式，中心处固定于桶体底部中心位置。电机11为顺时针单向电机。
[0073]固定装置包括上、下垫板9以及连接上、下垫板的螺栓8，上、下垫板9之间设置试件4，并通过螺栓8连接上、下垫板9固定。
[0074]桶盖7可以竖向部分内环有螺纹且与桶体上螺纹相匹配，可以顺时针旋转将桶盖固定，桶盖中心处固定有金属杆2，金属杆2下端有试件固定槽，将桶体放置于桶底座上，使电机11与桶底旋转拨片5对接好，水面高于试件4，电机顺时针方向旋转带动水流旋转，对试件4进行冲刷。
[0075]冲刷试验桶体上端外边缘有螺纹，桶大小为045OmmX 500mm，桶壁厚3mm，且底部封闭不会漏水，可以与底座及电机分离，进行试验前将桶体固定于底座，旋转拨片中心底部位于桶外，可以与电机相连接。
[0076]冲刷试验桶盖边缘I内环有螺纹，且螺纹与桶体上端外边缘的螺纹相匹配，可以顺时针旋转以将盖固定于桶上，桶盖7中心处固定有直径为30mm，长为200mm的金属杆，杆下端为试件固定装置，由上下垫板9和四根螺栓8组成，螺栓8长度为200mm，桶盖7、金属杆2及试件4固定槽为一个整体，试验前逆时针旋转桶盖将其取出，逆时针旋转螺栓8，使上下金属垫板8间距增大，放入试件4，试件4为0150mm X 150mm的圆柱体。
[0077]旋转高功率电机位于桶体底座下端，电机工作时为顺时针单向旋转，将桶放置于底座上时，使电机与旋转拨片相连接，电机顺时针旋转带动水流拨片旋转，来提供水流动力。
[0078]旋转拨片5为四幅式，中心处固定于桶底部中心位置，且可以灵活地转动，旋转拨片5下端露在桶底外部，以便于电机相连接，桶底部密封严密，不漏水。
[0079]半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置的试验方法，包括:
[0080]I)将底座6的四角用螺栓固定于地面上，将桶体3下部的旋转拨片5固定轴与底座电机接口对接好，安装桶体3 ；
[0081]2)将桶盖从桶体3上旋转卸下，向桶中加清水10至桶体水位控制线，水位控制线距桶上部边缘150mm ；
[0082]3)将养生好的无机结合料稳定材料试件安装于桶盖杆体下端的固定装置上，并通过旋转螺栓来加以固定；
[0083]4)将安装好试件的桶盖顺时针旋转固定于桶体上；
[0084]5)通电并打开电机进行冲刷试验，电机频率为30转/分，冲刷时间为30分钟；
[0085]6)关闭电源，静待两分钟，小心旋转桶盖，将桶盖及试件从桶体内小心取出；
[0086]7)将桶体逆时针旋转，卸下桶体，将桶内浑浊的水连同冲刷物倒入准备好的塑料桶里，所有冲刷物要用清水冲入塑料桶中，静置12小时，将上部清水倒掉，留下下层的冲刷物和浑浊液体，进行烘干称重；
[0087]8)根据冲刷物重量，评价无机结合料稳定材料抗冲刷性能。
[0088]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，其特征是，包括一桶体，所述桶体中悬挂有试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的电机相连。
2.一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，其特征是，包括一桶体，所述桶体顶部固定安装一桶盖，桶盖中部固定有一个竖直向下进入桶体中部的杆体，杆体末端悬挂有试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的电机相连。
3.一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置，其特征是，包括一桶体，所述桶体顶部固定安装一桶盖，桶盖中部固定有一个竖直向下进入桶体中部的杆体，杆体末端悬挂有一固定槽，固定槽中设置试件，桶体内底部设有旋转拨片，旋转拨片的固定轴穿过桶体底部与桶体外部的电机相连。
4.如权利要求1-3中任一项所述的试验装置，其特征是，还包括一底座，底座与桶体采用分离式设计，底座中央下部固定有顺时针单向旋转电机，底座的四个角用螺栓固定在地上，底座上部边缘有螺纹，与桶底外部边缘螺纹相匹配，顺时针旋转能将桶固定于底座上。
5.如权利要求1-3中任一项所述的试验装置，其特征是，所述桶体底部密封。
6.如权利要求1-3中任一项所述的试验装置，其特征是，所述旋转拨片为四幅式，中心处固定于桶体底部中心位置，旋转拨片中心轴延伸到桶体底外部，能够与电机通过顺时针旋转连接牢固。
7.如权利要求3所述的试验装置，其特征是，所述固定装置包括上、下垫板以及连接上、下垫板的螺栓，上、下垫板之间设置试件，并通过螺栓连接上、下垫板固定。
8.如权利要求1-3中任一项所述的试验装置，其特征是，所述电机为顺时针单向电机，且固定于底座上。
9.一种半刚性材料旋转水流式抗冲刷试验装置的试验方法，其特征是，包括: 1)将底座的四角用螺栓固定于地面上，将冲刷桶下部的旋转拨片固定轴与底座电机接口对接好，安装冲刷桶； 2)将桶盖从桶体上旋转卸下，向桶中加清水至桶体水位控制线，水位控制线距桶上部边缘150mm ； 3)将养生好的无机结合料稳定材料试件安装于桶盖杆体下端的试件固定装置，并通过旋转螺栓来加以固定； 4)将安装好试件的桶盖顺时针旋转固定于桶体上； 5)通电并打开电机进行冲刷试验，电机频率为30转/分，冲刷时间为30分钟； 6)关闭电源，静待两分钟，小心旋转桶盖，将桶盖及试件从桶体内小心取出； 7)将桶体逆时针旋转，卸下桶体，将桶内浑浊的水连同冲刷物倒入准备好的塑料桶里，所有冲刷物要用清水冲入塑料桶中，静置12小时，将上部清水倒掉，留下下层的冲刷物和浑浊液体，进行烘干称重； 8)根据冲刷物重量，评价无机结合料稳定材料抗冲刷性能。
【文档编号】G01N17/00GK104198367SQ201410464521
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】姚占勇, 马腾, 张昊, 刘金宝, 裴延磊, 姚辉宁, 赵伟, 杨永成 申请人:山东大学, 山东省公路建设（集团）有限公司