一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置及方法与流程

本发明涉及道路工程薄层沥青路面结构设计与施工中的性能研究与检验、结构验证与检测技术领域，特别是涉及一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置及方法。

背景技术：

目前，我国公路保有量接近450万公里，沥青路面是高等级公路最为主要的结构形式。公路的主要建设工作已从新建向养护转变，如何对现有的沥青路面进行养护是全国道路工作者高度关注的问题。而近年来，由于石料的减少，沥青成本的增加以及桥梁隧道比例越来越多，要求道路养护往轻薄和节能环保方向发展。

在此基础上发展起来的超薄沥青路面结构在功能性、环保性等方面有显著的优势。然而，超薄沥青路面在实际使用过程中，易发生脱皮、推移等破坏。因此，要实现超薄沥青路面的应用与发展，要求薄层沥青路面结构抗推移、拉拔、旋转等性能达到相应的指标。

在实际的设计与施工检测中,针对薄层沥青路面结构的混合料性能评价尚未形成完善的体系，尤其是结构抗剪强度的测试与实际的道路工作状态存在一定偏差。实际道路中，沥青路面表层不仅存在车轮轮胎摩擦而导致的剪切应力，还存在因车轮转向而形成的扭矩作用，这种轮胎转动带来的扭矩会极大地降低薄层沥青路面结构的最大抗剪强度，加大了沥青路面被剪切破坏的可能性。其次，试验过程中基本采用人工施加载荷的方式，存在人工测量读数误差。在这种测评条件下，尽管结果显示沥青低温条件下应有的弹性和塑性、高温条件下的强度和热稳定性、与各种工作结构表面的粘结力及耐疲劳性测试合格，但路面却在使用寿命远未达到设计寿命时就出现了骨料松散、坑洞、麻面等不同程度的损坏。

因此，为了完善薄层沥青路面结构评价体系，如何提供一种精确的测试及评价薄层沥青路面结构抗旋转剪切性能的方法，开发专用的薄层沥青路面结构旋转剪切试验装置，实现对超薄沥青路面性能测试的自动化操作，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置及方法，以实现对薄层沥青路面结构性能精确测试的自动化操作。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置，包括：

转盘，所述转盘底部设有模拟轮胎橡胶垫，所述模拟轮胎橡胶垫与薄层沥青路面结构接触；

电机，通过一旋转驱动器与所述转盘连接，所述旋转驱动器用于驱动转盘转动，所述旋转驱动器与所述转盘之间设有扭矩传感器，所述扭矩传感器用于检测所述转盘作用于所述薄层沥青路面结构上的扭矩；

操控台，分别与所述电机和所述扭矩传感器电连接，所述操控台用于设定所述旋转驱动器的工作参数，并控制所述旋转驱动器按照设定的工作参数工作；所述操控台控制所述电机的运转；所述操控台还用于读取所述扭矩传感器的检测数据，并根据所述检测数据控制所述电机和所述旋转驱动器的启停。

可选的，所述转盘的底面为圆形。

可选的，所述转盘的底面为向下凸出的半圆柱面。

可选的，所述模拟轮胎橡胶垫的形状与所述转盘的底面形状相适配，且所述模拟轮胎橡胶垫与薄层沥青路面结构的接触面设有轮胎表面纹路。

可选的，所述操控台上设有显示仪，所述显示仪与所述扭矩传感器相连接，用于显示扭矩传感器检测的扭矩数值以及显示所述旋转驱动器的设定工作参数。

可选的，所述操控台还包括电机启动键、电机停止键、选择按键、数值增加按键、数值减小按键，所述选择按键用于选择所述旋转驱动器需要设定的参数，所述数值增加按键和数值减小按键用于调节所述旋转驱动器的工作参数的大小，实现所述旋转驱动器的工作参数的设定。

本发明还提供了一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验方法，利用上述的用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置进行试验，所述试验方法包括：

启动电机；

开启旋转驱动器，并使所述旋转驱动器按照设定的工作参数驱动转盘转动，使模拟轮胎橡胶垫对待测薄层沥青路面结构试件产生旋转剪切；

获取扭矩传感器检测的扭矩；

判断待测薄层沥青路面结构试件是否发生旋转剪切破坏，若是，关闭电机和旋转驱动器；若否，返回获取扭矩传感器检测的扭矩的步骤。

可选的，在所述启动电机之前，所述试验方法还包括：

连接转盘底部的模拟轮胎橡胶垫和待测薄层沥青路面结构试件；

设定旋转驱动器的工作参数，所述工作参数包括扭矩和旋转速率。

可选的，所述将转盘底部的模拟轮胎橡胶垫与待测薄层沥青路面结构试件紧固连接，具体包括：

在所述模拟轮胎橡胶垫下表面涂覆粘结胶；

将所述模拟轮胎橡胶垫与所述待测薄层沥青路面结构试件接触，使粘结胶固化。

可选的，所述判断待测薄层沥青路面结构试件是否发生旋转剪切破坏，具体包括：

判断是否存在扭矩到达峰值后逐渐下降的过程，若是，则待测薄层沥青路面结构试件发生旋转剪切破坏；若否待测薄层沥青路面结构试件未发生旋转剪切破坏。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明在为待测薄层沥青路面结构试件提供扭矩的转盘底部设置模拟轮胎橡胶垫，能够更为准确地模拟真实路面薄层沥青路面结构受车轮旋转剪切的状况，能更准确地评价试件的力学性能。本发明对完善薄层沥青路面结构力学性能评价体系具有一定作用。

(2)本发明通过设置在转盘和旋转驱动器之间的扭矩传感器实时检测扭矩施加速率和扭矩大小。当扭矩传感器检测到试样破坏时，操控台的控制电机自动闭合，也可以进行手动闭合，此时电机、旋转驱动器均断电关闭，显示仪显示试验数据，极大程度上实现了由人工操作到机械自动化的转变。

(3)本发明通过操控台和旋转驱动器，可控制扭矩施加的速率；通过扭矩传感器，能实时检测并记录实验数据，避免人工读数造成的误差，实现了试验误差最小化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置的结构示意图；

图2为本发明提供的用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验方法的流程图。

其中，转盘-1、模拟轮胎橡胶垫-11、旋转驱动器-12、扭矩传感器-13、电机-2、操控台-3、显示仪-31、电机启动键-32、电机停止键-33、选择按键-34、数值增加按键-35、数值减小按键-36。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置及方法，以实现对薄层沥青路面结构性能精确测试的自动化操作。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置包括转盘1、电机2和操控台3。

该转盘1底部设有模拟轮胎橡胶垫11，模拟轮胎橡胶垫11与薄层沥青路面结构接触。

其中转盘1的底面可以为圆形，也可以为向下凸出的半圆柱面，向下凸出的半圆柱面与实际轮胎形状更相似，那么对薄层沥青路面结构试件的旋转剪切试验会更符合实际，在一定程度上能提高试验结果的准确度。而模拟轮胎橡胶垫11的形状与转盘1的底面形状相适配，且模拟轮胎橡胶垫11与薄层沥青路面结构的接触面设有轮胎表面纹路。模拟轮胎橡胶垫11的材质与轮胎的材质相同，而且在模拟轮胎橡胶垫11的接触面上设置的纹路与轮胎纹路相同，这样更提高了与实际轮胎与路面的接触的近似性，可在实验室内更精准地模拟真实路面收到的轮胎的旋转剪切力，那么也就会提高试验结果的准确度。

该电机2通过旋转驱动器12与转盘1连接，旋转驱动器12用于驱动转盘1转动，旋转驱动器12与转盘1之间设有扭矩传感器13，扭矩传感器13用于检测转盘1作用于所述薄层沥青路面结构上的扭矩。

该操控分别与电机2和扭矩传感器13电连接，操控台3用于设定旋转驱动器12的工作参数，并控制旋转驱动器12按照设定的工作参数工作；操控台3控制电机2的运转；操控台3还用于读取扭矩传感器13的检测数据，并根据检测数据控制电机2和旋转驱动器12的启停。

具体的，操控台3上可以设有显示仪31，显示仪31与扭矩传感器13相连接，用于显示扭矩传感器13检测的扭矩数值以及显示旋转驱动器12的设定工作参数。该显示仪31可以采用液晶显示屏。

操控台3还可以包括电机启动键32、电机停止键33、选择按键34、数值增加按键35、数值减小按键36，选择按键34用于选择旋转驱动器12需要设定的参数，如扭矩和旋转速度；数值增加按键35和数值减小按键36用于调节所述旋转驱动器12的工作参数的大小，实现所述旋转驱动器12的工作参数的设定。

该操控台3通过选择按键34、数值增加按键35和数值减小按键36设定旋转驱动器12的扭矩和旋转速度大小，并控制旋转驱动器12按照设定的扭矩和旋转速度带动转盘1转动，避免人工操作带来的偶然误差，从而提高试验的准确性。

与上述实施例对应的，本发明还提供了一种用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验方法，利用上述的用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验装置进行试验，如图2所示，所述试验方法包括：

步骤201：启动电机2；

步骤202：开启旋转驱动器12，并使旋转驱动器12按照设定的工作参数驱动转盘1转动，使模拟轮胎橡胶垫11对待测薄层沥青路面结构试件产生旋转剪切；

步骤203：获取扭矩传感器13检测的扭矩；

具体的，可以是通过操控台实时获取扭矩数据，保证读数的精确。

步骤204：判断待测薄层沥青路面结构试件是否发生旋转剪切破坏，若是，关闭电机2和旋转驱动器12；若是否，返回步骤203。

其中，在步骤201启动电机2之前，该试验方法还包括：

紧固连接转盘1底部的模拟轮胎橡胶垫11和待测薄层沥青路面结构试件；

设定旋转驱动器12的工作参数，所述工作参数包括扭矩和旋转速率。参数设定可以通过操控台3人工设定。

其中，将转盘1底部的模拟轮胎橡胶垫11与待测薄层沥青路面结构试件紧固连接的方法可以是：

在所述模拟轮胎橡胶垫11下表面涂覆粘结胶；

将所述模拟轮胎橡胶垫11与所述待测薄层沥青路面结构试件接触，使粘结胶固化。

当然，也可以采用其他方法将模拟轮胎橡胶垫11与待测薄层沥青路面结构试件连接牢固，以保证模拟轮胎橡胶垫11与待测薄层沥青路面结构试件接触牢固。

在步骤204中，判断待测薄层沥青路面结构试件是否发生旋转剪切破坏的步骤具体包括：

判断是否存在扭矩到达峰值后逐渐下降的过程，若是，则待测薄层沥青路面结构试件发生旋转剪切破坏；若否待测薄层沥青路面结构试件未发生旋转剪切破坏。

当然，也可以采用其他判断方法判断待测薄层沥青路面结构试件是否发生旋转剪切破坏。

试样破坏后操控台3上的显示仪31自动记录所测数据，保证了试验数据的精确性。

上述用于薄层沥青路面结构旋转剪切的试验方法中可以是操控台自动控制实施各个步骤，也可以是人工执行各个步骤，还可以部分操控台实施、部分人工实施。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。