一种颗粒接触试验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种颗粒接触试验装置，包括由第一底板、第一前侧板、第一后侧板、第一左侧板、第一右侧板和第一盖板构成的第一腔体，由第二底板、第二前侧板、第二后侧板、第二左侧板、第二右侧板和第二盖板构成的第二腔体，第二腔体伸入第一腔体内，第二左侧板和第二右侧板分别延伸出第二底板，并伸出第一底板，第二盖板和第二底板的外部连接有连接头，连接头连接用于拉动第二腔体在第一腔体内上下移动的外部加载装置；第二左侧板和第二右侧板上设置有开口，其外部还设置有隔离板。该试验装置结构简单、操作简便，可从颗粒摩擦效应的角度展现出沥青混合料中矿料颗粒的迁移错动行为。
【专利说明】
一种颗粒接触试验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及道路工程材料试验设备领域，具体涉及一种颗粒接触试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]沥青混合料是由矿料、沥青及空隙构成的多相颗粒性材料。沥青混合料的摊铺、压实是裹覆沥青的矿料颗粒体系由松散流动态，经亚稳过渡态，向成型稳定态(相对稳定)转化的过程，矿料颗粒的摩擦、迀移以及错动行为不仅贯穿沥青混合料拌和、摊铺以及碾压等阶段的始终，而且在很大程度上决定了沥青混合料的离析特性、压实效果以及力学性能，从而关系到路面病害及耐久性。
[0003]近年来，沥青混合料的微细观结构及作用行为已得到研究人员的关注，并逐渐成为道路工程材料领域研究的热点。然而，国内外对于沥青混合料颗粒体系的研究工作相对较少，且尚未从矿料颗粒摩擦效应的角度开展矿料迀移错动行为研究。沥青混合料中矿料颗粒界面的微细观效应贯穿于混合料生产-施工-服役整个生命周期的始终，而对于摊铺、压实阶段的沥青混合料而言，矿料颗粒间具有很大的自由度，矿料迀移和错动是主要的力学行为，而且受到矿料接触特性、界面沥青粘滞及润滑效应的影响，其力学行为更为复杂。
[0004]目前对沥青混合料中矿料颗粒特性的研究主要集中在数值模拟或图像处理方面，即通过有限元、离散元等数值模拟软件或图像处理技术开展研究，尚没有沥青混合料中矿料接触特性的评价仪器及相关评价方法。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种探索沥青混合料中矿料接触特性及力学传递规律的试验装置及试验方法，本实用新型具有可重复操作性、稳定性及数据显著差异性的优点。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
[0007](I) —种颗粒接触试验装置，其特征在于，包括由第一底板、第一前侧板、第一后侧板、第一左侧板、第一右侧板和第一盖板构成的第一腔体；
[0008]由第二底板、第二前侧板、第二后侧板、第二左侧板、第二右侧板和第二盖板构成的第二腔体；
[0009]所述第一盖板的中央设置有开孔，所述第二腔体通过所述开孔伸入第一腔体内；
[0010]所述第一底板上设有与所述第二左侧板和所述第二右侧板相匹配的两个长孔;所述第二左侧板和第二右侧板分别延伸出所述第二底板，并伸出所述第一底板的两个长孔；[0011 ]所述第二盖板的外部连接有上连接头，所述第二底板的外部连接有下连接头;所述第一底板中央设有圆孔，所述下连接头伸出所述圆孔；
[0012]所述上连接头和所述下连接头连接用于拉动第二腔体在第一腔体内上下移动的外部加载装置；
[0013]所述第二左侧板和第二右侧板上分别设置有开口，所述第二左侧板和第二右侧板的外部分别设置有与所述开口对应的隔离板。
[0014]本实用新型的特点和进一步的改进在于:
[0015]所述第一前侧板和第一后侧板上分别设置有导轨，所述第二前侧板和第二后侧板上分别设置有与所述导轨配合的导槽。
[0016]所述第一底板、第一前侧板、第一后侧板分别固定连接，所述第一左侧板和第一右侧板分别为滑动侧板。
[0017]所述第一底板、第一前侧板、第一后侧板的左右两端部分别设置固定板，所述固定板上设有螺孔和对应的螺栓，所述螺栓通过所述螺孔穿过所述固定板，且穿过部分上套有螺旋压缩弹簧，所述螺旋压缩弹簧的自由端抵靠对应的所述第一左侧板或第一右侧板。
[0018]所述开口为正方形或长方形。
[0019]所述第一腔体和所述第二腔体的材质均为碳钢。
[0020](2) 一种颗粒接触试验方法，用于测试沥青混合料矿料颗粒间的接触特性，基于上述颗粒接触试验装置，其特征在于，包括以下步骤:
[0021 ]步骤I，组装颗粒接触试验装置；
[0022]步骤2，向所述颗粒接触试验装置的所述第一腔体和所述第二腔体中分别装满待测颗粒；
[0023]步骤3，将装有待测颗粒的颗粒接触试验装置固定安装在加载装置上，抽离所述隔离板，启动加载装置，试验开始，所述第二腔体相对所述第一腔体向上移动；
[0024]步骤4，当所述第二腔体相对所述第一腔体向上移动的移动位移达到设定值时，试验结束，得待测颗粒的力-位移曲线图。
[0025]优选地，步骤3中，所述加载装置为MTS试验机。
[0026]优选地，步骤4中，所述移动位移的设定值为80mm。
[0027]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0028 ]本实用新型针对沥青混合料的特性，提供了一种探索沥青混合料中矿料颗粒的接触特性及力学传递规律的试验装置，该试验装置结构简单、操作简便，使用该装置对沥青混合料中矿料颗粒的接触特性及力学传递规律进行试验测试，试验方法简单、可重复操作，数据准确，可从颗粒摩擦效应的角度展现出沥青混合料中矿料颗粒的迀移错动行为，对沥青混合料的摊铺均匀性及压实效果研究具有重要意义。
【附图说明】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0030]图1为本实用新型的颗粒接触试验装置的正视图；
[0031]图2为本实用新型的颗粒接触试验装置的第一腔体的正视结构示意图；
[0032]图3为本实用新型的颗粒接触试验装置的第二腔体的正视结构示意图；
[0033]图4为粒径是16.0mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，其中，横坐标为位移，纵坐标为力的水平；
[0034]图5为粒径是13.2mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，其中，横坐标为位移，纵坐标为力的水平；
[0035]图6为粒径是4.75mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，其中，横坐标为位移，纵坐标为力的水平；
[0036]图7为粒径是2.36mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，其中，横坐标为位移，纵坐标为力的水平；
[0037]图8为粒径是1.18mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，其中，横坐标为位移，纵坐标为力的水平。
[0038]图中:1、第一底板;2、第一左侧板;3、第一右侧板；101、长孔；102、圆孔;4、第一盖板;401、开孔;5、第二底板;6、第二左侧板;7、第二右侧板;8、第二盖板;9、上连接头；10、下连接头;11、开口； 12、隔离板;13、导轨;14、导槽;15、固定板;16、螺栓;17、螺旋压缩弹簧。
【具体实施方式】
[0039]下面将结合附图和实施例对本实用新型的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。
[0040]参考图1-图3，本实用新型的颗粒接触试验装置包括:由第一底板1、第一前侧板、第一后侧板、第一左侧板2、第一右侧板3、第一盖板4构成的第一腔体；
[0041]由第二底板5、第二前侧板、第二后侧板、第二左侧板6、第二右侧板7、第二盖板8构成的第二腔体；
[0042]第一盖板4的中央设置有开孔401，第二腔体通过开孔401伸入第一腔体内；
[0043]参考图1和图2，第一底板I上设有与第二左侧板6和第二右侧板7相匹配的两个长孔101;第二左侧板6和第二右侧板7分别延伸出第二底板5，并伸出第一底板I的两个长孔101;其中，第二左侧板6和第二右侧板7分别延伸出第二底板5的设置主要是为了在第二腔体上下移动时维持第一腔体内体积不变；
[0044]参考图1和图3，第二盖板8的外部连接有上连接头9，第二底板5的外部连接有下连接头10;第一底板I中央设有圆孔102，下连接头10伸出圆孔102;
[0045]上连接头9和下连接头10连接用于拉动第二腔体在第一腔体内上下移动的外部加载装置；
[0046]第一前侧板和第一后侧板上分别设置有导轨13，第二前侧板和第二后侧板上分别设置有与导轨13配合的导槽14，导轨13和导槽14的设置主要是为了减小第一腔体与第二腔体内侧面之间的摩擦。
[0047]参考图3，第二左侧板6和第二右侧板7上分别设置有开口11，第一腔体中的待测颗粒与第二腔体内的待测颗粒在开口处接触，从而测试待测颗粒的接触性能。
[0048]参考图1，第二左侧板6和第二右侧板7的外部分别设置有与开口11对应的隔尚板12，隔离板12的设置主要是为了隔离第一腔体内的颗粒与第二腔体内的颗粒，使其不相互接触。
[0049]参考图1和图2，第一底板1、第一前侧板、第一后侧板的左右两端部分别设置固定板15，固定板15上设有螺孔和对应的螺栓16，螺栓16通过螺孔穿过固定板15，且穿过部分上套有螺旋压缩弹簧17，螺旋压缩弹簧17的自由端抵靠对应的第一左侧板2或第一右侧板3;第一底板1、第一前侧板、第一后侧板分别固定连接，第一左侧板3和第一右侧板4分别为滑动侧板。
[0050]基于上述颗粒接触试验装置，本实施例对几种不同粒径的沥青混合料的矿料进行接触特性试验，待测矿料颗粒的粒径分别为16.0mm、13.2mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm。
[0051 ]试验方法按如下步骤进行:
[0052]步骤I，组装颗粒接触试验装置:首先调整螺栓16的位置，使其套入螺旋压缩弹簧17，并与螺旋压缩弹簧17的长度平齐，即螺栓16的顶部接触到第一左侧板2和第一右侧板3，再将隔离板12插入第二左侧板6和第二右侧板7的外侧，即第一腔体与第二腔体的交界面处。
[0053]步骤2，分别向第一腔体和第二腔体内装满待测矿料颗粒；
[0054]步骤3，固定第一盖板4和第二盖板8，连接上连接头9和下连接头10，将上述装有待测矿料颗粒的矿料颗粒接触试验装置固定安装在加载装置MTS试验机上，抽离隔离板12，并拧松螺栓16，使螺栓16脱离第一左侧板2和第一右侧板3，启动MTS试验机，试验开始，第二腔体相对于第一腔体向上移动；
[0055]步骤4，当第二腔体相对于第一腔体向上移动的移动位移为80mm时，试验结束，得待测矿料颗粒的力-位移曲线图。
[0056]上述试验步骤中，步骤I中的调整螺栓16位置是为了限定在试验开始前，第一腔体的空间体积一定；当向第一腔体和第二腔体中加满待测矿料颗粒后，抽离隔离板12，此时，第一腔体内的矿料颗粒与第二腔体内的矿料颗粒在第二左侧板6和第一右侧板7上的开口11处相互接触，当外接加载装置MTS试验机连接上连接头9和下连接头10，并使得第二腔体相对于第一腔体上下移动时，第二腔体内的矿料颗粒与第一腔体内的矿料颗粒相互摩擦，产生一定的迀移错位运动，此时，外接加载装置MTS试验机就会采集到一定加载位移间隔内采样点的力的水平的数据，从而形成可以反映矿料颗粒间接触特性的力-位移曲线图。其中，步骤3中拧松螺栓16使得螺栓16完全脱离第一左侧板2和第一右侧板3，此时，当第二腔体上下运动时，第一腔体内的矿料颗粒间由于迀移错位运动而产生的剪胀作用会使得螺旋压缩弹簧17发生微小变形，第一左侧板2和第一右侧板3也会随之发生微小的左右移动，从而使得其不会对矿料颗粒产生挤压作用力，避免了矿料颗粒间的剪胀作用对其接触特性的影响。
[0057]实验结果如图4、图5、图6、图7、图8所示:
[0058]图4为粒径是16.0mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，图5为粒径是13.2mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，图6为粒径是4.75mm的矿料颗粒的力-位移曲线图，图7为粒径是2.36_的矿料颗粒的力-位移曲线图，图8为粒径是1.18_的矿料颗粒的力-位移曲线图。
[0059]上述曲线图中的每一个波峰产生的位移及频率，反映了在外力作用下，矿料颗粒摩擦滚动过程中能量的积聚与耗散，即在一定位移范围内，为了克服矿料颗粒间的摩擦滚动力所需要做的功。
[0060]上述力-位移曲线图中各有三条曲线，分别代表三组平行试验所得的力-位移曲线图。
[0061 ]对比图4、5、6、7、8可知，对于粒径较大的矿料颗粒，力-位移曲线图中的三条曲线的走向基本相同，即尽管波峰产生的位移与频率不尽相同，但是波峰处力的水平大致相同；对于粒径较小的矿料颗粒，力-位移曲线图中的三条曲线的走向基本完全相同，即波峰处力的水平和波峰产生处的位移与频率均基本完全相同。因此，可认为本实用新型不管对粒径较大还是粒径较小的矿料颗粒进行试验，其实验结果均具有可重复性。
[0062]同时，对比图4、5、6、7、8可知，矿料颗粒的粒径不同，则其通过本实用新型试验所得的实验结果也不尽相同，在力的水平、波峰产生的位移及频率等方面均存在显著性差异，可直观地反映出不同粒径的矿料颗粒间摩擦滚动特性，因此，可认为通过本实用新型的矿料颗粒接触试验装置及试验方法所得到的试验数据具有显著性。
[0063]由以上结果可知，通过本实用新型的颗粒接触试验装置及试验方法可以从矿料颗粒摩擦效应的角度展现出矿料颗粒的迀移错动行为，而矿料颗粒的迀移错动是影响沥青混合料的摊铺均匀性及压实效果的主要力学行为，因此，本实用新型对沥青混合料的摊铺均匀性及压实效果的研究具有重要意义。
[0064]虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
【主权项】
1.一种颗粒接触试验装置，其特征在于，包括:由第一底板(I)、第一前侧板、第一后侧板、第一左侧板(2)、第一右侧板(3)和第一盖板(4)构成的第一腔体； 由第二底板(5)、第二前侧板、第二后侧板、第二左侧板(6)、第二右侧板(7)和第二盖板(8)构成的第二腔体； 所述第一盖板(4)的中央设置有开孔(401)，所述第二腔体通过所述开孔(401)伸入第一腔体内； 所述第一底板(I)上设有与所述第二左侧板(6)和所述第二右侧板(7)相匹配的两个长孔(101);所述第二左侧板(6)和第二右侧板(7)分别延伸出所述第二底板(5)，并伸出所述第一底板(I)的两个长孔(101); 所述第二盖板(8)的外部连接有上连接头(9)，所述第二底板(5)的外部连接有下连接头(10);所述第一底板(I)中央设有圆孔(102)，所述下连接头(10)伸出所述圆孔(102); 所述上连接头(9)和所述下连接头(10)连接用于拉动第二腔体在第一腔体内上下移动的外部加载装置； 所述第二左侧板(6)和第二右侧板(7)上分别设置有开口(11)，所述第二左侧板(6)和第二右侧板(7)的外部分别设置有与所述开口(11)对应的隔离板(12)。2.根据权利要求1所述的颗粒接触试验装置，其特征在于，所述第一前侧板和第一后侧板上分别设置有导轨(13)，所述第二前侧板和第二后侧板上分别设置有与所述导轨(13)配合的导槽(14)。3.根据权利要求1所述的颗粒接触试验装置，其特征在于，所述第一底板(1)、第一前侧板、第一后侧板分别固定连接，所述第一左侧板(2)和第一右侧板(3)分别为滑动侧板。4.根据权利要求1或3所述的颗粒接触试验装置，其特征在于，第一底板(I)、第一前侧板、第一后侧板的左右两端部分别设置固定板(15)，所述固定板(15)上设有螺孔和对应的螺栓(16)，所述螺栓(16)通过所述螺孔穿过所述固定板(15)，且穿过部分上套有螺旋压缩弹簧(17)，所述螺旋压缩弹簧(17)的自由端抵靠对应的所述第一左侧板(2)或第一右侧板⑶。5.根据权利要求1所述的颗粒接触试验装置，其特征在于，所述开口(11)为正方形或长方形。
【文档编号】G01N15/00GK205562340SQ201620348757
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月24日
【发明人】马莉霞, 栗培龙, 饶文宇, 李建阁, 丁湛, 冯振刚
【申请人】长安大学