本发明属于公路工程材料性能测试技术领域，尤其是涉及一种沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置及其试验方法。
背景技术：
沥青路面暴露于自然环境中，直接遭受行车荷载、温度、雨水冲刷等自然条件的综合作用，严重影响路面使用品质及耐久性。而在海雾频发、含盐高湿的沿海地区及各类除冰盐、融雪剂等含盐类物质的使用环境中，富集的盐分使道路沥青面层材料劣化速度大大加快，致其服役寿命大为缩短。目前，在富盐地区的特殊环境下，沥青混合料的设计理念并未纳入盐蚀的不利影响，从而难以从根本上解决其耐久性问题。
在沥青混合料多场耦合损伤研究方面，国内外多集中于水-温-热-光-力单因素或多因素耦合对沥青混合料路用性能的影响，鲜有考虑各类盐蚀与其他因素耦合作用下沥青混合料的损伤演化，尤其是缺乏适用的盐蚀(以硫酸盐、氯盐、碳酸盐等单一盐或复合盐为代表)作用下的沥青混合料性能加速劣化测试装置及其试验方法等，因此难以阐明盐蚀环境下沥青混合料的工作本质。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置及其试验方法。其中，该试验装置可实现行车荷载、行车速度、湿热状况等多因素协同对沥青混合料路用性能的作用；利用该试验方法可较好地模拟沥青混合料在动载-盐分-动(静)水-温度多因素耦合作用下的劣化过程，有助于系统研究多因素耦合作用对沥青混合料路用性能的影响，为阐明盐蚀地区沥青混合料的工作本质提供技术支撑。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
本发明的内容提出一种沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，包括箱体、试验轮组、传动套筒和多个液压缸；所述箱体的底部设置有试验台，所述箱体的内部的上部设置有架板，所述架板的中部设置有通孔，所述箱体的顶部设置有电机，所述电机的主轴穿过所述通孔向下伸入所述箱体内；所述试验轮组位于所述架板和所述试验台之间，所述试验轮组包括两个交叉连接的轮轴，每个轮轴的两端分别设置有橡胶滚轮，所述两个轮轴的交叉连接处还设置有端部朝上的回转轴，所述回转轴与两个所述轮轴相垂直，所述回转轴上套装有加压盘；所述传动套筒的上端穿过所述架板上的所述通孔与所述电机的主轴传动连接，所述传动套筒的下端与所述回转轴传动连接；所述液压缸分布在所述传动套筒的周围，所述液压缸的缸体与所述架板的下表面相连接，所述液压缸的活塞杆的端部与所述加压盘之间设置有盘式压力轴承。
根据本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，箱体的底部设置有试验台，试验台上固定有试件固定框，待测沥青混合料试件装在试件固定框内，试验轮组的橡胶滚轮放置于待测沥青混合料试件的上表面上，4个橡胶滚轮通过两个轮轴连接，两个轮轴的交叉连接处设置有端部朝上的回转轴，回转轴的传动套筒的下端传动连接，传动套筒的上端与电机的主轴传动连接，由此实现电机主轴转动带动橡胶滚轮在待测沥青混合料试件上旋转碾压，同时可通过控制电机转速调节橡胶滚轮在沥青混合料试件上的轮碾速度，模拟真实路面上行车速度对路面的影响。此外，回转轴上套装有加压盘，加压盘压在橡胶滚轮上，液压缸分布在传动套筒的周围，液压缸的活塞杆的端部与加压盘之间设置有盘式压力轴承，液压缸的活塞向下运动，实现通过控制液压缸向旋转的加压盘施加压力的目的，从而模拟考察行车荷载对沥青路面路用性能的影响。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置采用橡胶轮在沥青混合料车辙板试件上旋转碾压。一方面，可以更真实地模拟高速行车对沥青面层的影响；另一方面，可大大加快试验效率。
作为优选的，所述传动套筒的内部为花键孔，所述电机的主轴的端部为花键轴，所述电机的主轴伸入所述传动套筒的上端；所述回转轴的上端为花键轴，所述回转轴伸入所述传动套筒的下端，所述回转轴的中部通过螺纹连接有螺母，所述传动套筒的下端顶在所述螺母的上侧。
根据本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，电机主轴为花键轴的一端伸入传动套筒的上端，回转轴为花键轴的一端伸入传动套筒的下端，传动套筒内部为花键孔，花键轴与花键孔相匹配，从而实现电机转动带动回转轴转动，最终实现与回转轴相连接的轮轴端部的橡胶滚轮在沥青混合料试件上旋转碾压。
作为优选的，所述回转轴上还设置有环形盖，所述环形盖开口朝上套装在所述螺母的下方的回转轴上，所述环形盖的开口的内侧设置有内螺纹，所述传动套筒的下端的外侧设置有外螺纹，所述环形盖通过内螺纹与所述传动套筒的下端相连接。
作为优选的，所述架板与所述加压盘上的所述传动套筒之间还设置有起升机构，所述起升机构包括环形边、内螺纹筒和起升筒；所述环形边的内侧与所述传动套筒的上端口的侧壁固定连接；所述内螺纹筒设置在所述架板上的所述通孔的外围，所述内螺纹筒的下端固定连接在所述架板上；所述起升筒套装在所述传动套筒上，所述起升筒的下半部通过外螺纹连接在所述内螺纹筒的内侧，所述起升筒的中部的外侧壁上设置有轴阶，所述轴阶的截面轮廓为正六边形，所述起升筒的上半部的端部正对所述环形边的下表面。
根据本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，起升机构用于控制加压盘和橡胶滚轮的抬升或下降，方便取放沥青混合料试件。由于起升筒与内螺纹筒为螺纹连接，起升筒的轴阶的截面轮廓为正六边形，方便利用扳手或钳子等器具转动起升筒；转动起升筒的轴阶，使起升筒向上移动至顶住环形边时，继续转动起升筒的轴阶，起升筒将带动传动套筒向上移动，由于回转轴的中部设置有螺母，传动套筒的下端顶在螺母上，同时回转轴上的环形盖套装在螺母的下方，由此实现传动套筒向上移动带动回转轴向上移动，最终实现加压盘和橡胶滚轮的抬升或下降，方便沥青混合料时间的取放。
作为优选的，所述箱体内还设置有喷淋管，所述喷淋管的端口朝向所述试验台。
作为优选的，所述喷淋管的端口朝向与水平方向的夹角为45-60℃。
根据本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，喷淋管用于向沥青混合料试件上喷淋水或盐水，端口朝向与水平方向的夹角为45-60℃，可更准确的将盐水喷洒到沥青混合料试件上，以更好地模拟路面积水或路面遭受雨水冲刷时的状态，喷淋管可与试验装置外部的储水箱连接；喷淋盐水时有助于阐明盐蚀环境下沥青混合料的工作本质，为盐蚀环境下沥青混合料的组成设计优化及耐久性提升提供重要依据。
作为优选的，所述试验台内设置有加热管。
根据本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，试验台内的加热管用于加热试验箱内的温度，从而模拟不同的温度条件对沥青混合料试件的影响。
作为优选的，所述箱体内还设置有试件存放架。
根据本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置，试件存放架用于存放沥青混合料试件，使沥青混合料试件在与试验条件相同的温度下放置一段时间进行预热，再进行试验，消除试件本身和试验条件的温度差，提高试验精准性。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置还包括控制器、数据采集仪以及处理器，控制器连接数据采集仪，电机的控制端连接控制器的碾压速度输入端，数据采集仪通过控制器收集电机的转速，从而实现对橡胶滚轮碾压速度的收集；液压缸的控制端连接控制器的压力大小，实现对沥青混合料试件所承受的荷载数据的收集；喷淋管的控制端连接控制器的动水输出端，由此可通过控制器调节喷淋管的喷淋速度及喷淋量，从而更真实地模拟实际状况；此外，本发明中的待测沥青混合料试件上设置有水压传感器，水压传感器可为微型孔隙水压力传感器，设置于沥青混合料试件上表面橡胶滚轮的外侧，主要用于检测沥青混合料试件在经过轮碾之后排挤水所产生的水的压力；水压传感器的信号输出端连接控制器的水压输入端，当喷淋管向沥青混合料试件喷水或盐水时，水压传感器会将沥青混合料试件在经过轮碾之后所承受的排挤水压采集至数据采集仪；本发明中沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置中的橡胶滚轮上设置有位移传感器，用于检测橡胶滚轮的下移距离，可为lvdt、电测百分表或非接触位移计，橡胶滚轮在沥青混合料试件上碾压，橡胶滚轮下移的位移即为沥青混合料试件表面的车辙深度，位移传感器的输出端连接控制器的位移信号输入端，控制器将位移传感器所检测到的数据传输至数据采集仪，最后经过处理器进行数据分析处理。
以上实施例中，箱体1采用保温隔热材料制成，使试验在特定的温度下进行试验；箱体1的侧壁上还开设有箱门及观察窗，箱门和观察窗处均需做防水处理；箱体内部的材料均采用防腐材料制备，防止喷淋盐水的腐蚀作用，影响试验装置的使用寿命。
本发明还提供一种基于上述沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1，制备沥青混合料试件；所述沥青混合料试件为车辙板试件，按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)制备；
步骤2，装样；将所述沥青混合料试件放置于试验台上，并通过试件固定框固定；
步骤3，试验；分别设定不同的液压缸加压大小、电机转动速度、温度、盐水种类、盐水浓度、喷淋速度和喷淋量，启动电机，使橡胶滚轮在所述沥青混合料试件上进行多次旋转碾压试验；每次试验过程中采集记录液压缸的加压设定值、电机的转动速度设定值、温度设定值、盐水种类、盐水浓度设定值、喷淋速度设定值和喷淋量设定值及所述沥青混合料试件所对应得到的车辙深度变化数据和孔隙水压力变化数据；
步骤4，分析与评价；通过处理器分析步骤3中所记录的多组数据对所述沥青混合料试件的车辙深度和孔隙水压力的影响，并评价多因素耦合作用对沥青混合料路用性能劣化程度。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置结构简单、操作灵活、方便，对研究和分析多因素耦合作用下沥青混合料路用性能劣化机理具有重要意义。
本发明提供的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置和利用该装置的试验方法可研究盐、水、温度、荷载、轮碾速度等多因素耦合作用对沥青混合料路用性能的影响，阐明盐蚀条件下沥青混合料的工作本质，进而为盐蚀环境下沥青混合料的组成设计优化及耐久性提升提供重要依据。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置和利用该装置的试验方法还可用于研究多因素耦合作用对沥青面层孔隙水压力的影响，对研究动水压力对沥青路面使用性能影响具有重要意义。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验方法可使用不同种类及不同浓度的盐溶液，较真实的模拟单一或复合盐、不同盐浓度对沥青混合料路用性能的影响；使用不同喷淋速度与喷淋量可较真实模拟降雨时路面遭受雨水冲刷的状态；使用不同温度可研究气温变化对沥青混合料性能的影响；使用不同荷载和转速，可研究不同行车荷载和行车速度对沥青混合料路用性能及路面盐蚀动水冲刷效应的影响规律。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置的一种实施例的结构示意图。
在图1中：1箱体；2试验台；3架板；4电机；5轮轴；6橡胶滚轮；7回转轴；8加压盘；9传动套筒；10液压缸；11盘式压力轴承；12螺母；13环形盖；14环形边；15内螺纹筒；16起升筒；17轴阶；18喷淋管；19加热管；20沥青混合料试件；21试件固定框；22试件存放架。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明，而不应视为限制本发明的范围。
参考图1，根据本发明的内容的实施例所提出的沥青混合料试件20动载多因素耦合试验装置，包括箱体1、试验轮组、传动套筒9和多个液压缸10；所述箱体1的底部设置有试验台2，所述箱体1的内部的上部设置有架板3，所述架板3的中部设置有通孔，所述箱体1的顶部设置有电机4，所述电机4的主轴穿过所述通孔向下伸入过所述箱体1内，所述电机4的主轴的端部套有传动套筒9；所述试验轮组位于所述架板3和所述试验台2之间，所述试验轮组包括两个交叉连接的轮轴5，每个轮轴5的两端分别设置有橡胶滚轮6，所述两个轮轴5的交叉连接处还设置有端部朝上的回转轴7，所述回转轴7与两个所述轮轴5相垂直，所述回转轴7上套装有加压盘8；所述传动套筒9的上端穿过所述架板3上的所述通孔与所述电机4的主轴传动连接，所述传动套筒9的下端与所述回转轴7传动连接；所述液压缸10分布在所述传动套筒9的周围，所述液压缸10的缸体与所述架板3的下表面相连接，所述液压缸10的活塞杆的端部与所述加压盘8之间设置有盘式压力轴承11。
在以上实施例中，箱体1的底部设置有试验台2，试验台2上固定有试件固定框21，待测沥青混合料试件20装在试件固定框21内，试验轮组的橡胶滚轮6放置于待测沥青混合料试件20的上表面上，4个橡胶滚轮6通过两个轮轴5连接，两个轮轴5的交叉连接处设置有端部朝上的回转轴7，回转轴7的传动套筒9的下端传动连接，传动套筒9的上端与电机4的主轴传动连接，由此实现电机4主轴转动带动橡胶滚轮6在待测沥青混合料试件20上旋转碾压，同时可通过控制电机4转速调节橡胶滚轮6在沥青混合料试件20上的轮碾速度，模拟真实路面上行车速度对路面的影响。此外，回转轴7上套装有加压盘8，加压盘8压在橡胶滚轮6上，液压缸10分布在传动套筒9的周围，液压缸10的活塞杆的端部与加压盘8之间设置有盘式压力轴承11，液压缸10的活塞向下运动，实现通过控制液压缸10向旋转的加压盘8施加压力的目的，从而模拟考察行车荷载对沥青路面路用性能的影响。
本发明的沥青混合料试件20动载-盐-水-温多因素耦合试验装置采用橡胶滚轮6在沥青混合料试件20上旋转碾压，一方面，可以更真实地模拟高速行车对沥青面层的影响；另一方面，可大大加快试验效率。
参考图1，根据本发明的一个实施例，所述传动套筒9的内部为花键孔，所述电机4的主轴的端部为花键轴，所述电机4的主轴伸入所述传动套筒9的上端；所述回转轴7的上端为花键轴，所述回转轴7伸入所述传动套筒9的下端，所述回转轴7的中部通过螺纹连接有螺母12，所述传动套筒9的下端顶在所述螺母12的上侧。
在以上实施例中，电机4主轴为花键轴的一端伸入传动套筒9的上端，回转轴7为花键轴的一端伸入传动套筒9的下端，传动套筒9内部为花键孔，花键轴与花键孔相匹配，从而实现电机4转动带动回转轴7转动，最终实现与回转轴7相连接的轮轴5端部的橡胶滚轮6在沥青混合料试件20上旋转碾压。
根据本发明的一个实施例，所述回转轴7上还设置有环形盖13，所述环形盖13开口朝上套装在所述螺母12的下方的回转轴7上，所述环形盖13的开口的内侧设置有内螺纹，所述传动套筒9的下端的外侧设置有外螺纹，所述环形盖13通过内螺纹与所述传动套筒9的下端相连接。
根据本发明的一个实施例，所述架板3与所述加压盘8上的所述传动套筒9之间还设置有起升机构，所述起升机构包括环形边14、内螺纹筒15和起升筒16；所述环形边14的内侧与所述传动套筒9的上端口的侧壁固定连接；所述内螺纹筒15设置在所述架板3上的所述通孔的外围，所述内螺纹筒15的下端固定连接在所述架板3上；所述起升筒16套装在所述传动套筒9上，所述起升筒16的下半部通过外螺纹连接在所述内螺纹筒15的内侧，所述起升筒16的中部的外侧壁上设置有轴阶17，所述轴阶17的截面轮廓为正六边形，所述起升筒16的上半部的端部正对所述环形边14的下表面。
在以上实施例中，起升机构用于控制加压盘8和橡胶滚轮6的抬升或下降，方便取放沥青混合料试件20。由于起升筒16与内螺纹筒15为螺纹连接，起升筒16的轴阶17的截面轮廓为正六边形，方便利用扳手或钳子等器具转动起升筒16；转动起升筒16的轴阶17，使起升筒16向上移动至顶住环形边14时，继续转动起升筒16的轴阶17，起升筒16将带动传动套筒9向上移动，由于回转轴7的中部设置有螺母12，传动套筒9的下端顶在螺母12上，同时回转轴7上的环形盖13套装在螺母12的下方，由此实现传动套筒9向上移动带动回转轴7向上移动，最终实现加压盘8和橡胶滚轮6的抬升或下降，方便沥青混合料时间的取放。
根据本发明的一个实施例，所述箱体1内还设置有喷淋管18，所述喷淋管18的端口朝向所述试验台2。
根据本发明的一个实施例，所述喷淋管的端口朝向与水平方向的夹角为45-60℃。
在以上实施例中，喷淋管18用于向沥青混合料试件20上喷淋水或盐水，端口朝向与水平方向的夹角为45-60℃，可更准确的将盐水喷洒到沥青混合料试件上，以更好地模拟路面积水或路面遭受雨水冲刷时的状态，喷淋管18可与试验装置外部的储水箱连接。
根据本发明的一个实施例，所述试验台2内设置有加热管19。
在以上实施例中，试验台2内的加热管19用于加热试验箱内的温度，从而模拟不同的温度条件对沥青混合料试件20的影响。
根据本发明的一个实施例，所述箱体内还设置有试件存放架22。
在以上实施例中，试件存放架用于存放沥青混合料试件20，使沥青混合料试件20在与试验条件相同的温度下放置一段时间后，再进行试验，消除试件本身和试验条件的温度差，提高试验的精准性。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置还包括控制器和数据采集仪，控制器连接数据采集仪，电机4的控制端连接控制器的碾压速度输入端，数据采集仪通过控制器收集电机4的转速，从而实现对橡胶滚轮6的碾压速度的收集；液压缸10的控制端连接控制器的压力大小，实现对沥青混合料试件20所承受的荷载数据的收集；喷淋管18的控制端连接控制器的动水输出端，由此可通过控制控制器调节喷淋管18的喷淋速度及喷淋量，从而更真实的模拟真实状况，并实现对喷淋速度和喷淋量的收集；此外，本发明中的待测沥青混合料试件20上设置有水压传感器，水压传感器可为微型孔隙水压力传感器，设置于沥青混合料试件20上表面橡胶滚轮6的外侧，主要用于检测沥青混合料试件20在经过轮碾之后排挤水所产生的水的压力；水压传感器的信号输出端连接控制器的水压输入端，当喷淋管18向沥青混合料试件20喷水或盐水时，水压传感器会将沥青混合料试件20在经过轮碾之后所承受的排挤水压采集至数据采集仪；本发明中的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置中的橡胶滚轮6上设置有位移传感器，用于检测橡胶滚轮6的下移距离，可为lvdt、电测百分表或非接触位移计，橡胶滚轮6在沥青混合料试件20上碾压，橡胶滚轮6下移的位移即为沥青混合料试件20表面的车辙深度，位移传感器的输出端连接控制器的位移信号输入端，控制器将位移传感器所检测到的数据传输至数据采集仪，最后经过处理器进行数据分析处理。
本发明的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置结构简单、操作灵活、方便，可用于研究多因素耦合作用对路面车辙深度的影响，还可用于研究多因素耦合作用对路面孔隙水压力的影响，对研究和分析多因素耦合作用下沥青混合料路用性能劣化机理具有重要意义，也可利用分析得到的结果对沥青混合料的设计提供思路，使沥青混合料的设计与路面的使用条件紧密结合。
本发明实施例还提供了一种基于上述沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1，制备沥青混合料试件；所述沥青混合料试件为车辙板试件，按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)制备；
步骤2，装样；将所述沥青混合料试件放置于试验台上，并通过试件固定框固定；
步骤3，试验；分别设定不同的液压缸加压大小、电机转动速度、温度、盐水种类、盐水浓度、喷淋速度和喷淋量，启动电机，使橡胶滚轮在所述沥青混合料试件上进行多次旋转碾压试验；每次试验过程中采集记录液压缸的加压设定值、电机的转动速度设定值、温度设定值、盐水种类、盐水浓度设定值、喷淋速度设定值和喷淋量设定值及所述沥青混合料试件所对应得到的车辙深度变化数据和孔隙水压力变化数据；
步骤4，分析与评价；通过处理器分析步骤3中所记录的多组数据对所述沥青混合料试件的车辙深度和孔隙水压力的影响，并评价多因素耦合作用对沥青混合料路用性能劣化程度。
上述沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验方法中，可通过调节电机的转动速度控制橡胶滚轮在沥青混合料试件上的碾压速度，可研究行车速度对沥青混合料车辙发展的影响；调节液压缸的压力大小，研究行车荷载对沥青混合料车辙发展的影响；通过更换试验装置外部连接的储水箱内的液体种类，该液体可为水或不同种类的盐溶液和不同浓度的盐溶液，研究行车在无水、有水或有盐水的条件下，行车速度、行车荷载等和沥青混合料表面车辙深度、冲刷水压力、内部孔隙水压力之间的关系。
综上所述，本发明提供的沥青混合料动载-盐-水-温多因素耦合试验方法可以开展如下研究：①无水条件下，沥青混合料车辙板试件辙深发展规律和轮碾速度、轮载及试验温度之间的关系；②有水条件下，沥青混合料车辙板试件辙深的发展规律和轮碾速度、轮载、试验温度、喷淋量及喷淋溶液种类等之间的关系；③采用动水压力传感器，可研究轮载、轮碾速度与沥青混合料表面冲刷水压力、内部孔隙水压力之间的关系。
本发明的试验装置及试验方法可研究盐分、水、温度、动载等多因素耦合作用对沥青混合料路用性能、孔隙水压力与表面冲刷水压力等的影响规律，对剖析多因素耦合作用下沥青混合料性能劣化机制和提升盐蚀环境下沥青混合料稳定性与耐久性具有重要意义。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。