一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具及其成型方法技术

本发明专利技术公开了一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具及其成型方法，属于道路工程材料试验技术领域。该仪具包括承载框架、动力装置、试件模具、控制系统及脱模器具；该仪具成型方法包括试验准备、静压成型及试件脱模三个步骤。本发明专利技术能够有效克服现有沥青混合料空心圆柱体试件成型途径诸多不足之处，保证了试件的质量，制备出满足压实度要求及路用性能要求的空心圆柱体沥青混合料试件，用于三轴扭剪试验或其他力学性能试验，极大的满足了实际需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具及其成型方法


[0001]本专利技术属于道路工程材料试验
，涉及一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具及其成型方法。

技术介绍

[0002]沥青混合料是道路工程重要的路面建筑材料之一，在路面结构设计阶段及路面工程施工阶段，进行实验室配合比设计、路用性能检验是保证其质量的关键。限于传统沥青混合料试验检测仪器设备要求，常规沥青混合料试件均为实心，且以实心圆柱体居多。例如典型试验方法中的马歇尔稳定度试验、劈裂试验、抗剪强度试验(三轴压缩法)、单轴压缩动态模量试验、单轴压缩试验等，试件形状为直径D＝101.6mm(或D＝152.4mm、)、高度H＝63.5mm(或H＝95.3mm、H＝170mm等)圆柱体试件或直径D＝152.4.6mm、高度H＝95.3mm圆柱体试件或直径D＝100mm、高度H＝150mm圆柱体试件或直径D＝100mm、高度H＝100mm圆柱体试件。
[0003]传统沥青混合料试验方法难以有效模拟沥青路面结构的应力变化特点，尤其是难以考虑主应力轴旋转变化的复杂应力状态，其关键问题在试验装置缺乏可控制的剪应力施加条件；当前逐渐应用普及的扭剪三轴试验仪器及试验方法，不仅能施加可控扭矩，还采用可控的内外围压，由此实现真三轴试验环境，并完美解决上述问题。但扭剪三轴试验方法存在的主要难点在于：如果采用实心圆柱体试件，仍不能模拟真三轴试验环境；同时，因剪应力沿横截面线形变化，这种非均匀性将对准确有效控制试件的应力应变造成严重影响。对此，采用空心圆柱体试件，可尽量保证圆柱体试件横截面应力的轴对称均匀性，可有效应用和发展扭剪三轴试验方法。
[0004]目前路面材料相关试验规程均缺少空心圆柱体试件成型的标准方法，可行的沥青混合料空心圆柱体试件成型途径有：1、成型实心圆柱体沥青混合料试件
→
一次钻孔成型内径满足要求的空心圆柱体试件或两次钻孔成型内外径满足要求的空心圆柱体试件；2、成型板式沥青混合料试件
→
两次钻孔成型。其共同特点是：必需采用至少1次钻孔成型。由于钻孔必然涉及降温水浇淋、试件内部受损，尤其是难以保证试件端部的完整性。由此成型的空心圆柱体试件均存在较大的质量问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具及其成型方法，能够有效克服现有沥青混合料空心圆柱体试件成型途径诸多不足之处，保证试件质量。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具，该仪具包括承载框架、动力装置、试件模具、控制系统及脱模器具。
[0008]所述的承载框架置于平台上，由立柱、隔板组成；立柱由立柱杆、螺纹杆构成；隔板由底隔板、下承载板、中隔板、上承载板、脱模孔、挂架预留孔组成，其中底隔板、下承载板以及中隔板均与立柱杆固接，上承载板通过预留孔套在螺纹杆上，可上下调整位置，并通过定
位螺母、承载螺母实现竖向定位及固定；脱模孔位于上承载板的中心位置，静压成型后试件脱模时空心圆柱体试件将从脱模孔之内褪出；挂架预留孔位于脱模孔周边呈现对称布置，用于脱模时安装临时支架；
[0009]所述的动力装置由电动马达、变速器、螺旋顶杆、托盘及限位块组成；变速器与控制系统连接并接受控制系统指令，控制电动马达输出转速；螺旋顶杆通过电动马达控制，可沿竖向移动；托盘与螺旋顶杆固定连接，限位块固结于托盘12上表面；
[0010]所述的试件模具由下垫板环形底座、试模外筒、外筒内衬、试模内杆、内杆连接板、连接螺丝、环形压头、上垫板及三个限位块组成，其中限位块、环形限位块I分别固定于下垫板的下表面及上表面，环形限位块II固定于上垫板的下表面；压力传感器上端位于限位块的中心位置；环形底座置于环形限位块I的中心位置，试模外筒置于环形底座的环形凹槽内，外筒内衬由对称两片构成，置于试模外筒之内及环形底座的环形凹槽内，与试模外筒等高，且始终与试模外筒紧密接触并保持相同的竖向位置；试模内杆由对称两片构成，其两端分别设置内杆连接板，通过连接螺丝与试模内杆固定连接，位于试模内杆底端的内杆连接板通过连接螺丝与环形底座固定连接；沥青混合料位于外筒内衬与试模内杆之间形成的环形、柱状空间内；环形压头底端嵌于外筒内衬之内、置于沥青混合料之上、穿过试模内杆，可上下滑动，采用不同数量及厚度的环形压头且通过环形限位块II竖向限位接触连接，以保证环形压头上端面及环形限位块III下端面均高于试模外筒和外筒内衬的上端面；上垫板置于环形压头上，且环形压头上表面位于环形限位块III之内的中心位置；同时，上垫板上端的环形部分紧密嵌入脱模孔，以保证承载框架、动力装置的螺旋顶杆、试件模具中心对齐；
[0011]所述的控制系统由传感器、控制器组成；传感器包括压力传感器、位移传感器、温度传感器、接触传感器；压力传感器置于托盘上部、通过限位块限位在托盘的中心位置，其上端位于限位块中心位置；位移传感器固定于辅助平板的预留孔内，辅助平板与托盘固定连接，中隔板上表面为位移传感器相对零点；温度传感器设置于试模外筒外表面及环形底座之内；接触传感器套于立柱杆上，与辅助平板固定连接，并与螺旋顶杆、托盘、辅助平板保持竖向位移同步；下限位块、上限位块固定于立柱杆上，当接触传感器的触片与下限位块或上限位块接触时，控制系统将指令电动马达停止运转并自动反向，由此限定接触传感器的竖向移动范围，间接控制托盘的最低、最高竖向位置，以保证螺旋顶杆竖向移动在安全范围之内；控制器由信号转换器及程控平台组成，压力传感器、位移传感器、温度传感器、接触传感器、变速器的接发数据均通过信号转换器与程控平台连接，程控平台完成过程控制、数据接发、处理分析、信息交互等任务；
[0012]所述的脱模器具由脱模挂架、脱模工具组成；脱模挂架含挂架底板、挂架底板预留孔、挂架立杆、挂架固定螺丝组成，其中挂架底板与挂架立杆固定连接，挂架底板预留孔位于挂架底板中心位置，挂架立杆穿过支撑框架上承载板上的挂架预留孔，通过挂架固定螺丝固定于上承载板上；脱模工具由脱模底座、脱模顶轴、脱模顶筒组成，其中脱模底座置于托盘12上，并位于限位块之内的中心位置，脱模顶轴相对于脱模底座偏心设置，与试件模具中的两片试模内杆中的一片对齐；脱模顶筒置于托盘上，位于限位块之外的中心位置，且与试件模具中的外筒内衬对齐。
[0013]上述的一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具的成型方法，包括试验准
备、静压成型及试件脱模三个步骤，具体步骤如下：
[0014]S1试验准备：
[0015]①
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20
‑
2011》“T0704
‑
2011沥青混合料试件制作方法(静压法)”相关要求进行实验仪具准备及实验材料准备；
[0016]②
实验仪具采用本专利技术——沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具，通过控制系统调整螺旋顶杆、托盘、辅助平板至合理的较低位置，以保证托盘12上方具备足够的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具，其特征是：该沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具包括承载框架、动力装置、试件模具、控制系统及脱模器具；所述的承载框架置于平台上，由立柱、隔板组成；立柱由立柱杆(1)、螺纹杆(2)构成；隔板由底隔板(3)、下承载板(4)、中隔板(5)、上承载板(6)、脱模孔(7)、挂架预留孔(40)组成，其中底隔板(3)、下承载板(4)以及中隔板(5)均与立柱杆(1)固接，上承载板(6)通过预留孔套在螺纹杆(2)上，可上下调整位置，并通过定位螺母(8)、承载螺母(9)实现竖向定位及固定；脱模孔(7)位于上承载板(6)的中心位置，静压成型后试件脱模时空心圆柱体试件将从脱模孔(7)之内褪出；挂架预留孔(40)位于脱模孔(7)周边呈现对称布置，用于脱模时安装临时支架；所述的动力装置由电动马达(10)、变速器(36)、螺旋顶杆(11)、托盘(12)及限位块(13)组成；变速器(36)与控制系统连接并接受控制系统指令，控制电动马达(10)输出转速；螺旋顶杆(11)通过电动马达(10)控制，可沿竖向移动；托盘(12)与螺旋顶杆(11)固定连接，限位块(13)固结于托盘(12)上表面；所述的试件模具由下垫板(15)、环形底座(18)、试模外筒(19)、外筒内衬(20)、试模内杆(21)、内杆连接板(22)、连接螺丝(23)、环形压头(26)、上垫板(28)及三个限位块组成，其中限位块(16)、环形限位块I(17)分别固定于下垫板(15)的下表面及上表面，环形限位块II(27)固定于上垫板(28)的下表面；压力传感器(14)上端位于限位块(16)的中心位置；环形底座(18)置于环形限位块I(17)的中心位置，试模外筒(19)置于环形底座(18)的环形凹槽内，外筒内衬(20)由对称两片构成，置于试模外筒(19)之内及环形底座(18)的环形凹槽内，与试模外筒(19)等高，且始终与试模外筒(19)紧密接触并保持相同的竖向位置；试模内杆(21)由对称两片构成，其两端分别设置内杆连接板(22)，通过连接螺丝(23)与试模内杆(21)固定连接，位于试模内杆(21)底端的内杆连接板(22)通过连接螺丝(24)与环形底座(18)固定连接；沥青混合料(25)位于外筒内衬(20)与试模内杆(21)之间形成的环形、柱状空间内；环形压头(26)底端嵌于外筒内衬(20)之内、置于沥青混合料(25)之上、穿过试模内杆(21)，可上下滑动，采用不同数量及厚度的环形压头(26)且通过环形限位块II(27)竖向限位接触连接，以保证环形压头(26)上端面及环形限位块III(29)下端面均高于试模外筒(19)和外筒内衬(20)的上端面；上垫板(28)置于环形压头(26)上，且环形压头(26)上表面位于环形限位块III(29)之内的中心位置；同时，上垫板(28)上端的环形部分紧密嵌入脱模孔(7)，以保证承载框架、动力装置的螺旋顶杆(11)、试件模具中心对齐；所述的控制系统由传感器、控制器组成；传感器包括压力传感器(14)、位移传感器(30)、温度传感器(35)、接触传感器(32)；压力传感器(14)置于托盘(12)上部、通过限位块(13)限位在托盘(12)的中心位置，其上端位于限位块(16)中心位置；位移传感器(30)固定于辅助平板(31)的预留孔内，辅助平板(31)与托盘(12)固定连接，中隔板(5)上表面为位移传感器相对零点；温度传感器(35)设置于试模外筒(19)外表面及环形底座(18)之内；接触传感器(32)套于立柱杆(1)上，与辅助平板(31)固定连接，并与螺旋顶杆(11)、托盘(12)、辅助平板(31)保持竖向位移同步；下限位块(33)、上限位块(34)固定于立柱杆(1)上，当接触传感器(32)的触片与下限位块(33)或上限位块(34)接触时，控制系统将指令电动马达(10)停止运转并自动反向，由此限定接触传感器(32)的竖向移动范围，间接控制托盘(12)的最低、最高竖向位置，以保证螺旋顶杆(11)竖向移动在安全范围之内；控制器由信号转换器
(37)及程控平台(38)组成，压力传感器(14)、位移传感器(30)、温度传感器(35)、接触传感器(32)、变速器(36)的接发数据均通过信号转换器(37)与程控平台(38)连接，程控平台(38)完成过程控制、数据接发、处理分析、信息交互等任务；所述的脱模器具由脱模挂架、脱模工具组成；脱模挂架含挂架底板(41)、挂架底板预留孔(42)、挂架立杆(43)、挂架固定螺丝(44)组成，其中挂架底板(41)与挂架立杆(43)固定连接，挂架底板预留孔(42)位于挂架底板(41)中心位置，挂架立杆(43)穿过支撑框架上承载板(6)上的挂架预留孔(40)，通过挂架固定螺丝(44)固定于上承载板(6)上；脱模工具由脱模底座(45)、脱模顶轴(46)、脱模顶筒(47)组成，其中脱模底座(45)置于托盘(12)上，并位于限位块(13)之内的中心位置，脱模顶轴(46)相对于脱模底座(45)偏心设置，与试件模具中的两片试模内杆(21)中的一片对齐；脱模顶筒(47)置于托盘(12)上，位于限位块(13)之外的中心位置，且与试件模具中的外筒内衬(20)对齐。2.采用权利要求1所述一种沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具的成型方法，包括试验准备、静压成型及试件脱模三个步骤，其特征在于步骤如下：S1试验准备：
①
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20
‑
2011》“T0704
‑
2011沥青混合料试件制作方法(静压法)”相关要求进行实验仪具准备及实验材料准备；
②
实验仪具采用本发明——沥青混合料空心圆柱体试件静压成型仪具，通过控制系统调整螺旋顶杆(11)、托盘(12)、辅助平板(31)至合理的较低位置，以保证托盘(12)上方具备足够的传感器安装、试件模具安装、沥青混合料灌注等操作空间；安装压力传感器(14)及下垫板(15)；
③
实验材料主要包括沥青混合料，可含热拌、常温拌和、取样等多种类型；按试件成型的用途、试件个数确定满足数量及温度要求的沥青混合料；
④
将试件模具的环形底座(18)、试模外筒(19)、外筒内衬(20)、试模内杆(21)、内杆连接板(22)、环形压头(26)置于100℃左右烘箱中加热一小时备用，常温沥青混合料试件制作时不用加热；其中，两片试模内杆(21)的两端已分别与两片内杆连接板(22)通过连接螺丝(23)固定连接，并通过连接螺丝(24)固定连接在环形底座(18)上；两片外筒内衬(20)已置于试模外筒(19)之内；S2静压成型：包括试模组装、混合料灌注、初压、正面恒压、反面恒压五个步骤：
①
试模组装：取出已连接为一体的环形底座(18)及试模内杆(21)，将其置于环形限位块I(17)中心位置；取出试模外筒(19)及外筒内衬(20)，置于环形底座(18...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉华，赵延庆，孙依人，董素芬，柏棕林，师文浩，刘帅，张福乐，王磊，刘禹岑，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：