一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及公路工程沥青路面材料与结构研究领域，公开了一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，其特征在于，包括机座，设置在机座上的反力架，设置在反力架底部的蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗杆输入端连接压力电机，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板，下支撑板上设置有压力传感器；所述反力架顶部设置有扭矩电机，扭矩电机输出轴向下依次连接盘式扭矩传感器和用于夹持试件的上支撑板。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及公路工程浙青路面材料与结构研究领域，特别涉及一种用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置。
技术介绍
浙青混合料铺筑而成的道面具有平整、抗滑、舒适、减震等良好的使用性能和机械化施工程度高、工期短、养护方便等优点，被广泛应用于公路路面和机场道面。浙青混合料是一种具有粘弹流变特性的复合材料，它是由浙青、粗集料、细集料和矿粉以及外掺剂所组成。由于组成材料源产地、颗粒形貌、质量的差异及配合比的不同，并结合路面结构与功能需求，可形成不同的混合料组成类型，表现出不同的力学特性浙青路面材料与结构的抗剪强度 1，主要取决于粘聚力c和内摩擦角两个重要参数。根据浙青混合料的不同材料组成，可形成三类结构(a)悬浮密实结构，此类混合料密实度较大，各级集料为次级集料隔开，集料之间不能相互靠拢形成骨架，粘聚力c较高，但摩阻角较低，抗剪能力差；(b)骨架空隙结构，此类混合料粗集料比例较高，细集+1较少，粗集料可以形成骨架，又由于细集料少不足于填充骨架之间的空隙，混合料内摩阻角-较大，但粘聚力e较低，抗剪性能较好。(C)密实一骨架结构，此类混合料既有较多的粗集料形成空间骨架，又有相当数量的细集料可填密骨架空隙，混合料不但粘聚力e较高，而且内摩阻角P也较大，抗剪能力最优。受交通荷载反复作用沥青混合料的抗剪性能对道面的使用寿命影响极其重要， 特别是在高温气候条件下，往往由于浙青混合料抗剪性能的不足，导致路面出现车辙、拥包、推移等病害，严重影响了浙青路面或机场道面的服务质量及使用寿命。自20世纪30年代起，国内外道路工程界对浙青路面或浙青混合料抗剪强度的研究一直十分活跃，开发了相应的试验设备和试验方法，V. A. Endersby首先提出如何制备在三轴试验条件下的浙青混凝土试件，并提出了具体的试验方法；L. W. Nijboer利用由三轴测得的数据进行混合料设计，为了使设计更加完善，他利用Prandtl公式对塑性条件下的混合料进行了评估；V. R. Smith阐述了道路的剪切受力状态，并且给出了三轴试验方法所采用的类型，加载速度和温度对试件的抗剪能力影响，提出了浙青混合料的破坏标准和混合料应该满足的物理性能，并给出了在不同荷载条件下混合料应达到的抗剪要求。Norman W. Mcleod把轮胎的接地分布压力图融入对路面的力学分析中，根据轮胎的接地压力分布的不均勻特性，提出了不同的设计标准，得到了基于直线包络线下的路面抗剪的设计诺模图；Edward S. Barber给出了路面在水平剪应力和垂直荷载同时作用条件下道路的受力状态，并且指出，道路设计中必须考虑水平剪应力的作用，在水平力和垂直荷载共同作用下，路面结构中产生的剪应力大大增加；Kiryukhin提出了利用抗剪特性和控制裂缝进行路面设计的方法，但并没有提出具体的试验方法和可操作的控制标准。在国内，同济大学学者分析了当前浙青路面出现的诸多病害原因，得出道路的损害与混合料抗剪性能不足息息相关，采用单轴贯入试验方法，给出了求解单轴贯入试验中剪应力的强度参数，通过无侧限抗压试验，借助于三轴试验原理，总结出求解e和-值的方法；长安大学公路学者开发了浙青路面层间直接剪试验装置，根据国内外研究成果和大量的试验结果确定了直接剪切试验条件及参数，检验混合料层间抗剪性能。尽管国内外学者从理论和试验的角度对浙青混合料及浙青路面层间问题进行了较深入地研究，但浙青路面的车辙及耐久性问题仍未得到彻底解决，依然是浙青路面主要病害之一，严重制约了浙青混合料推广应用及公路交通建设可持续发展。综上所述，已有的剪切试验方法并不能准确地反映浙青混合料的路面力学行为。
技术实现思路
本技术的目的在于从浙青混合料抗剪强度形成机理出发，分析影响其抗剪性能的内因与外因，提供一种用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，该装置可进行可控条件下的浙青混合料扭转剪切破坏试验、扭转剪切蠕变试验、重复扭转剪切试验、混合料层间扭转剪切试验，能够准确评价浙青混合料的抗剪性能及层间粘结性能。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现。一种用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，其特征在于，包括机座，设置在机座上的反力架，设置在反力架底部的蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗杆输入端连接压力电机，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板，下支撑板上设置有压力传感器；所述反力架顶部设置有扭矩电机，扭矩电机输出轴向下依次连接盘式扭矩传感器和用于夹持试件的上支撑板。本技术的进一步改进和特点在于所述机座上设置有环境温度箱，反力架位于环境温度箱内。所述压力电机和扭矩电机分别为步进电机。所述上、下支撑板上分别固定有夹持环，夹持环内壁设置有橡胶垫。该装置还包括一台计算机，所述计算机的接口分别连接盘式扭矩传感器和压力传感器，计算机主机配置扭转剪切监控组态软件，实时采集扭矩、压力数据。本技术的扭转剪切试验装置，在机座上设置反力架，反力架底部设置的蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗杆输入端连接压力电机，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板，下支撑板上设置有压力传感器，压力电机、蜗轮蜗杆机构带动下支撑板向上运动， 向试件提供竖向压力；反力架顶部设置有扭矩电机，扭矩电机输出轴向下依次连接盘式扭矩传感器和用于夹持试件的上支撑板，扭矩电机带动上支撑板向试件提供水平扭矩；计算机主机配置扭转剪切监控组态软件实时采集压力传感器和盘式扭矩传感器的传入数据，能够准确反映浙青路面材料与结构的扭转剪切形变过程的本质。本技术根据浙青混合料抗剪强度形成机理，在扭转剪切过程中，集料颗粒与胶浆全方位接触而形变，集料的几何尺寸、表面颗粒形貌均能在扭转剪切试验中有所体现， 能够反映混合料剪切形变过程的本质，避免直接剪切试验中由于集料颗粒分布的不均勻、 集料空间状态对试验结果造成偏差，因此，扭转剪切试验结果更具代表性。本技术可进行不同可控条件的扭转剪切试验，可根据试验要求设计竖直荷载、水平扭转荷载及加载波形，进行各种类型的扭转剪切试验，评价浙青混合料的粘弹流变特性，试验结果能突出反映混合料产生的永久变形机理，能较有效地应用于比较和预估各种浙青混合料的抗永久变形的性能。本技术中，反力架位于环境温度箱内，能够模拟环境温度变化；压力电机和扭矩电机分别为步进电机，可以做到对压力和扭矩的精确控制；利用计算机的接口分别连接盘式扭矩传感器和压力传感器，实时采集数据，便于分析实验结果。以下结合附图和具体实施方式对本技术的内容做进一步详细说明。附图说明图1为一种用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置的结构示意图。图2为试件紧固夹具图；其中1、底座；2、环境温度箱；3、反力架；4、温度传感器；5、扭矩电机；6、台阶轴； 7、轴承；8、盘式扭矩传感器；9、过渡轴；10、上支撑板；11、压力传感器；12、下支撑板；13、 蜗轮蜗杆机构；14、压力电机；15、夹持环；16、橡胶垫。具体实施方式参照图1，为本技术的一种用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置。在其机座1上设置有环境温度箱2，环境温度箱2内固定反力架3，反力架3的底部的设置蜗轮蜗杆机构13，蜗轮蜗杆机构13的蜗杆输入端连接压力电机14，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板12，下支撑板12上设置有压力传感器11本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，其特征在于，包括机座，设置在机座上的反力架，设置在反力架底部的蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗杆输入端连接压力电机，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板，下支撑板上设置有压力传感器；所述反力架顶部设置有扭矩电机，扭矩电机输出轴向下依次连接盘式扭矩传感器和用于夹持试件的上支撑板。

【技术特征摘要】
1.一种用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，其特征在于，包括机座，设置在机座上的反力架，设置在反力架底部的蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗杆输入端连接压力电机，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板，下支撑板上设置有压力传感器；所述反力架顶部设置有扭矩电机，扭矩电机输出轴向下依次连接盘式扭矩传感器和用于夹持试件的上支撑板。2.根据权利要求1所述的用于浙青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，其特征在于，所述机座上设置有环境温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祖仲，陈拴发，房建宏，熊锐，岳丹，姚运仕，苑瑞星，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：实用新型
国别省市：87