一种沥青混合料抗扭转和剪切性能的测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路工程沥青混合料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，具体涉及一种沥青混合料抗扭转和剪切性能的测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]对沥青路面进行设计时，混合料性能的好坏是保证道路质量的重要部分，矿料级配不准确、沥青用量不当以及材料质量较低等导致的沥青混合料性能不能满足要求将直接导致道路病害。在实际的设计与施工检测中，混合料性能的评价不全面，尤其是混合料抗剪强度的测试与实际的道路工作状态不相符。在这种情况下，沥青路面设计与施工时混合料的高温性能、低温性能以及水稳定性和抗老化性能均满足要求，但路面却在使用初期出现了小面积的整体松散破坏，局部甚至出现一小块混合料整体脱落。这种路面病害在汽车转向较为频繁的路段较为集中，如城市道路上交叉口汽车停止线附近、道路的进出口、停车位出入口、立交上下坡段、匝道转弯处，机场沥青道面，长大纵坡路段等等，病害将会进一步发展成坑槽，严重影响路面路容，随着荷载和水的作用会影响路面结构轻度，进而导致道路整体破坏。如何施加实际路面沥青混合料剪切所受的复杂荷载成为关键要考虑的问题，也成为实验和检测能否反映问题的症结所在。
[0003]实际道路在汽车转向处，路面表层除受到轮胎因摩擦而导致的剪应力外，往往还受到了强大的扭转作用，这种轮胎转动带来的扭矩会大大降低沥青混合料的最大抗剪强度，加大了沥青路面被剪切破坏的可能。国内规范对于沥青混合料的抗剪强度试验采用的是三轴压缩法。三轴压缩试验存在着试验设备与操作较为复杂，难以保证混合料的受力状态与实际受力状态相符的问题。此外，测试抗剪强度还有直接剪切法、单轴贯入法等，但这些方法的试验条件与参数不能较好反映实际路面所受的状况，因而并不能有效的检测与反映路面剪切破坏。
[0004]由于上述问题的出现，就有可能使对工程质量的控制出现偏差。甚至有时，明明沥青混合料各种性能满足设计与施工规范的要求，但是可能由于抗剪强度的测试与实际不符，导致路面出现早期病害。此种问题如果能在沥青混合料设计与施工检测中予以重视，并对其指标进行研究，则可以有效的减少沥青路面初期因抗剪强度不足导致的病害，进而节约路面养护维修费用，延长道路使用寿命。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，从沥青混合料在实验过程中同时受到扭矩作用和水平剪应力作用进行考虑，提供一种沥青混合料抗扭转和剪切性能测试装置以及对应的测试方法，使混合料试件的受力状况更加合理，有代表性。
[0006]为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种沥青混合料抗扭转和剪切性能的测试装置，包括底座，底座上垂直设置支撑架，支撑架上设置有与底座平行的顶板，顶板可在支撑架上滑动；顶板底部设置有测力装置，测力装置底部安装有测扭矩装置，测扭矩装置底部通过扭矩转轴安装有一个水平连杆，水平连杆上设置有第一控制模具，水平连杆下方的底座上设置有第二控制模具，第一控制模具和第二控制模具共同用于固定试件。
[0008]进一步地，所述的第一控制模具包括一对固定件，每个固定件均包括固定板、卡板、安装块以及顶块，卡板和安装块同高且均固结在顶块的下部，在卡板上开设有半圆形槽，半圆形槽的直径线位于卡块底面所在平面上;所述的卡板设置一对，对称固结在卡板的两侧，并在卡板上开设有通孔;所述的顶块呈四面体状，顶块的顶部加工为平滑的圆面;在顶块上贯穿开设有安装孔。
[0009]进一步地，所述的底座上设置有温度控制桶，温度控制桶中设置有加热棒。
[0010]进一步地，所述的第二控制模具位于温度控制桶中，第二控制模具包括一对“凹”形卡夹，两个卡夹对称设置，在每个卡夹的两端均设置有一段横杆;卡夹通过调节旋钮装配在温度控制桶上，调节旋钮包括带有外螺纹的调节杆，温度控制桶的侧壁上开设有螺孔，调节杆装配在螺孔中，并在调节杆的端部设置有旋钮。
[0011]进一步地，所述的测扭矩装置采用扭矩加载器，扭矩加载器的输出轴与扭矩转轴同轴固结，在扭矩加载器的输出轴上安装有扭矩传感器。
[0012]进一步地，所述的测力装置采用液压装置，液压装置上安装有压力传感器，该液压装置固定在一个安装板上，安装板上设置有滑块，在顶板底部开设有与滑块配合的滑槽，安装板通过滑块装配在滑槽中。
[0013]进一步地，所述的顶板的底部安装有测位移装置，测位移装置的一端连接在安装板上。
[0014]进一步地，所述的支撑架上沿长度方向铺设有齿条，所述的顶板通过齿轮与所述的齿条配合装配在支撑架上;顶板与支撑架连接的一端设置有调位电机，通过调位电机改变顶板在支撑架上的位置。
[0015]进一步地，所述的底座的侧面设置有控制面板和显示屏，控制面板上设置有用于操控测力装置、测扭矩装置以及控制顶板运动的键盘。
[0016]—种利用上述装置进行沥青混合料抗扭矩和剪切性能测试的方法，包括以下步骤:
[0017]步骤一，检查装置各部件是否完好，在控制面板上设置好试验参数，包括试验时剪切应力大小的设定、扭矩大小的设定、水浴温度值的设定；
[0018]步骤二，按照试验要求确定是否对制备好的沥青混合料马歇尔试件进行预处理，预处理过程为冷藏、加热或水浴；
[0019]步骤三，使顶板升高至支撑架的顶部位置，将制好的沥青混合料马歇尔试件的上半部分固定在第一控制模具中，利用螺栓和螺帽将第一控制模具中两个固定件进行固定，使试件牢固地固定在第一控制模具中；使顶板下降，下降的过程中微调第一控制模具在水平连杆上的位置，使试件落在第二控制模具的两个卡夹之间；利用旋钮调整卡夹的位置，使试件的下部被两个卡夹固定住；
[0020]步骤三，按照试验要求确定是否向温度控制桶中加水，如需要则加水并对水温进行调整，使水温达到实验要求；
[0021]步骤四，利用控制面板打开测力装置、测扭矩装置，对试件开始加载，观察试件的破坏情况，当时间发生破坏时，停止对试件的加载，从显示屏上记录试验过程中的最大剪应力、最大扭矩、以及最大位移，完成。
[0022]本发明具有以下技术特点:
[0023]1、本发明试验装置能够单独施加剪应力使试件破坏，从而可以测出试件的抗剪强度，同时该装置能够单独施加扭矩使试件破坏，从而可以测出试件在扭转作用下破坏时的强度；
[0024]2.本装置能够同时施加扭矩和剪应力，从而更加真实地模拟实际路面受力状态，可以测出在一定扭矩作用下混合料试件的抗剪强度，以及在一定剪应力作用下混合料试件抗扭转剪切的强度，进而可以分析扭转作用对抗剪强度的影响；
[0025]3.本装置安装有位移传感器，从而能够测试试件在剪切破坏时破坏处的相对位移值;本装置可以对常温、高温和低温的混合料试件进行试验，从而可以测出不同温度下试件的抗扭转剪切强度；
[0026]4.本装置安装有温度控制桶，从而可以在不同温度的水浴中进行扭转剪切强度试验；
[0027]5.本装置在显示屏上有试验时间显示区，从而可以记录试件在设定的剪应力和扭矩作用下从开始剪切到最终破坏的时间。
【附图说明】
[0028]图1为本发明装置的整体结构示意图；
[0029]图2为第一控制模具的结构示意图；
[0030]图3为第二控制模具部分的结构示意图；
[0031 ]图4为滑槽部分的结构示意图；
[0032]图中标号代表:I—底座，2—温度控制桶，3—控制面板，4—显不屏，5—顶板，6—支撑架，7—安装板，8—扭矩转轴，9一调位电机，10—测力装置，11一测扭矩装置，12—测位移装置，13—第一控制模具，14 一第二控制模具，15—水平连杆，16—固定板，17—安装孔，18—调节杆，19一滑