路面半剛性材料幹縮變形測試儀的製作方法

2023-10-07 15:49:14

專利名稱：路面半剛性材料幹縮變形測試儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬路面自然環境，測量半剛性材料的幹縮變形的儀器。
背景技術：
我國自50年代開始在道路建設中應用石灰土基層,在其後的30年期間石灰穩定類半剛性材料一直是我國公路建設中路面的主要基層類型。80年代初隨著國家經濟的持續發展，我國加快了公路建設的規模，這時水泥穩定材料基層也逐漸推廣使用。到目前我國公路的建設仍然處在高峰階段，每年相繼有幾萬公裡的公路建成通車，其中包括幾千公裡的高速公路。在這期間石灰、粉煤灰穩定材料和水泥穩定類材料的半剛性材料佔各等級公路路面基層材料用量的95 %以上。半剛性基層材料具有強度高，承載力大，水穩性好，板體性強等突出優點，因此現階段甚至相當長的一段時期內仍將在我國道路基層材料中廣泛應用。半剛性基層材料在具有突出優點的同時也存在一些不足，目前半剛性材料在經過拌和壓實後，尤其是當半剛性基層鋪築完畢至面層攤鋪前，由於水分蒸發和混合料內部發生水化作用，混合料的水分會不斷減少，由於水的減少而發生毛細作用、吸附作用、分子間的作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和炭化收縮作用等，會引起半剛性基層材料毛細孔隙中的自由水失去而產生體積收縮，從而在使用過程中容易形成乾燥收縮微裂縫，此微裂縫為半剛性基層材料的薄弱點，當環境溫度發生變化時，半剛性基層材料在溫度應力的反覆作用下，幹縮引起的微裂縫將不斷變寬、變長，從而反射到浙青面層，引起路面較密的橫向開裂，影響路面行車舒適性和耐久性。尤其是近幾年為了提高半剛性基層的強度，而提高結合料水泥的用量，更加劇了幹縮的發生，使路面幹縮加劇，路面裂縫增加。為了減少半剛性材料的乾燥收縮裂縫，提高路面的使用性能，國內很多部門和單位開展了半剛性基層材料幹縮性能評價及幹縮試驗方法的相關研究，積累了不少有益的資料，得出一些具有規律性的結論。但目前路面材料的幹縮特性還沒有統一的測定方法和專業的儀器設備。常用的測量方法有三種一是在恆溫箱中用表貼式電阻應變計測定材料的乾燥收縮，這種方法測試精度較高，精度能達10_6m，它適合測試表面平整、乾燥的試件，而半剛性材料表面空隙多、試件含水量高，不利於粘貼應變計；另一種是在恆溫箱中用智能弦式數碼應變計測定材料的乾燥收縮，此法雖然克服表貼式電阻應變計的一些缺點，但是這種方法只適於測試具有一定強度的材料，而半剛性基層的乾燥收縮主要發生在基層鋪筑後到浙青面層鋪筑前，此時材料的強度還很低，所以智能弦式數碼應變計也不適合測試半剛性材料的乾燥收縮。第三種是一定尺寸的梁體試件採用靜壓成型，脫模後放在實驗室中的測量幹縮的工作檯上，自然乾燥，通過千分表讀取試件在不同時間的幹縮量。在讀取幹縮量的同時，測定備用試件在相同自然環境下的平均水分蒸發損失量，以此作為幹縮試件的平均水分蒸發損失量，測定過程直到試件含水量不再減少，表的讀數很小為止。這種方法試驗操作簡單，但容易出現失誤，試驗的環境溫度和溼度無法控制，從而導致試驗結果精度低、離散性大。、
因此，為減少路面開裂，提聞路面的使用性能，延長路面的使用壽命，有必要研製路面半剛性材料幹縮測試儀器和試驗方法，將幹縮性能指標納入到相應的標準中，指導半剛性材料設計和施工。

發明內容
為克服現有技術的缺陷，準確測量半剛性材料的幹縮應變，本發明提供一種設計合理、結構簡單、使用方便、所測數據準確、自動化程度高的儀器設備，以模擬自然環境，用於測定路面半剛性材料的幹縮應變，控制幹縮開裂，減少路面裂縫。本發明採用以下技術方案來實現上述目 的一種路面半剛性材料幹縮變形測試儀，其是一由前側壁、後側壁、左側壁、右側壁、箱蓋11、箱底所圍合而成的封閉的箱體結構，箱體結構由水平隔板分隔為上部的測量室、下部的環境箱，箱蓋可打開；其特徵在於測量室的側壁上設有溼度傳感器、溫度傳感器、加熱器、照明燈和與外界相連通的通風預留口；環境箱內設有噴霧器、鼓風機和製冷系統；噴霧器、鼓風機和製冷系統通過管道與測量室相連通，環境箱的外部設有溫溼度控制器；溼度傳感器和溫度傳感器通過導線與溫溼度控制器相連接，溫溼度控制器對溼度傳感器和溫度傳感器採集到的溼度和溫度數據進行處理，轉化為數字顯示在溫溼度控制器上；溫溼度控制器與加熱器、製冷系統以及噴霧器相連接並控制加熱器、製冷系統以及噴霧器的電源開關的連通或者關閉；在水平隔板上設有試件架，試件架由天平、滾輪、支撐框架構成；天平固定在水平隔板上並作為試件架的底座，滾輪用軸固定連接在天平上，滾輪上放置支撐框架，支撐框架的上表面用於放置試件；在試件架的兩側均設有固定在水平隔板上的立柱，立柱與試件側面中心等高的位置上裝有彈簧底座，彈簧兩端分別與彈簧底座、試件相接觸，彈簧與試件接觸端固定有墊片，立柱上端通過螺紋連接安裝有位移傳感器夾；位移傳感器的一端由位移傳感器夾固定、另一端與墊片接觸，並且位移傳感器置於彈簧內、通過導線與計算機連接。優選地，所述的墊片尺寸為8cmX8cm。優選地，所述的天平為電子天平。優選地，所述的支撐框架為矩形框架。優選地，所述的滾輪至少設有4個，每兩個滾輪上設置一個支撐框架。與現有技術相比，本發明具有如下優點現有幹縮變形試驗方法操作容易出現失誤，不能真實的模擬所處的環境溫度、溼度和風速，試驗結果精度低、離散性大，而本發明中研製的箱體作為測試環境，能夠模擬自然環境條件下路面材料幹縮變形的條件，箱體內設置溫度、溼度、噴霧和鼓風裝置，可保證試件測試過程中所需的溫度、溼度和風速條件；且內置電子天平，可準確評價質量損失，測量裝置中通過位移傳感器對幹縮變形進行量測，實現了數據自動採集，避免人工讀取數據影響幹縮測試結果，具有較高的測量精度，提高了測量的效率，為公路的建設提供了質量保證。


圖1為本發明的路面半剛性材料幹縮變形測試儀結構示意圖；圖2為本發明的路面半剛性材料幹縮變形測試儀局部放大示意圖；圖3為可編程系統結構示意圖；圖4為外部計算機結構示意圖。
具體實施例方式如圖1-4所示，路面半剛性材料幹縮變形測試儀是由前側壁、後側壁、左側壁、右側壁、箱蓋11、箱底所圍合而成的封閉箱體結構；箱體結構由水平隔板分隔為上下兩個室，上面是測量室1，下面是環境箱23 ;箱蓋可打開。測量室I內設有溼度傳感器2、溫度傳感器3、加熱器12、照明燈13 ;測量室I內的左側壁上固定有溼度傳感器2和溫度傳感器3 ;測量室I內的後側壁上固定有加熱器12，對試件所處的環境進行加熱；測量室I內的右側壁上設置有照明燈13和與外界相通的通風預留口 14，照明燈13用於測量室內的照明，通風預留口 14保證測量室的空氣流通。環境箱23內設有噴霧器4、鼓風機10和製冷系統22 ;噴霧器4、鼓風機10和製冷系統22通過管道與測量室I相連通，對測量室內提供一定的溼度、風速和低溫測試環境；環境箱的外部設有溫溼度控制器21。溼度傳感器2和溫度傳感器3通過導線與溫溼度控制器21相連接；溼度傳感器2用於採集測量室I內的溼度信號，溫度傳感器3用於採集測量室I內的溫度信號，溫溼度控制器21將對溼度傳感器2和溫度傳感器3採集到的溼度和溫度數據進行處理，轉化為數字顯示在溫溼度控制器上，溫溼度控制器21與加熱器12、製冷系統22以及噴霧器4連接並控制加熱器12、製冷系統22以及噴霧器4的電源開關的連通或者關閉，根據預先設定的溫溼度值，從而實現測量室內溫度、溼度恆定。在測量室I內底部，即水平隔板上設有試件架，試件架由電子天平19、六個滾輪9、三個支撐框架18構成；電子天平19作為試件架的底座，用螺紋緊固連接件固定連接在測量室I內的底部隔板，滾輪8用軸固定連接在電子天平19上，每兩個滾輪9上放一個支撐框架18，支撐框架18為矩形框，支撐框架18可在滾輪9上自由滾動。在試驗時支撐框架18的上表面用於放置試件5,試件5為半剛性材料試件,試件5為長方體。在試件架的兩側均設有通過螺紋緊固連接件固定在測量室I內水平隔板上的立柱15，立柱15上與試件5側面中心等高的位置上裝有彈簧17的彈簧底座16，彈簧17與試件5接觸端固定有面積為8cm X 8cm的墊片,立柱上端通過螺紋連接安裝有位移傳感器夾6,位移傳感器7的一端由位移傳感器夾固定、另一端與墊片接觸，並且位移傳感器7置於彈簧17內、通過導線與計算機20連接。試件在溫度、溼度變化條件下發生變形，位移傳感器7將所採集到試件5的形變位移輸出到計算機20，計算機20通過相應的處理軟體進行處理，計算出試件5在各種環境下的幹縮係數。本發明的半剛性材料幹縮係數測定裝置，在測量室I內可放置I個試件進行測定，能夠模擬試件在自然環境中的幹縮過程，提高測量的精度。
具體使用方法如下打開儀器箱蓋11，將已成型的長方體試件5平穩地放在支撐框架18上，使試件5兩端通過彈簧17分別與位移傳感器7緊密地接觸，試件5在彈簧17的作用下可以自由活動並通過墊片8與立柱15緊密接觸。通過面板上溫溼度控制器21的控制開關可設定測量室I內的溫度、溼度範圍和變化速率，同時通過鼓風機開關控制測量室內風的模擬，以滿足設定要求。開始試驗時，在固定溫度下，由於測量室I中溼度發生變化(減小)，試件5將收縮，受彈簧17的作用，試件5的兩端與位移傳感器7的活動頭保持接觸，試驗過程中溫溼度控制器21對測量室溼度傳感器2、溫度傳感器3採集的數據進行處理，當測量室內需要低溫環境時，溫度控制器21將控制製冷系統22與電源接通；當測量室內需要高溫環境時，溫度控制器21將控制加熱器12與電源接通；當測量室內需要一定的溼度時，溫度控制器21將控制噴霧器4與電源接通，向測量室內噴水。位移傳感器7將採集的數據輸出到計算機20，計算機20通過處理軟體對位移傳感器7採集的數據進行數位化處理，從而按照試件變形量與試件原始長度之比計算出試件5的收縮係數，還可以通過電子天平19顯示的數據計算試 件5的失水率。
權利要求
1.一種路面半剛性材料幹縮變形測試儀，其是一由前側壁、後側壁、左側壁、右側壁、箱蓋、箱底所圍合而成的封閉的箱體結構，箱體結構由水平隔板分隔為上部的測量室、下部的環境箱，箱蓋可打開；其特徵在於 測量室的側壁上設有溼度傳感器、溫度傳感器、加熱器、照明燈和與外界相連通的通風預留口； 環境箱內設有噴霧器、鼓風機和製冷系統；噴霧器、鼓風機和製冷系統通過管道與測量室相連通，環境箱的外部設有溫溼度控制器； 溼度傳感器和溫度傳感器通過導線與溫溼度控制器相連接，溫溼度控制器對溼度傳感器和溫度傳感器採集到的溼度和溫度數據進行處理，轉化為數字顯示在溫溼度控制器上；溫溼度控制器與加熱器、製冷系統以及噴霧器相連接並控制加熱器、製冷系統以及噴霧器的電源開關的連通或者關閉； 在水平隔板上設有試件架，試件架由天平、滾輪、支撐框架構成；天平固定在水平隔板上並作為試件架的底座，滾輪用軸固定連接在天平上，滾輪上放置支撐框架，支撐框架的上表面用於放置試件； 在試件架的兩側均設有固定在水平隔板上的立柱，立柱與試件側面中心等高的位置上裝有彈簧底座，彈簧兩端分別與彈簧底座、試件相接觸，彈簧與試件接觸端固定有墊片，立柱上端通過螺紋連接安裝有位移傳感器夾；位移傳感器的一端由位移傳感器夾固定、另一端與墊片接觸，並且位移傳感器置於彈簧內、通過導線與計算機連接。
2.根據權利要求I所述的路面半剛性材料幹縮變形測試儀，其特徵在於所述的墊片尺寸為8cmX8cm。
3.根據權利要求1-2所述的路面半剛性材料幹縮變形測試儀，其特徵在於所述的天平為電子天平。
4.根據權利要求1-3所述的路面半剛性材料幹縮變形測試儀，其特徵在於所述的支撐框架為矩形框架。
5.根據權利要求1-4所述的路面材料幹縮變形測試儀，其特徵在於所述的滾輪至少設有4個，每兩個滾輪上設置一個支撐框架。
全文摘要
本發明公開了一種路面半剛性材料幹縮變形測試儀。路面半剛性材料幹縮變形測試儀是一封閉的箱體結構，箱體結構由水平隔板分成上部的測量室、下部的環境箱，箱蓋可打開；測量室的側壁上設有溼度傳感器、溫度傳感器、加熱器、照明燈和與外界相通的通風預留口；環境箱內設有噴霧器、鼓風機和製冷系統；噴霧器、鼓風機和製冷系統通過管道與測量室相連通，環境箱的外部設有溫溼度控制器；在水平隔板上設有試件架。本發明的路面半剛性材料幹縮變形測試儀能夠模擬自然環境條件下路面材料幹縮變形的條件，可保證試件測試過程中所需的溫度、溼度和風速條件，具有較高的測量精度，提高了測量的效率，為公路的建設提供了質量保證。
文檔編號G01N33/42GK102621293SQ20121008758
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者於麗梅, 任宏賀, 吳建濤, 姚冬冬, 孫宇懷, 曹春梅, 王書娟, 秦衛軍, 陳志國 申請人:吉林省交通科學研究所