一種瀝青混合料勞損試驗儀的制作方法

本實用新型涉及一種材料性能測定試驗儀，具體指一種用于瀝青混合料勞損測定的試驗儀。

背景技術：

從古至今，道路都是人類社會最重要的基礎設施之一。隨著經濟進一步發展，人們對道路行車舒適度和后期維護等方面提出了更高的要求；使得瀝青混凝土道路應運而生，瀝青混合料成為應用最廣泛的道路材料。瀝青混凝土道路與一般水泥混凝土道路相比有著鋪設時間短、成本低，行車安全性高、噪音小，局部破壞易修復等優勢。在實際的使用中我們發現，部分瀝青混凝土道路在設計的使用年限內就出現諸如裂縫、松散、坑槽、車轍等路面損害現象，導致瀝青路面的路用性能降低，為行車安全帶來了巨大隱患。此類損害多源于瀝青混合料配合比設計不合理、施工工藝差等問題，致使道路易受到降雨、高溫等環境因素和車載增大、車流量快速增長等人為因素的損害。為改善以上情況，需要預先對瀝青混合料的配合比設計以及瀝青路面施工質量進行室內工況模擬研究。

在新版《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG-E2011）中關于瀝青混合料的室內試驗主要有以下幾種：單軸壓縮、單軸拉伸、凍融劈裂、三軸壓縮、單軸動態模量、四點彎曲疲勞壽命、馬歇爾穩定度、車轍試驗等。以上方法多以單軸、三軸、或多點簡支模擬瀝青路面受力情況，而實際路面承載為多軸受力。經對比研究發現，車轍試驗是與實際車輪碾壓工況最為接近的：車轍試驗的實質是在特定環境下，荷載為0.7Mpa的滾輪在300mm*300mm*50^100mm長方體試塊板上沿直線做往返的勞損運動。它能較好的模擬車輛在路面行駛、車輪碾壓路面的過程；但車轍試驗是在恒載、恒溫下，車輪沿直線往返碾壓試塊，與車輛在路面上行駛的復雜、多變的實際工況不符，其只能測量出車輪碾壓勞損次數與瀝青混合料試塊軸向變形的關系，并不能反應出如多變溫度、無規律降雨、車輛轉彎、瀝青混合料單向受滾動摩擦等條件下的實際工況。

馬歇爾試驗，是目前國內外公認的測量瀝青混合料穩定度最重要的試驗方法，為勞損試驗的最終評價裝置之一。試驗過程中，將φ101.6mm*63.5mm的圓柱試塊放在規定模具內徑向受壓，通過荷載與流值的關系判定在相應勞損次數下瀝青混合料是否滿足規范要求；此試驗為瀝青混合料的配合比設計及瀝青路面施工質量檢驗提供了可靠的依據。但是，此試驗無法對試樣勞損過程量進行測量，使得馬歇爾試驗的評價結果過于單調。

本勞損試驗儀是經現有車轍試驗儀啟發并進行改進，使其能夠盡量模擬車輛在路上行駛的實際工況，然后結合馬歇爾穩定度的試驗來評價試塊的勞損次數與勞損性能的關系；是能夠結合瀝青混合料勞損試驗和穩定度試驗的綜合性試驗儀，能有效提高瀝青混合料室內工況模擬試驗的精度。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本實用新型提供了一種瀝青混合料勞損試驗儀，使之最大程度的與實際路況相近，是一種能夠結合瀝青混合料勞損試驗和穩定度試驗的綜合性試驗儀，有效提高了瀝青混合料室內工況模擬試驗的精度。

本實用新型通過以下技術方案來實現：

一種瀝青混合料勞損試驗儀，包括試驗儀機體，所述試驗儀機體內設置有試塊固定裝置、沿試塊平面運行的荷載試驗輪以及試驗輪驅動裝置，所述試塊固定裝置包括試模，所述試模為圓柱形模具，若干試模緊密鏈接形成橢圓跑道型結構并固定在機體底部的試模載物臺上，每個試模內固定有與其結構尺寸相適配的圓柱形試塊，荷載試驗輪通過安裝在機體上部的試驗輪驅動裝置沿試塊上表面環向碾壓運行。

作為本案的優化方案，所述試模底部設置有3個調高螺母，利用“三點一面”的原理調整試塊的上表面處于同一水平面。

作為本案的優化方案，所述試模是由兩半圓拼接而成的圓柱形模具。

作為本案的優化方案，所述圓柱形試塊采用馬歇爾標準試塊，尺寸規格為φ101.6*63.5mm。

作為本案的優化方案，所述試驗輪驅動裝置包括輪載發動機、傳動齒輪和傳動帶，輪載發動機通過軸承帶動傳動齒輪勻速轉動，傳動齒輪與帶齒傳動帶嚙合傳動，荷載試驗輪通過傳動軸與傳動帶連接并沿軌道單向運行，所述軌道與橢圓跑道型的試模對應設置。

作為本案的優化方案，所述荷載試驗輪通過液壓裝置調控荷載壓力，液壓裝置包括安裝在傳動軸上的液壓器和液壓機。

作為本案的優化方案，所述試模的上端機體上設置有噴水器，噴水器通過管路與設置在機體外側的水槽連通，實現自動向試塊表面噴水。

作為本案的優化方案，所述試驗儀機體的兩側內壁上對稱設置有加熱控制器。

作為本案的優化方案，所述試驗儀機體內側壁上還設置有試塊高度基準線。

本實用新型的有益效果是：

1、將試塊連接成橢圓跑道型結構，使得路面狀況多元化，可以進行車輛轉彎，滾輪單向碾壓試塊的勞損試驗；解決了現有車轍試機只能反映直線往復運動的勞損試驗，真實地還原了車輛在路面行駛的實際工況，是本試驗儀與現有車轍試機的主要區別和主要創新點；

2、試模采取馬歇爾試驗所使用的圓柱形結構，使得試塊在進行勞損試驗后可以繼續進行馬歇爾穩定度試驗，從而檢測出在不同勞損次數下瀝青混合料的強度指標，使得試驗結果更有說服力；圓柱形試塊相比長方體試塊節省了制作原料，降低了試驗成本，簡化了安裝、拆卸、碾壓等操作工序；

3、試模結構設計合理，既能防止因個別試塊軸向變形過大引起荷載試驗輪產生沖擊荷載，又能調節試塊高度，以保證在勞損試驗過程中各個試塊面的高度相同；

4、通過液壓裝置對試塊荷載壓力進行調控，因不同的車輛對路面的荷載大小不同，本試驗儀的荷載大小可分為“高、中、低”三擋，以模擬實際工況，克服現有滾輪荷載一般為固定值，無法調控荷載大小，與正常路況荷載不符的問題；

5、通過設置自動撒水裝置，在車轍試驗中對試塊進行均勻撒水，以模擬自然降雨、市政撒水等自然環境條件下的勞損試驗；

6、結構合理，操作便捷，具有較好的市場價值和經濟效益，適于推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型瀝青混合料勞損試驗儀的結構示意圖；

圖2為本實用新型瀝青混合料勞損試驗儀中試模的結構示意圖；

圖3為本實用新型瀝青混合料勞損試驗儀中試模的連接示意圖；

圖4為本實用新型瀝青混合料勞損試驗儀中試驗輪驅動裝置的結構示意圖；

圖中：1-試驗儀機體，2-載物盤，3-試模載物臺，4-試模，5-試塊，6-荷載試驗輪，7-調高螺母，8-輪載發動機，9-傳動齒輪，10-傳動帶，11-軌道，12-液壓器，13-液壓機，14-噴水器，15-水槽，16-加熱控制器，17-試塊高度基準線。

具體實施方式

下面將結合附圖及實施例對本實用新型及其效果作進一步闡述。

如圖1-4所示，一種瀝青混合料勞損試驗儀，包括試驗儀機體1，所述試驗儀機體1內設置有試塊固定裝置、沿試塊平面運行的荷載試驗輪以及試驗輪驅動裝置，所述試塊固定裝置包括位于機體底部的載物盤2，載物盤2上固定有試模載物臺3，試模載物臺3上固定有試模4，所述試模4為圓柱形模具，若干試模4緊密鏈接形成橢圓跑道型結構并固定在試模載物臺3上，每個試模4內固定有與其結構尺寸相適配的圓柱形試塊5，荷載試驗輪6通過安裝在機體上部的試驗輪驅動裝置沿試塊5上表面環向碾壓運行。

一般情況下，車轍試驗的溫度為60℃，用荷載為0.7Mpa的滾輪在300mm*300mm*50^100mm長方體試塊上做往返的勞損運動，試驗過程中可自動測定試塊的豎向變形與試驗溫度。首先，車轍試驗所用的長方體試塊，制作所需原料量大，試塊安裝、拆卸、碾壓等操作都需要借助特定機械來完成，成本高；其次，使用的滾輪荷載一般為固定值，無法調控荷載大小，因而與正常路況荷載不符；此外，試驗中無法模擬雨天、路面積水等自然條件下的車轍情況，以及無法對車輛轉彎進行模擬；最后，滾輪為往返勞損運動，與我國車輛單向行駛的實際勞損不符。

與上述現有的車轍試驗儀相比，本案首先使用馬歇爾試驗的圓柱形試塊替換現有的長方體試塊進行勞損試驗，并將試塊連接成橢圓跑道型結構。其所具有的有益效果有：

（1）試模在形狀上大膽的采取馬偕爾試驗所使用的圓柱形構造，使得試塊在進行勞損試驗后可以繼續進行馬歇爾穩定度試驗，通過最真實的工況還原，從而檢測出在不同勞損次數下瀝青混合料的強度指標，即同一試樣受車輪勞損次數與軸向變形、徑向受力及變形的關系，使得試驗結果更有說服力。此外，圓柱形試塊相比長方體試塊節省了制作原料，降低了試驗成本，簡化了安裝、拆卸、碾壓等操作工序。

（2）試塊制作、安裝、拆卸：所需試塊采用標準馬歇爾試塊，尺寸規格為φ101.6*63.5mm，制作只需要使用馬歇爾擊實儀與脫模機，脫模后直接放入到勞損試驗機模具中，待車轍試驗完畢后取出，不需要進行拆卸，模具清洗，方便快捷、成本更低。

（3）試模邊緣緊密相連，荷載統一：試模之間采取緊密排列相連的形式，具體形式可由兩半圓拼接而成的圓柱形模具；在勞損試驗過程中，此設計能夠有效防止個別試塊軸向變形過大引起荷載試驗輪產生沖擊荷載（顛簸），進而對其他試塊的邊緣產生沖切破壞。

（4）試塊高度調控裝置：馬歇爾擊實儀制作出的標準馬偕爾試塊可用高度為63.5±1.3mm，因人為因素、試驗設備差異等因素，使得制作出的試塊高度肯定會有一定差異。因而試模4底部設置有3個調高螺母，利用“三點一面”原理對不同高度的試塊進行面層找平，以保證在勞損試驗初始各個試塊面處于同一水平面。

（5）車輪單向勞損：我國車輛行駛時靠右側通行，也可以說車輪對路面的勞損始終是單方向的，將荷載試驗輪行駛的試塊面設計成橢圓跑道型結構，使荷載試驗輪能夠只朝著一個方向運動，避免了現有車轍試驗中車輪往返運動的情況，與實際工況更加貼切。

（6）對彎道進行車轍試驗：目前車轍試驗時滾輪是沿直線來回滾動的，并沒有考慮彎道的車轍試驗。試塊面設計成橢圓跑道型結構，包括圓弧彎道處的試塊，這樣就可以充分的反映出車輛在轉彎時對路面的影響。

進一步地，試驗輪驅動裝置包括輪載發動機8、傳動齒輪9和傳動帶10，輪載發動機8通過軸承帶動傳動齒輪9勻速轉動，傳動齒輪9與帶齒傳動帶10嚙合傳動，荷載試驗輪6通過傳動軸與傳動帶10連接并沿軌道11單向運行，軌道11與所述橢圓跑道型的試模4對應設置；荷載試驗輪6通過液壓裝置調控荷載壓力，液壓裝置包括安裝在傳動軸上的液壓器12和液壓機13。通過液壓裝置對試塊荷載壓力進行調控，因不同的車輛對路面的荷載大小不同，本試驗儀的荷載大小可分為“高、中、低”三擋，以模擬實際工況，克服現有滾輪荷載一般為固定值，無法調控荷載大小，與正常路況荷載不符的問題。其中，荷載試驗輪6還可通過除液壓裝置之外的其他裝置調控荷載壓力，此處并不受限制。

更進一步地，所述試模4的上端機體上設置有噴水器14，噴水器14通過管路與設置在機體外側的水槽15連通，實現自動向試塊5表面噴水。因自然降雨、市政撒水對路面的勞損破壞有一定的影響，通過設置自動撒水裝置，可實現在車轍試驗中對試塊進行均勻撒水，以實現對路面有水的勞損試驗進行模擬。除此以外，試驗儀機體1的兩側內壁上對稱設置有加熱控制器16，能夠加熱、檢測試驗儀機體1內的溫度，對稱設置兩個可以保證整個試驗空間無溫度差。試驗儀機體1的內側壁上還設有用于輔助觀察試塊5的上表面是否處于同一水平面的試塊高度基準線17。

馬歇爾試驗所使用的圓柱形試塊有兩種尺寸規格φ101.6*63.5mm和φ152.4*95.3，根據道路面層材料尺寸一般選用前者。試驗時，標準試塊放入水中兩小時后放入馬歇爾試驗機進行試驗，獲取荷載與流值的曲線。利用本試驗儀試塊在勞損試驗后，可繼續進行馬偕爾試驗，根據設定不同的勞損次數，從而檢測出在不同勞損次數下瀝青混合料的強度指標，使試驗結果更有說服力。

本試驗儀的操作過程：

1.試塊的制作：通過馬歇爾擊實儀或者路面鉆心法獲取φ101.6*63.5mm的圓柱體試塊。

2.試塊安裝：將制作好的試塊逐個放入高度為55.0mm的試模內，并逐個調節試模下部的調高螺母進行試塊高度調節，保證每個試塊高度與試塊高度基準線水平。

3.勞損試驗：勞損試驗開始前，自主調節試驗溫度、試驗輪壓力、碾壓速度、碾壓次數等；如果進行雨天車轍試驗，需提前在水槽中加水，通過噴水器向試塊表面噴水。打開儀器開關，輪載發動機帶動傳動齒輪勻速轉動，傳動齒輪與帶齒傳動帶嚙合傳動，荷載試驗輪通過傳動軸與傳動帶連接并沿軌道11單向運行，從而達到碾壓試塊的目的，待達到設定的碾壓勞損次數后測量試塊的軸向變形。

4.馬歇爾穩定度試驗：將碾壓勞損后的試塊取下，安裝至馬歇爾穩定度試驗機進行馬歇爾穩定測試，分別得到各試塊流值與荷載的曲線。

以上實施例僅是示例性的，并不會局限本實用新型，應當指出對于本領域的技術人員來說，在本實用新型所提供的技術啟示下，所做出的其它等同變型和改進，均應視為本實用新型的保護范圍。