一種路面結冰附著強度測試裝置及其試驗方法
【專利摘要】本發明專利提供一種路面結冰附著強度測試裝置及其使用方法，該裝置包括固定部件和擺動部件；其中固定部件包括主機基座、固定夾座、刻度盤，固定夾座和刻度盤通過螺栓固定在基座上；擺動部件包括擺頭、砝碼、收縮桿以及控制手柄，其中收縮桿一端與控制柄鉸接，下端與擺頭通過螺紋相連，擺頭上設置了凸起的豎桿，不同數量的砝碼套在豎桿上可以自由調節擺動部件的自重。本發明專利可通過自由下擺的擺動部件模擬道路上行駛車輛輪胎的碾壓作用，由測定落擺前后試件上附著冰的質量變化，間接表征路面上附著冰的附著力的強弱。
【專利說明】
一種路面結冰附著強度測試裝置及其試驗方法
技術領域
[0001] 本發明專利涉及道路交通路面測試技術領域，特別地，涉及一種路面結冰附著強 度測試裝置及其試驗方法。
【背景技術】
[0002] 我國地域遼闊，地形地貌差別較大，各地氣候不一，道路交通受自然環境影響極 大，尤其是道路結冰現象。長期影響著東北地區和內蒙古北部地區以及部分南方山區的客 運和貨運的正常運作，給廣大人民的生命財產安全構成巨大隱患。據不完全統計，我國歷年 來因冬季冰凍而引發的交通事故約占全年交通事故的30%，事故發生率是平時的4~5倍。 在2008年發生的冰雪災害中，全國23個省份公路交通受到影響，直接經濟損失高達125億 元。因此，對道路表面和路面結冰的相互作用關系的深入研究具有廣泛而深遠的科研價值 和工程意義。
[0003] 隨著經濟的快速發展，人們對公路運輸的要求越來越高，對道路結構的各項物理 力學性能指標測試技術的要求也越來越規范。針對道路表面結冰的附著強度測試方面，當 前主要有落重式的落棒試驗或落錘試驗等，雖然落重式的沖擊破冰法具有一定的理論依據 也得到了一些應用，但深入的研究后不難發現無論落棒還是落錘均存在一定的缺點，具體 表現在：
[0004] 1)無論是落棒或者落錘都只能提供一個豎向的沖擊力作用，沖擊過程中不存在橫 向剪切應力，因此，簡單的落重式的棒和錘都不能形象的模擬出車輪碾壓路表結冰的動態 過程；
[0005] 2)落棒或者落錘的落重不可調節，只能通過調整落高改變沖擊力的大小；
[0006] 3)落棒或者落錘裝置都沒有提供一個有效的測試試件的固定裝置，這樣可能導致 沖擊過程中發生滑移等現象；
[0007] 4)落重式沖擊的噪音較大，易造成噪聲污染；
[0008] 5)落重式沖擊試驗流程復雜，不方便試驗操作。
[0009] 因此，一種簡單易行的路面結冰附著強度測試裝置及其試驗方法迫切地為科研試 驗所需要。
【發明內容】
[0010]本發明專利目的在于提供一種路面結冰附著強度測試裝置，以解決技術問題。
[0011] 為實現上述目的，本發明專利提供了一種路面結冰附著強度測試裝置，包括固定 部件和擺動部件；
[0012] 所述固定部件包括主機基座、固定夾座、刻度盤，固定夾座和刻度盤通過螺栓固定 在基座上；
[0013] 所述擺動部件包括擺頭、收縮桿以及控制手柄、砝碼，其中收縮桿一端與控制柄鉸 接，下端與擺頭通過螺紋相連，擺頭上設置了凸起的豎桿，不同數量的砝碼套在豎桿上可以 自由調節擺動部件的自重。
[0014] 優選的，主機基座為鐵鑄，呈倒"T"字型;基座前臺面積約占總面積的三分之二，上 有兩個預留螺孔，通過螺孔中的螺栓作用可將夾座固定在基座上;所述基座上部分的豎板 上設有預留孔，通過在孔內設置插銷即可將收縮桿和控制柄與基座鉸接為一個整體。
[0015] 優選的，所述固定夾座由基臺、螺栓以及固定塊構成，通過調節螺栓改變固定塊的 位置可以固定不同尺寸的試件，其中固定塊為兩個相同的長方體鋼塊，高30~80mm,寬50~ 80mm,長120~150mm，鋼塊上設有120°弧形凹槽以方便固定圓柱體試件。
[0016] 所述固定部件的刻度盤左半盤以弧度刻標，從下至上依次在0°、45°、90°、145°以 及180°處標注羅馬數字i、n、m、iv、v。
[0017] 優選的，所述擺動部件的擺頭為高強輕質不銹鋼，呈45°半拱形，拱底設置了一層 有刻紋耐磨橡膠，類似于輪胎的構造;半拱的右中部設有豎桿，桿高8~12cm，通過在豎桿上 增減砝碼可以增減擺頭自重，最右部通過螺孔將擺頭和收縮桿相連。
[0018] 優選的，所述擺動部件的收縮桿和控制手柄通過插銷鉸接，收縮桿可根據實際需 要在一定范圍內自由調節長度，通過下壓和上提控制柄可以用來控制擺件的起落。
[0019] 優選的，所述砝碼為圓餅狀環形帶孔不銹合金鋼，其內徑為10mm，外徑40~50mm， 厚20~30mm，重100g，共4~6個。
[0020]優選的，所述的一種路面結冰附著強度測試裝置得試驗方法，其步驟如下：
[0021 ] 1)取試件(如:瀝青馬歇爾試件直徑d X高度h為101.6mmX 63.5mm或水泥混凝土試 件10(tamX HKtamX 100謹，150_Χ 150_Χ 150謹）洗凈并常溫浸水濕潤至飽和；
[0022] 2)取試件放入冷凍室，在試件表面人工噴灑一定質量（10g、15g，20g，25g...)自來 水，注意噴灑過程中水必須全部留在試件表面，不能有溢出、流失等；
[0023] 3)在相對濕度60%條件下，1小時內將冷凍室的溫度緩慢下降到零下5°C，并在零 下5°C溫度下冷凍2小時，使得試件表面的水滴凝結為冰晶；
[0024] 4)取出結冰的試件，在0 ± 1°C的試驗環境下，測定試件質量m(精確到0. lg)，記 錄；
[0025] 5)將試件固定放置于基座臺的固定夾座上，調節夾座兩端的螺栓固定試件；
[0026] 6)通過調節收縮桿，使豎直放置的擺頭恰好和試件的表面在同一高度，之后在擺 頭上串加對應的砝碼數量η;
[0027] 7)下壓控制柄，將擺頭上調到π、m、iv、V中的某一檔，然后釋放控制柄，任擺頭 自由下擺，將所測試件繞幾何中心旋轉180°，重復上述操作；
[0028] 8)擺頭碾壓完畢后去除螺栓，將試件取出，用小刷子或者風機去除試件表面的破 碎冰，之后稱量試件的質量m2;
[0029] 9)清除試件表面剩余的殘留冰，稱重m3,計算試件兩次的質量差即可得到所有冰 質量im-mi、殘留冰的質量ms-mi，這里定義冰的附著系數為殘留冰和所有冰的質量比：
[0031 ] 10)記錄所得的數值，格式為所在檔位下標砝碼數后加p值，如Π W . 83，IV20.62， V3O · 21等。
[0032]本發明專利具有以下有益效果：
[0033] 1、橡膠包裹的拱形擺頭可模擬行駛車輛的輪胎碾壓作用提供一個多方向的復合 力，在擺頭碾壓過試件的瞬時，既存在豎直向下的重力沖擊，又有水平方向的剪切力；
[0034] 2、通過主動改變落擺的角度和擺頭上砝碼的數量可以靈活的調節落擺的沖擊力 強度，方便不同冰凍程度的試件提供試驗可能；
[0035] 3、可調節多用型固定夾座參考了常規圓柱體瀝青混凝土和立方體水泥混凝土試 件尺寸，為試驗提供一個穩定而牢靠的固定作用；
[0036] 4、拱形擺頭底部為刻紋橡膠材質，在與試件及其表面的冰晶作用時不會發出刺耳 的噪音，能提供一個安靜的試驗環境。
[0037] 除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明專利還有其它的目的、特征和優 點。下面將參照圖，對本發明專利作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0038] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明專利的進一步理解，本發明專利的 示意性實施例及其說明用于解釋本發明專利，并不構成對本發明專利的不當限定。在附圖 中：
[0039]圖1為本發明專利結構的正視示意圖；
[0040] 圖2為基座的正視圖；
[0041] 圖3為固定夾座的構造圖；
[0042]圖4為所測試件的固定示意圖；
[0043] 圖5為擺頭結構圖；
[0044] 圖6為控制柄與收縮桿的鉸接示意圖。
[0045]其中，1、基座，2、固定夾座，3、刻度盤，4、擺頭，5、收縮桿，6、控制柄，7、砝碼
【具體實施方式】
[0046]以下結合附圖對本發明專利的實施例進行詳細說明，但是本發明專利可以根據權 利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0047] 實施例1:
[0048] 水泥混凝土路面冰的附著強度測試
[0049] 1)取表面結冰的立方體水泥混凝土試件lOOmmX lOOmmX 100mm稱重ma;
[0050 ] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0051] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在V檔高度，加1個砝碼；
[0052] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺，將試件左右互換，重復2)3)操作1次；
[0053 ] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0054] 6)用刮刀將混凝土試件表面冰刮凈，稱得水泥混凝土試件的為mc。
[0055] 各組數據如下表：
[0057] i+笪#的附著系教：
[0059] 記為：ViO.587。
[0060] 實施例2:
[0061 ]水泥混凝土路面冰的附著強度測試
[0062] 1)取表面結冰的立方體水泥混凝土試件lOOmmX lOOmmX 100mm稱重ma;
[0063] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0064] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在V檔高度，加2個砝碼；
[0065] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺，重復2)3)操作1次；
[0066 ] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0067] 6)用刮刀將混凝土試件表面冰刮凈，稱得水泥混凝土試件的為mc。
[0068] 各組數據如下表：
[0071]計算并的附著系數：
[0073]記為：V20.492。
[0074] 實施例3:
[0075] 水泥混凝土路面冰的附著強度測試
[0076] 1)取表面結冰的立方體水泥混凝土試件lOOmmX lOOmmX 100mm稱重ma;
[0077] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0078] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在IV檔高度，加1個砝碼；
[0079] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺，重復2)3)操作1次；
[0080] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0081] 6)用刮刀將混凝土試件表面冰刮凈，稱得水泥混凝土試件的為mc。
[0082]各組數據如下表： L0084」計算并的附著系數：
[0086]記為：^^0.536。
[0087] 實施例4:
[0088] 水泥混凝土路面冰的附著強度測試
[0089] 1)取表面結冰的立方體水泥混凝土試件lOOmmX lOOmmX 100mm稱重ma; [0090] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0091] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在m檔高度，加3個砝碼；
[0092] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺，重復2)3)操作1次；
[0093 ] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0094] 6)用刮刀將混凝土試件表面冰刮凈，稱得水泥混凝土試件的為mc。
[0095] 各組數據如下表：
[0097]計算并的附著系數：
[0099] 記為：Π?3〇·536。
[0100] 實施例5
[0101 ]水泥混凝土路面冰的附著強度測試
[0102] 1)取表面結冰的立方體水泥混凝土試件lOOmmX lOOmmX 100mm稱重ma; [01 03] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0104] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在m檔高度，加3個砝碼；
[0105] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺，重復2)3)操作1次；
[0106] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0107] 6)用刮刀將混凝土試件表面冰刮凈，稱得水泥混凝土試件的為mc。
[0108]各組數據如下表：
[0110]計算并的附著系數：
[0112] 記為：ΙΠ30·386。
[0113] 實施例6
[0114] 水泥混凝土路面冰的附著強度測試
[0115] 1)取表面結冰的立方體水泥混凝土試件150mmX 150mmX 150mm稱重ma;
[0116] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0117] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在IV高度，加1個砝碼；
[0118] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺重復2)3)操作1次；
[0119] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0120] 6)用刮刀將混凝土試件表面冰刮凈，稱得水泥混凝土試件的為mc。
[0121] 各組數據如下表：
[0123]計算并的附著系數：
[0125] 記為
[0126] 實施例7
[0127] 瀝青混泥土路面冰的附著強度測試
[0128] 1)取表面結冰的立方體瀝青馬歇爾試件直徑d X高度h為101.6mm X 63.5mm稱重 ma；
[0129] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0130] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在m檔高度，加2個砝碼
[0131] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺重復2)3)操作1次；
[0132] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0133] 6)用刮刀將瀝青馬歇爾試件表面冰刮凈，稱得瀝青馬歇爾試件的為mc。
[0134] 各組數據如下表：
[0137]計算并的附著系數：
[0139] 記為：ΙΠι〇·476。
[0140] 實施例8
[0141 ]瀝青混泥土路面冰的附著強度測試
[0142] 1)取表面結冰的立方體瀝青馬歇爾試件直徑dX高度h為lOOmmX 100mm稱重ma;
[0143] 2)調節固定夾座兩端的螺栓，將混凝土試件固定與夾座；
[0144] 3)調整伸縮桿，使得擺頭和試件表面在IV檔度，加2個砝碼；
[0145] 4)釋放控制柄，任擺頭自由下擺，重復2)3)操作1次；
[0146] 5)去除試件表面破碎冰，稱量殘留冰和試件的質量mb;
[0147] 6)用刮刀將瀝青馬歇爾試件表面冰刮凈，稱得瀝青馬歇爾試件的為mc。
[0148] 各組數據如下表：
[0150]計算并的附著系數:
[0152]記為：V20.321。
【主權項】
1. 一種路面結冰附著強度測試裝置及其試驗方法，其特征在于，所述的測試裝置由固 定部件和擺動部件兩大部件組成； 所述固定部件包括主機基座、固定夾座、刻度盤，固定夾座和刻度盤通過螺栓固定在基 座上； 所述擺動部件包括擺頭、收縮桿以及控制手柄、砝碼，其中收縮桿一端與控制柄鉸接， 下端與擺頭通過螺紋相連，擺頭上設置了凸起的豎桿。2. 根據權利要求1所述的一種路面結冰附著強度測試裝置，其特征在于，所述固定部件 的主機基座為鐵鑄，呈倒"T"字型；基座前臺面積約占總面積的三分之二，上有兩個預留螺 孔，通過螺孔中的螺栓可將夾座固定在基座上;基座的豎板上設有預留孔，通過在孔內設置 插銷將收縮桿和控制柄與基座鉸接為一個整體。3. 根據權利要求1所述的一種路面結冰附著強度測試裝置，其特征在于，所述固定部件 的固定夾座由基臺、螺栓以及固定塊構成;通過調節螺栓改變固定塊的位置可以固定不同 尺寸的試件，其中固定塊為兩個相同的長方體鋼塊，高30~80mm,寬50~80mm,長120~ 150mm，鋼塊上設有120°弧形凹槽以方便固定圓柱體試件。4. 根據權利要求1所述的一種路面結冰附著強度測試裝置，其特征在于，所述固定部件 的刻度盤左半盤以弧度刻標，從下至上依次在0°、45°、90°、145°以及180°處標注羅馬數字 i、n、m、iv、v〇5. 根據權利要求1所述的一種路面結冰附著強度測試裝置，其特征在于，所述擺動部件 的擺頭為高強輕質不銹鋼，呈45°半拱形，拱底設置了 一層有刻紋耐磨橡膠，類似于輪胎的 構造;半拱的右中部設有豎桿，桿高80~120mm，通過在豎桿上增減砝碼可以增減擺頭自重， 最右部通過螺孔將擺頭和收縮桿相連。6. 根據權利要求1所述的一種路面結冰附著強度測試裝置，其特征在于，所述擺動部件 的收縮桿和控制手柄通過插銷鉸接，收縮桿可根據實際需要在一定范圍內自由調節長度， 通過下壓和上提控制柄可以用來控制擺件的起落。7. 根據權利要求1所述的一種路面結冰附著強度測試裝置，其特征在于，所述砝碼為圓 餅狀環形帶孔不銹合金鋼，其內徑為IOmm，外徑40~50mm，厚20~30mm，重100g，共4~6個。8. 所述的一種路面結冰附著強度測試裝置的試驗方法，其步驟如下： 1) 取試件（如：瀝青馬歇爾試件直徑d X高度h為101.6mm X 63.5mm或水泥混凝土試件 100mm X 100mm X 100mm, 1 50mm X 1 50mm X 150mm)洗凈并常溫浸水濕潤至飽和； 2) 取試件放入冷凍室，在試件表面人工噴灑一定質量（10g、15g，20g，25g...)自來水， 注意噴灑過程中水必須全部留在試件表面，不能有溢出、流失等； 3) 在相對濕度60%條件下，1小時內將冷凍室的溫度緩慢下降到零下5°C，并在零下5°C 溫度下冷凍2小時，使得試件表面的水滴凝結為冰晶； 4) 取出結冰的試件，在0±1°C的試驗環境下，測定試件質量mi(精確到0.1 g)，記錄； 5) 將試件固定放置于基座臺的固定夾座上，調節夾座兩端的螺栓固定試件； 6) 通過調節收縮桿，使豎直放置的擺頭恰好和試件的表面在同一高度，之后在擺頭上 串加對應的砝碼數量η; 7) 下壓控制柄，將擺頭上調到n、m、iv、V中的某一檔，然后釋放控制柄，任擺頭自由 下擺，將所測試件繞幾何中心旋轉180°，重復上述操作； 8) 擺頭碾壓完畢后去除螺栓，將試件取出，用小刷子或者風機去除試件表面的破碎冰， 之后稱量試件的質量m2; 9) 清除試件表面剩余的殘留冰，稱重m3,計算試件兩次的質量差即可得到所有冰質量 mm、殘留冰的質量m3-nu，這里定義冰的附著系數為殘留冰和所有冰的質量比：10) 記錄所得的數值，格式為所在檔位下標砝碼數后加 P值，如1^0.83,:^20.62, V 3〇 · 21等。
【文檔編號】G01N19/04GK106018268SQ201610100991
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月24日
【發明人】高英力, 黃亮, 代凱明, 李學坤, 馬路, 肖敏強, 鄒超
【申請人】長沙理工大學