一種顆粒接觸試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種顆粒接觸試驗裝置，包括由第一底板、第一前側板、第一后側板、第一左側板、第一右側板和第一蓋板構成的第一腔體，由第二底板、第二前側板、第二后側板、第二左側板、第二右側板和第二蓋板構成的第二腔體，第二腔體伸入第一腔體內，第二左側板和第二右側板分別延伸出第二底板，并伸出第一底板，第二蓋板和第二底板的外部連接有連接頭，連接頭連接用于拉動第二腔體在第一腔體內上下移動的外部加載裝置；第二左側板和第二右側板上設置有開口，其外部還設置有隔離板。該試驗裝置結構簡單、操作簡便，可從顆粒摩擦效應的角度展現出瀝青混合料中礦料顆粒的遷移錯動行為。
【專利說明】
一種顆粒接觸試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及道路工程材料試驗設備領域，具體涉及一種顆粒接觸試驗裝置及試驗方法。
【背景技術】
[0002]瀝青混合料是由礦料、瀝青及空隙構成的多相顆粒性材料。瀝青混合料的攤鋪、壓實是裹覆瀝青的礦料顆粒體系由松散流動態，經亞穩過渡態，向成型穩定態(相對穩定)轉化的過程，礦料顆粒的摩擦、迀移以及錯動行為不僅貫穿瀝青混合料拌和、攤鋪以及碾壓等階段的始終，而且在很大程度上決定了瀝青混合料的離析特性、壓實效果以及力學性能，從而關系到路面病害及耐久性。
[0003]近年來，瀝青混合料的微細觀結構及作用行為已得到研究人員的關注，并逐漸成為道路工程材料領域研究的熱點。然而，國內外對于瀝青混合料顆粒體系的研究工作相對較少，且尚未從礦料顆粒摩擦效應的角度開展礦料迀移錯動行為研究。瀝青混合料中礦料顆粒界面的微細觀效應貫穿于混合料生產-施工-服役整個生命周期的始終，而對于攤鋪、壓實階段的瀝青混合料而言，礦料顆粒間具有很大的自由度，礦料迀移和錯動是主要的力學行為，而且受到礦料接觸特性、界面瀝青粘滯及潤滑效應的影響，其力學行為更為復雜。
[0004]目前對瀝青混合料中礦料顆粒特性的研究主要集中在數值模擬或圖像處理方面，即通過有限元、離散元等數值模擬軟件或圖像處理技術開展研究，尚沒有瀝青混合料中礦料接觸特性的評價儀器及相關評價方法。
【實用新型內容】
[0005]針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種探索瀝青混合料中礦料接觸特性及力學傳遞規律的試驗裝置及試驗方法，本實用新型具有可重復操作性、穩定性及數據顯著差異性的優點。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案予以實現。
[0007](I) —種顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，包括由第一底板、第一前側板、第一后側板、第一左側板、第一右側板和第一蓋板構成的第一腔體；
[0008]由第二底板、第二前側板、第二后側板、第二左側板、第二右側板和第二蓋板構成的第二腔體；
[0009]所述第一蓋板的中央設置有開孔，所述第二腔體通過所述開孔伸入第一腔體內；
[0010]所述第一底板上設有與所述第二左側板和所述第二右側板相匹配的兩個長孔;所述第二左側板和第二右側板分別延伸出所述第二底板，并伸出所述第一底板的兩個長孔；[0011 ]所述第二蓋板的外部連接有上連接頭，所述第二底板的外部連接有下連接頭;所述第一底板中央設有圓孔，所述下連接頭伸出所述圓孔；
[0012]所述上連接頭和所述下連接頭連接用于拉動第二腔體在第一腔體內上下移動的外部加載裝置；
[0013]所述第二左側板和第二右側板上分別設置有開口，所述第二左側板和第二右側板的外部分別設置有與所述開口對應的隔離板。
[0014]本實用新型的特點和進一步的改進在于:
[0015]所述第一前側板和第一后側板上分別設置有導軌，所述第二前側板和第二后側板上分別設置有與所述導軌配合的導槽。
[0016]所述第一底板、第一前側板、第一后側板分別固定連接，所述第一左側板和第一右側板分別為滑動側板。
[0017]所述第一底板、第一前側板、第一后側板的左右兩端部分別設置固定板，所述固定板上設有螺孔和對應的螺栓，所述螺栓通過所述螺孔穿過所述固定板，且穿過部分上套有螺旋壓縮彈簧，所述螺旋壓縮彈簧的自由端抵靠對應的所述第一左側板或第一右側板。
[0018]所述開口為正方形或長方形。
[0019]所述第一腔體和所述第二腔體的材質均為碳鋼。
[0020](2) 一種顆粒接觸試驗方法，用于測試瀝青混合料礦料顆粒間的接觸特性，基于上述顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，包括以下步驟:
[0021 ]步驟I，組裝顆粒接觸試驗裝置；
[0022]步驟2，向所述顆粒接觸試驗裝置的所述第一腔體和所述第二腔體中分別裝滿待測顆粒；
[0023]步驟3，將裝有待測顆粒的顆粒接觸試驗裝置固定安裝在加載裝置上，抽離所述隔離板，啟動加載裝置，試驗開始，所述第二腔體相對所述第一腔體向上移動；
[0024]步驟4，當所述第二腔體相對所述第一腔體向上移動的移動位移達到設定值時，試驗結束，得待測顆粒的力-位移曲線圖。
[0025]優選地，步驟3中，所述加載裝置為MTS試驗機。
[0026]優選地，步驟4中，所述移動位移的設定值為80mm。
[0027]與現有技術相比，本實用新型的有益效果為:
[0028 ]本實用新型針對瀝青混合料的特性，提供了一種探索瀝青混合料中礦料顆粒的接觸特性及力學傳遞規律的試驗裝置，該試驗裝置結構簡單、操作簡便，使用該裝置對瀝青混合料中礦料顆粒的接觸特性及力學傳遞規律進行試驗測試，試驗方法簡單、可重復操作，數據準確，可從顆粒摩擦效應的角度展現出瀝青混合料中礦料顆粒的迀移錯動行為，對瀝青混合料的攤鋪均勻性及壓實效果研究具有重要意義。
【附圖說明】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0030]圖1為本實用新型的顆粒接觸試驗裝置的正視圖；
[0031]圖2為本實用新型的顆粒接觸試驗裝置的第一腔體的正視結構示意圖；
[0032]圖3為本實用新型的顆粒接觸試驗裝置的第二腔體的正視結構示意圖；
[0033]圖4為粒徑是16.0mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，其中，橫坐標為位移，縱坐標為力的水平；
[0034]圖5為粒徑是13.2mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，其中，橫坐標為位移，縱坐標為力的水平；
[0035]圖6為粒徑是4.75mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，其中，橫坐標為位移，縱坐標為力的水平；
[0036]圖7為粒徑是2.36mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，其中，橫坐標為位移，縱坐標為力的水平；
[0037]圖8為粒徑是1.18mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，其中，橫坐標為位移，縱坐標為力的水平。
[0038]圖中:1、第一底板;2、第一左側板;3、第一右側板；101、長孔；102、圓孔;4、第一蓋板;401、開孔;5、第二底板;6、第二左側板;7、第二右側板;8、第二蓋板;9、上連接頭；10、下連接頭;11、開口； 12、隔離板;13、導軌;14、導槽;15、固定板;16、螺栓;17、螺旋壓縮彈簧。
【具體實施方式】
[0039]下面將結合附圖和實施例對本實用新型的實施方案進行詳細描述，但是本領域的技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本實用新型，而不應視為限制本實用新型的范圍。
[0040]參考圖1-圖3，本實用新型的顆粒接觸試驗裝置包括:由第一底板1、第一前側板、第一后側板、第一左側板2、第一右側板3、第一蓋板4構成的第一腔體；
[0041]由第二底板5、第二前側板、第二后側板、第二左側板6、第二右側板7、第二蓋板8構成的第二腔體；
[0042]第一蓋板4的中央設置有開孔401，第二腔體通過開孔401伸入第一腔體內；
[0043]參考圖1和圖2，第一底板I上設有與第二左側板6和第二右側板7相匹配的兩個長孔101;第二左側板6和第二右側板7分別延伸出第二底板5，并伸出第一底板I的兩個長孔101;其中，第二左側板6和第二右側板7分別延伸出第二底板5的設置主要是為了在第二腔體上下移動時維持第一腔體內體積不變；
[0044]參考圖1和圖3，第二蓋板8的外部連接有上連接頭9，第二底板5的外部連接有下連接頭10;第一底板I中央設有圓孔102，下連接頭10伸出圓孔102;
[0045]上連接頭9和下連接頭10連接用于拉動第二腔體在第一腔體內上下移動的外部加載裝置；
[0046]第一前側板和第一后側板上分別設置有導軌13，第二前側板和第二后側板上分別設置有與導軌13配合的導槽14，導軌13和導槽14的設置主要是為了減小第一腔體與第二腔體內側面之間的摩擦。
[0047]參考圖3，第二左側板6和第二右側板7上分別設置有開口11，第一腔體中的待測顆粒與第二腔體內的待測顆粒在開口處接觸，從而測試待測顆粒的接觸性能。
[0048]參考圖1，第二左側板6和第二右側板7的外部分別設置有與開口11對應的隔尚板12，隔離板12的設置主要是為了隔離第一腔體內的顆粒與第二腔體內的顆粒，使其不相互接觸。
[0049]參考圖1和圖2，第一底板1、第一前側板、第一后側板的左右兩端部分別設置固定板15，固定板15上設有螺孔和對應的螺栓16，螺栓16通過螺孔穿過固定板15，且穿過部分上套有螺旋壓縮彈簧17，螺旋壓縮彈簧17的自由端抵靠對應的第一左側板2或第一右側板3;第一底板1、第一前側板、第一后側板分別固定連接，第一左側板3和第一右側板4分別為滑動側板。
[0050]基于上述顆粒接觸試驗裝置，本實施例對幾種不同粒徑的瀝青混合料的礦料進行接觸特性試驗，待測礦料顆粒的粒徑分別為16.0mm、13.2mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm。
[0051 ]試驗方法按如下步驟進行:
[0052]步驟I，組裝顆粒接觸試驗裝置:首先調整螺栓16的位置，使其套入螺旋壓縮彈簧17，并與螺旋壓縮彈簧17的長度平齊，即螺栓16的頂部接觸到第一左側板2和第一右側板3，再將隔離板12插入第二左側板6和第二右側板7的外側，即第一腔體與第二腔體的交界面處。
[0053]步驟2，分別向第一腔體和第二腔體內裝滿待測礦料顆粒；
[0054]步驟3，固定第一蓋板4和第二蓋板8，連接上連接頭9和下連接頭10，將上述裝有待測礦料顆粒的礦料顆粒接觸試驗裝置固定安裝在加載裝置MTS試驗機上，抽離隔離板12，并擰松螺栓16，使螺栓16脫離第一左側板2和第一右側板3，啟動MTS試驗機，試驗開始，第二腔體相對于第一腔體向上移動；
[0055]步驟4，當第二腔體相對于第一腔體向上移動的移動位移為80mm時，試驗結束，得待測礦料顆粒的力-位移曲線圖。
[0056]上述試驗步驟中，步驟I中的調整螺栓16位置是為了限定在試驗開始前，第一腔體的空間體積一定；當向第一腔體和第二腔體中加滿待測礦料顆粒后，抽離隔離板12，此時，第一腔體內的礦料顆粒與第二腔體內的礦料顆粒在第二左側板6和第一右側板7上的開口11處相互接觸，當外接加載裝置MTS試驗機連接上連接頭9和下連接頭10，并使得第二腔體相對于第一腔體上下移動時，第二腔體內的礦料顆粒與第一腔體內的礦料顆粒相互摩擦，產生一定的迀移錯位運動，此時，外接加載裝置MTS試驗機就會采集到一定加載位移間隔內采樣點的力的水平的數據，從而形成可以反映礦料顆粒間接觸特性的力-位移曲線圖。其中，步驟3中擰松螺栓16使得螺栓16完全脫離第一左側板2和第一右側板3，此時，當第二腔體上下運動時，第一腔體內的礦料顆粒間由于迀移錯位運動而產生的剪脹作用會使得螺旋壓縮彈簧17發生微小變形，第一左側板2和第一右側板3也會隨之發生微小的左右移動，從而使得其不會對礦料顆粒產生擠壓作用力，避免了礦料顆粒間的剪脹作用對其接觸特性的影響。
[0057]實驗結果如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示:
[0058]圖4為粒徑是16.0mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，圖5為粒徑是13.2mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，圖6為粒徑是4.75mm的礦料顆粒的力-位移曲線圖，圖7為粒徑是2.36_的礦料顆粒的力-位移曲線圖，圖8為粒徑是1.18_的礦料顆粒的力-位移曲線圖。
[0059]上述曲線圖中的每一個波峰產生的位移及頻率，反映了在外力作用下，礦料顆粒摩擦滾動過程中能量的積聚與耗散，即在一定位移范圍內，為了克服礦料顆粒間的摩擦滾動力所需要做的功。
[0060]上述力-位移曲線圖中各有三條曲線，分別代表三組平行試驗所得的力-位移曲線圖。
[0061 ]對比圖4、5、6、7、8可知，對于粒徑較大的礦料顆粒，力-位移曲線圖中的三條曲線的走向基本相同，即盡管波峰產生的位移與頻率不盡相同，但是波峰處力的水平大致相同；對于粒徑較小的礦料顆粒，力-位移曲線圖中的三條曲線的走向基本完全相同，即波峰處力的水平和波峰產生處的位移與頻率均基本完全相同。因此，可認為本實用新型不管對粒徑較大還是粒徑較小的礦料顆粒進行試驗，其實驗結果均具有可重復性。
[0062]同時，對比圖4、5、6、7、8可知，礦料顆粒的粒徑不同，則其通過本實用新型試驗所得的實驗結果也不盡相同，在力的水平、波峰產生的位移及頻率等方面均存在顯著性差異，可直觀地反映出不同粒徑的礦料顆粒間摩擦滾動特性，因此，可認為通過本實用新型的礦料顆粒接觸試驗裝置及試驗方法所得到的試驗數據具有顯著性。
[0063]由以上結果可知，通過本實用新型的顆粒接觸試驗裝置及試驗方法可以從礦料顆粒摩擦效應的角度展現出礦料顆粒的迀移錯動行為，而礦料顆粒的迀移錯動是影響瀝青混合料的攤鋪均勻性及壓實效果的主要力學行為，因此，本實用新型對瀝青混合料的攤鋪均勻性及壓實效果的研究具有重要意義。
[0064]雖然，本說明書中已經用一般性說明及具體實施方案對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本實用新型要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，包括:由第一底板(I)、第一前側板、第一后側板、第一左側板(2)、第一右側板(3)和第一蓋板(4)構成的第一腔體； 由第二底板(5)、第二前側板、第二后側板、第二左側板(6)、第二右側板(7)和第二蓋板(8)構成的第二腔體； 所述第一蓋板(4)的中央設置有開孔(401)，所述第二腔體通過所述開孔(401)伸入第一腔體內； 所述第一底板(I)上設有與所述第二左側板(6)和所述第二右側板(7)相匹配的兩個長孔(101);所述第二左側板(6)和第二右側板(7)分別延伸出所述第二底板(5)，并伸出所述第一底板(I)的兩個長孔(101); 所述第二蓋板(8)的外部連接有上連接頭(9)，所述第二底板(5)的外部連接有下連接頭(10);所述第一底板(I)中央設有圓孔(102)，所述下連接頭(10)伸出所述圓孔(102); 所述上連接頭(9)和所述下連接頭(10)連接用于拉動第二腔體在第一腔體內上下移動的外部加載裝置； 所述第二左側板(6)和第二右側板(7)上分別設置有開口(11)，所述第二左側板(6)和第二右側板(7)的外部分別設置有與所述開口(11)對應的隔離板(12)。2.根據權利要求1所述的顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，所述第一前側板和第一后側板上分別設置有導軌(13)，所述第二前側板和第二后側板上分別設置有與所述導軌(13)配合的導槽(14)。3.根據權利要求1所述的顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，所述第一底板(1)、第一前側板、第一后側板分別固定連接，所述第一左側板(2)和第一右側板(3)分別為滑動側板。4.根據權利要求1或3所述的顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，第一底板(I)、第一前側板、第一后側板的左右兩端部分別設置固定板(15)，所述固定板(15)上設有螺孔和對應的螺栓(16)，所述螺栓(16)通過所述螺孔穿過所述固定板(15)，且穿過部分上套有螺旋壓縮彈簧(17)，所述螺旋壓縮彈簧(17)的自由端抵靠對應的所述第一左側板(2)或第一右側板⑶。5.根據權利要求1所述的顆粒接觸試驗裝置，其特征在于，所述開口(11)為正方形或長方形。
【文檔編號】G01N15/00GK205562340SQ201620348757
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月24日
【發明人】馬莉霞, 栗培龍, 饒文宇, 李建閣, 丁湛, 馮振剛
【申請人】長安大學