用于评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的装置及方法

摘要

本发明涉及一种用于评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的装置及方法，通过对相同集料不同的表面纹理制成集料沥青夹层试件进行扭转试验，检测出不同纹理所对应的扭矩，能够真实模拟沥青混合料的剪切破坏，反映出沥青与集料之间的粘附性能，能够研究集料表面粗糙度对沥青与集料粘附性的影响，并为沥青与集料粘附性的研究提供可靠的依据，而且本发明的装置结构简单，操作方便。

说明书

技术领域

本发明属于沥青与集料粘附性评价的技术领域，具体涉及到用于研究集 料的表面纹理对沥青与集料的粘附性影响的装置及方法。

背景技术

沥青作为一种非常重要的土工材料，被广泛应用于道路工程和建筑防水 工程中。在我国，已建成的高速公路路面，90％以上是沥青路面，而沥青与 集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性，所以粘附性是评价沥 青技术性能的一个重要指标。沥青裹覆集料后的抗水性（即抗剥性）不仅与 沥青的性质有密切关系，而且亦与集料的表面纹理有关。所以，要改善沥青 路面的性能必须了解集料表面纹理对沥青与集料粘附性的影响。因此，有必 要提出一种方法来评价集料表面粗糙度对沥青与集料粘附性的影响。

目前研究评价沥青与集料粘附性的方法有水煮法、重量法、光电比色法、 NAT法、静态水浸法、毛细管柱法等，但没有一种是针对集料表面纹理对沥 青与集料粘附性的影响的方法。因此现在需要一种简单、有效、经济的方法 来研究集料表面粗糙度对沥青与集料粘附性的影响。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术中的沥青与集料粘附性评价所存在 的不足，提供了一种结构简单，通过检测扭矩来判断不同纹理对沥青与集料 粘附性影响的装置。

本发明的另一个目的在于提供一种使用上述装置评价表面纹理对沥青与 集料粘附性影响的方法。

解决上述技术问题的技术方案是：用于评价表面纹理对沥青与集料粘附 性影响的装置是在底座上设置有支架和下固定杆，与底座平行的下底盘设置 在固定杆的上端，在下底盘的上方设置有与下底盘相对称的上底盘，上底盘 通过转杆与安装在支架上的电动机的动力输出轴联接，在转杆上安装有转速 传感器和扭矩传感器，转速传感器和扭矩传感器分别通过导线与A/D转换器 相连，A/D转换器通过导线接计算机的输入端口，计算机的输出端口通过导 线与控制单元相连，控制单元通过导线与电机相连。

一种使用上述装置来评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的方法，包 括以下步骤：

1）将上集料样品和下集料样品进行清洗，将沥青加热至135～145℃，涂 在两个集料的表面上形成沥青膜，沥青膜厚度为1～2mm，将上集料样品和下 集料样品粘结起来，室温冷却24小时，制成集料沥青夹层试件的基准样品；

2）将上集料样品和下集料样品的表面铣刨出横纵交叉的纹理，纹理深度 为1.5～2.5mm，清洗，将沥青加热至135～145℃，涂在两个集料的纹理面上 形成沥青膜，沥青膜厚度为1～2mm，将上集料样品和下集料样品粘结起来， 室温冷却24小时，制成集料沥青夹层试件的检测样品；

3）用环氧树脂先后将步骤1）的基准样品和步骤2）的检测样品的上端 面粘接在上底盘的下表面、下端面粘接在下底盘的上表面，电动机以0.5转/ 分钟旋转，分别对对比试件和检测样品的上半部分施加扭矩，实时检测作用 在对比试件和检测样品上的扭矩，至对比试件和检测样品沿着沥青膜断裂时 停止，记录对比试件的最大扭矩值M₀和检测样品的最大扭矩值；

4）重复步骤2）至3），得出不同密集度的表面纹理所对应的检测样品的 最大扭矩值M_n；

5）计算出不同密集度的表面纹理所对应的粘附系数μ_n，比较得出其中最 大的粘附系数μ_max，粘附系数μ_n的计算公式为：

${\mu }_n=\frac{M_n}{M_0}.$

上述步骤2）中上集料样品和下集料样品的表面铣刨出横纵交叉的纹理的 方法是：将上集料样品和下集料样品均切割成的圆柱形，在圆柱形 的一个端面上铣刨出深度为2mm的横×纵向为100×100道的交叉纹理；

步骤4）中不同表面纹理是：50×50道、25×25道、13×13道、7×7道、4×4 道、2×2道、1×1道的横纵向交叉纹理。

本发明评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的方法是通过对相同集料 不同的表面纹理制成集料沥青夹层试件进行扭转试验，检测出不同纹理所对 应的扭矩，能够真实模拟沥青混合料的剪切破坏，反映出沥青与集料之间的 粘附性能，能够研究集料表面粗糙度对沥青与集料粘附性的影响，并为沥青 与集料粘附性的研究提供可靠的依据，而且本发明的装置结构简单，操作方 便。

附图说明

图1为本发明实施例1的装置结构示意图。

图2为图1中集料沥青夹层试件结构示意图。

图3为图2的集料表面纹理示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但是本发明不仅限于下 述的实施方式。

实施例1

参见图1，本实施例的沥青与集料粘附性检测装置由底座1、支架2、下 固定杆3、下底盘4、集料沥青夹层试件5、上底盘6、转杆7、转速传感器8、 电动机9、扭矩传感器10、控制单元11、计算机12以及A/D转换器13联接 构成。

在底座1上通过螺纹紧固件固定安装有下固定杆3和支架2，下固定杆3 的上端通过螺纹联接安装有下底盘4，支架2上用螺纹紧固联接件安装有电动 机9，电动机9的输出轴上用联接件联接安装有转杆7，转杆7的下端通过螺 纹联接安装有上底盘6，上底盘6的几何形状与下底盘4的几何形状完全相同， 检测时将集料沥青夹层试件5夹持在上底盘6与下底盘4之间。

集料沥青夹层试件5是上集料样品5-1和下集料样品5-3通过沥青膜5-2 粘接起来，呈“三明治”结构。

在转杆7上安装有转速传感器8和扭矩传感器10，转速传感器8和扭矩 传感器10分别通过导线与A/D转换器13相连，A/D转换器13通过导线与计 算机12的输入端口相连，计算机12的输出端通过导线接控制单元11，控制 单元11的输出端通过导线接电动机9。转速传感器8和扭矩传感器10将采集 的上底盘6转速信号和扭矩信号转换成电信号传输给A/D转换器13，A/D转 换器13将输入的脉冲电信号转换为数字信号通过导线输送到计算机12。

计算机12按照预先设定的程序进行计算，通过显示器显示计算结果、并 通过控制单元11，控制电动机9转动。

使用时，将制作好的集料沥青夹层试件5利用环氧树脂将其上、下两端 面分别粘接在上底盘6和下底盘4的盘面，固定在下底盘4与上底盘6之间， 启动电动机9，控制转速为0.5转/分钟，由转速传感器8实时检测转速，并将 转速信号经过A/D转换器13转换成数字信号传输给计算机12，由计算机12 将设定值与实际检测值进行计算，若相等则保持恒定，若有偏差，则发送命 令到控制单元11，由控制单元11控制电动机9调整转速至设定值与检测值 相等。电动机9转动通过转杆7将扭转力传递至上底盘6，上底盘6带动集 料沥青夹层试件5的上集料样品5-1转动，而集料沥青夹层试件5的下集料 样品5-3固定在下底盘4的上表面上，产生与上集料样品5-1的转动相反方 向的力，与下集料样品5-3在沥青膜5-2段发生断裂，扭矩传感器10实时 检测在扭转过程中作用在试件上的扭矩值，并经过A/D转换器13传送至计 算机12，由计算机12按照预先设定程序进行计算，得出不同密集度的表面纹 理所对应的粘附系数μ_n，比较得出其中最大的粘附系数μ_max，并通过显示器 显示出来。最大的粘附系数μ_max表明集料沥青夹层试件5的集料与沥青之间 的粘结性越大，即该纹理密集度时集料与沥青的粘附性最强。

采用上述的装置评价表面纹理对沥青与集料粘附性影响的方法，包括以 下步骤：

1）将两个块状的集料切片、钻芯取样为直径是100mm的圆柱形试件， 将其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用蒸馏水沸煮清洗10 分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80℃的烘箱中烘干，制成上集 料样品5-1和下集料样品5-3；再将沥青加热至140℃，涂在上集料样品5-1 和下集料样品5-3的表面上，形成沥青膜5-2，控制沥青膜5-2的厚度为1.5mm， 通过沥青膜5-2将上集料样品5-1和下集料样品5-3联接起来，将粘结好的集 料在温室下冷却24小时，制成集料沥青夹层试件5的基准样品。

2）将两个块状的集料切片、钻芯取样为直径是100mm的圆柱形试件，将 其切割成厚度为50mm的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为 2mm的100道横向纹理和与之交叉的100道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10 分钟，去除试件表面残留的石粉和污垢，置于80℃的烘箱中烘干，制成上集 料样品5-1和下集料样品5-3；再将沥青加热至140℃，涂在上集料样品5-1 和下集料样品5-3的表面上，形成沥青膜5-2，控制沥青膜5-2的厚度为1.5mm， 通过沥青膜5-2将上集料样品5-1和下集料样品5-3联接起来，将粘结好的集 料在温室下冷却24小时，制成集料沥青夹层试件5的检测样品。

3）利用环氧树脂先后将步骤1）的基准样品和步骤2）的检测样品的上 端面粘接在上底盘6的下表面、下端面粘接在下底盘4的上表面，即将基准 样品和检测样品粘接在上底盘6和下底盘4之间，启动电动机9，转杆7转动， 带动上底盘6和粘接在上底盘6上的上集料样品5-1转动，而下集料样品5-3 固定在下底盘4上，对上集料样品5-1施加反方向的阻力，形成扭剪力，即通 过上底盘6在0.5转/分钟的转速下对基准样品和检测样品的上半部分施加扭 矩，通过扭矩传感器10实时检测作用在集料沥青夹层试件5上的扭矩，并传 送至A/D转换器13，当扭剪力过大时，上集料样品5-1和下集料样品5-3会 沿着沥青膜5-2断裂，停止扭转，记录对比试件的最大扭矩值M₀和检测样品 的最大扭矩值。

4）重复步骤2）至3），将第二对集料的表面处理后铣刨出深度为2mm 的50道横向纹理和与之交叉的50道纵向纹理，第三对表面集料是25道横向 纹理和与之交叉的25道纵向纹理，同理，分别制作成表面为横×纵向分别 13×13道、7×7道、4×4道、2×2道、1×1道的交叉纹理的集料，按照步骤2） 至步骤3）的方法对其进一步处理，得出8种不同密集度的表面纹理的检测样 品所对应的8个最大扭矩值。

5）A/D转换器13将接收的电信号转换为数字信号，通过导线输送给计 算机12，计算机12按照预先设定的程序计算得出同一种集料与沥青膜5-2在 不同纹理密集度条件下各个检测样品的粘附系数μ_n，并比较得出其中最大的 粘附系数μ_max，粘附系数μ_n的计算公式为：

${\mu }_n=\frac{M_n}{M_0}.$

计算结果显示25×25道纹理时的粘附系数最大，即表明25×25道纹理时 的集料与沥青的粘附性最强，即25×25道纹理的密集度是最佳的。

实施例2

沥青与集料粘附性检测装置的结构与实施例1相同。

利用上述装置来检测沥青与集料粘附性的方法，在步骤2）中，将块状的 集料切片、钻芯取样为直径是100mm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm 的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为1.5mm的100道横向纹 理和与之交叉的100道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面 残留的石粉和污垢，置于80℃的烘箱中烘干，再将沥青加热至145℃，涂在 上述烘干的具有纹理的集料表面上，形成沥青膜5-2，将两个相对的集料通过 沥青膜5-2联接起来，沥青膜5-2的厚度控制为2mm，将粘结好的集料在温 室下冷却24小时，制成集料沥青夹层试件5的检测样品。

其它的步骤与实施例1相同。

实施例3

沥青与集料粘附性检测装置的结构与实施例1相同。

利用上述装置来检测沥青与集料粘附性的方法，在步骤2）中，将块状的 集料切片、钻芯取样为直径是100mm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm 的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为2.5mm的100道横向纹 理和与之交叉的100道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面 残留的石粉和污垢，置于80℃的烘箱中烘干，再将沥青加热至135℃，涂在 上述烘干的具有纹理的集料表面上，形成沥青膜5-2，将两个相对的集料通过 沥青膜5-2联接起来，沥青膜5-2的厚度控制为1mm，将粘结好的集料在温 室下冷却24小时，制成集料沥青夹层试件5的检测样品。

其它的步骤与实施例1相同。

实施例4

沥青与集料粘附性检测装置的结构与实施例1相同。

利用上述装置来检测沥青与集料粘附性的方法，在步骤2）中，将块状的 集料切片、钻芯取样为直径是100mm的圆柱形试件，将其切割成厚度为50mm 的试件并打磨表面整平光滑，用铣刨机铣刨出深度为1.5mm的50道横向纹理 和与之交叉的50道纵向纹理，用蒸馏水沸煮清洗10分钟，去除试件表面残 留的石粉和污垢，置于80℃的烘箱中烘干，再将沥青加热至145℃，涂在上 述烘干的具有纹理的集料表面上，形成沥青膜5-2，将两个相对的集料通过沥 青膜5-2联接起来，沥青膜5-2的厚度控制为2mm，将粘结好的集料在温室 下冷却24小时，制成集料沥青夹层试件5的检测样品。

在步骤4）中，重复步骤2）至3），将另一对集料的表面处理后铣刨出深 度为2mm的40道横向纹理和与之交叉的40道纵向纹理，另一对表面集料是 30道横向纹理和与之交叉的30道纵向纹理，同理，分别制作成表面为20×20、 10×10、5×5、1×1的横纵向交叉纹理的集料，按照步骤2）至步骤3）的处理 方法对其进一步处理，得出不同密集度的表面纹理的检测样品所对应的最大 扭矩值。

其它的步骤与实施例1相同。

本发明对相同集料不同的表面纹理制作出的集料沥青夹层试件5的检测 样品进行扭转试验，测出其扭矩的不同，能够研究集料表面粗糙度对沥青与 集料粘附性的影响。