路面抗反射裂缝能力的测试方法及其测试设备

摘要

本发明公开了一种路面抗反射裂缝能力的测试方法及其测试设备，其中测试设备包括恒温箱，该恒温箱内设有：翘曲平台和滚轮装置，滚轮装置设置在该翘曲平台上方，该滚轮装置包括滚轮、传感器、动力驱动装置、支架平台、荷载平台、滑轨和绕线器；传感器包括位移传感器和力敏传感器，传感器与恒温箱外的计算机连接；位移传感器固定安装在支架平台上，位移传感器的探头与荷载平台接触；力敏传感器与荷载平台及滚轮相连，滚轮在车辙试件上往返运动；绕线器承载车辙试件断裂时荷载平台的压力。本发明可以准确评价路面的抗反射裂缝的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及路面测试，尤其涉及一种路面抗反射裂缝能力的测试方法及其 测试设备。

背景技术

反射裂缝是指基层先于面层开裂，而后在荷载的反复作用下使得裂缝反 射到面层。半刚性基层柔性路面为我国现有的主要道路路面结构，半刚性基层 由于自身原因不可避免开裂，在荷载反复作用下进而导致面层反射裂缝的出 现。面层经过轻微开裂，严重开裂，裂缝贯穿，最后完全断裂。继而基层在高 压的动水压力情况下冲刷，导致淤泥的出现，从而造成道路的结构性破坏。

自水泥混凝土路面加铺沥青面层的设计方法应用到工程当中，在工程完 成后2年的时间里回馈中发现裂缝的出现与原水泥板横缝位置吻合，规律性明 显，分析其原因为水泥板传力杆传荷功能失效，导致板的翘曲运动增大，加速 了裂缝的出现。

现有公路工程界对于路面裂缝的研究主要有数值模拟理论分析，以及为 数不多的实验研究。数值理论模拟分析考虑的因素不多，存在的误差无法得到 试验验证。现有试验研究并未能真正模拟车载的反复加载条件下导致试件开 裂。由此可见，开发模拟车载反复加载条件下的路面抗反射裂缝能力的测试方 法及其测试设备，以准确评价计算路面性能，十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路面抗反射裂缝能力的测试方法及其测试设 备，可以准确评价路面的抗反射裂缝的能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种路面抗反射裂缝能力的模拟测试设备，包括恒温箱，该恒温箱内 设有：

翘曲平台，其置于升降台上；该翘曲平台包括固定板和翘曲板，固定板和 翘曲板之间设有缝隙；固定板和翘曲板上铺设有车辙试件；

滚轮装置，设置在该翘曲平台上方，该滚轮装置包括滚轮、传感器、动力 驱动装置、支架平台、荷载平台、滑轨和绕线器；

所述动力驱动装置驱动所述支架平台，所述荷载平台装载压力装置，并通 过转轴与所述支架平台相连；所述支架平台在所述动力驱动装置的驱动下沿滑 轨水平运动；

所述传感器包括位移传感器和力敏传感器，所述传感器与所述恒温箱外的 计算机连接；所述位移传感器固定安装在支架平台上，所述位移传感器的探头 与所述荷载平台接触；所述力敏传感器与所述荷载平台及所述滚轮相连，所述 滚轮在所述车辙试件上往返运动；

所述绕线器固接在所述支架平台上，并与所述荷载平台相连，所述绕线器 承载所述车辙试件断裂时所述荷载平台的压力；

所述计算机与所述位移传感器和所述力敏传感器相连接。

本发明所述的模拟测试设备中，所述压力装置为气缸压力装置或重力荷载 装置。

本发明所述的模拟测试设备中，所述滑轨为水平方向平行的双滑轨。

本发明所述的模拟测试设备中，所述翘曲板竖直方向的位移为20mm时， 所述绕线器的承载为最大。

本发明所述的模拟测试设备中，所述翘曲平台长300mm，宽300mm；所 述固定板长300mm，宽112mm，厚30mm，所述翘曲板长300mm，宽180mm； 所述固定板和翘曲板之间的缝隙为8mm。

本发明所述的模拟测试设备中，所述车辙试件长300mm，宽300mm，厚 30-50mm；滚轮宽30-100mm，外径50-200mm。

本发明所述的模拟测试设备中，所述恒温箱内设有加热装置及风机，所述 恒温箱内的温度为0-60℃。

本发明所述的模拟测试设备中，所述计算机接收所述传感器的数据，记录 滚轮的位移曲线，并显示位移的最高点和最低点读数，以及显示所述恒温箱内 的温度和所述力敏传感器所感知的应力。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种路面抗反射裂缝能力的模拟测试方法，该模拟测试方法基于上述 的模拟测试设备，包括以下步骤：

采用车辙成型机轮碾成型车辙试件；

将车辙试件与翘曲平台粘合，置于滚轮下；

设定恒温箱内的测试温度以及滚轮上的压力；

使滚轮在车辙试件上直线往返运动，直至绕线器承担全部荷载，计算机记 录时间-位移曲线；滚轮在固定板上的最大位移为h₀；当滚轮上承载的压力小 于0.1KN时，停止测试，记录滚轮运动时间t₁；计算柔韧性指数r，其中f(t)为（0，t₁）上的连续函数。

本发明所述的模拟测试方法中，所设定的测试温度为45±0.2℃，恒温保 持至少5小时，给滚轮施加的压强为0.7-2.0Mpa，滚轮每分钟的往返次数为 30-45次。

本发明所述的模拟测试方法中，所述车辙试件为采用车辙成型机轮碾法成 型的标准沥青混合料车辙试件。

本发明所述的模拟测试方法中，所述车辙试件通过环氧胶黏剂与翘曲平台 粘合。

本发明产生的有益效果是：本发明中的路面抗反射裂缝能力的模拟测试设 备通过在翘曲平台上放置固定板和翘曲板，并在固定板和翘曲板上铺设车辙试 件，通过滚轮装置中被加载了压力的滚轮在车辙试件上往返运动，直到车辙试 件断裂，绕线器承担全部荷载，通过公式计算车辙试件的柔韧性指数 柔韧性指数的值越大，则该材料的车辙试件的抗反射裂缝的能 力越好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例路面抗反射裂缝能力的模拟测试设备的结构示意图；

图2是本发明实施例翘曲平台尺寸示意图；

图3是本发明实施例翘曲平台的胶水涂抹示意图；

图4是本发明实施例测试时一个运动周期的时间位移曲线示意图；

图5是本发明实施例柔韧性指数近视值计算方法的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例路面抗反射裂缝能力的模拟测试设备，包括恒 温箱25，本发明的一个实施例中，恒温箱25内设有加热装置及风机，恒温箱 25内的温度控制在0-60℃。恒温箱25内可设有温度传感器，温度传感器与滚 轮18的运行平面不在同一平面。

该恒温箱25内设有：

翘曲平台22，其置于升降台23上；该翘曲平台22包括固定板20和翘曲 板21，固定板20和翘曲板21之间设有缝隙，该缝隙与实际水泥混凝土板的 横缝宽度相当；固定板20和翘曲板21上铺设有车辙试件；

滚轮装置，设置在该翘曲平台22上方，该滚轮装置包括滚轮18、传感器、 动力驱动装置1、支架平台3、荷载平台16、滑轨4和绕线器13；

动力驱动装置1驱动支架平台3，荷载平台16装载压力装置，并通过转 轴15与支架平台3相连；支架平台3在动力驱动装置1的驱动下沿滑轨4水 平运动；

传感器包括位移传感器10和力敏传感器17，传感器与恒温箱外的计算机 26连接；位移传感器10固定安装在支架平台3上，位移传感器10的探头11 与荷载平台16接触；力敏传感器17与荷载平台16及滚轮18相连，滚轮18 在车辙试件上往返运动；轨迹长度覆盖翘曲平台22的头与尾。

绕线器13固接在支架平台3上，并与荷载平台16相连，绕线器13承载 车辙试件断裂时荷载平台16的压力；

计算机26与位移传感器10和力敏传感器17相连接，接收传感器的感知 数据，以对其进行显示或者处理。

本发明的实施例中，压力装置可为气缸压力装置或重力荷载装置，本发明 较佳实施例中优选气缸压力装置，且为空压机提供压力。

升降台23可嵌合翘曲平台22，且有紧固螺杆紧固翘曲平台22，升降台 23可通过手柄升降，由螺旋千斤顶调整翘曲平台23升降，千斤顶坐落在一箱 体上。升降台23与恒温箱25设置导向轨道，防止荷载产生偏离。可在翘曲平 台22上设置固定结构，以保证升降台23上下升降时，翘曲平台22中的固定 板20和翘曲板21不会发生移动。翘曲平台22可从升降台23上拆卸下来，可 以保证反复测试效率；

本发明优选实施例中，滑轨4为水平方向平行的双滑轨。直线型的滑轨型 号优选HIWIN线性滑轨HGH35C，在支架平台3的四个边角可通过螺栓固接 安装滑块2。该滑轨4通过工字钢5实现，工字钢5可避免滑轨4变形。支架 平台3通过滑块2在滑轨4上加载运行。

本发明实施例中，翘曲板21竖直方向的位移为20mm时，绕线器13的 承载为最大。

本发明优选实施例中，如图2所示，翘曲平台22长300mm，宽300mm； 固定板20长300mm，宽112mm，厚30mm，翘曲板21长300mm，宽180mm； 翘曲板21从水平状态向下可偏移23mm的竖直位移。固定板20和翘曲板21 之间的缝隙为8mm。固定板20可选用空心钢板，翘曲板21为翘曲钢板，其 形状如图2所示，翘曲板21的两端上翘。翘曲板21为刚性板，刚性板翘曲运 动设计，以及曲柄连杆驱动加载反复运行，可较好的模拟实际现场；

进一步地，车辙试件长300mm，宽300mm，厚30-50mm，本发明较佳实 施例中选取车辙试件厚度为30mm；宽度300mm可设定为试件的标准宽度。 滚轮18宽30-100mm，外径50-200mm，本发明较佳实施例中选取滚轮18宽 50mm，外径200mm。要求加荷后滚轮18的轨迹覆盖车辙试件的长度大于 300mm的90%，即270mm以上，且对齐翘曲板21的右端。

本发明实施例中，计算机26接收传感器的数据，记录滚轮的位移曲线， 并显示位移的最高点和最低点读数，以及显示恒温箱25内的温度和力敏传感 器17所感知的应力。通过计算机26处理，可以剔除温度变形（即车辙试件在 高温下形成的车辙凹陷）引起的位移误差，可提高测试精度。且在交变荷载的 试验条件下引入位移检测，更适合弹性材料。

该滚轮装置还设有直线轴承6，其通过钢板8与支架平台3固定连接，可 采用螺栓固接。直线轴承6的两端安装弹簧7，可使支架平台3回弹至固定板 20端部。

本发明实施例路面抗反射裂缝能力的模拟测试方法，该模拟测试方法基于 上述模拟测试设备，包括以下步骤：

S1、采用车辙成型机轮碾成型车辙试件；

S2、将车辙试件与翘曲平台22粘合，置于滚轮18下；车辙试件可通过 环氧胶黏剂与翘曲平台22粘合。

S3、设定恒温箱25内的测试温度以及滚轮18上的压力，也可设定滚轮 18每分钟的往返次数N；

S4、使滚轮18在车辙试件上直线往返运动，直至绕线器13承担全部荷载， 计算机26记录时间-位移曲线；计算机所记录的时间-位移曲线如图4所示， 滚轮18从固定板20端部运动至翘曲板21端部时，滚轮18的翘曲运动移位有 Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ种阶段。在固定板20上为阶段Ⅰ，翘曲板21左部分为阶段Ⅱ，翘 曲板21右部分为Ⅲ。

滚轮18在固定板20上的最大位移为h₀；当滚轮18上承载的压力小于 0.1KN时，停止测试，记录滚轮18的运动时间t₁；计算柔韧性指数r， 其中f(t)为（0，t₁）上的连续函数。具体计算柔韧性指数时， 可采用如图5所示的柔韧性指数近视值计算方法进行计算，即计算横坐标和纵 坐标所围成的面积。柔韧性指数越大的材料，抗反射裂缝的能力越好。

本发明较佳实施例中，所设定的测试温度为45±0.2℃，恒温保持至少5 小时，给滚轮18施加的压强为0.7-2.0Mpa，滚轮每分钟的往返次数为30-45 次。

车辙试件为采用车辙成型机轮碾法成型的标准沥青混合料车辙试件，如由 标准SBS改性沥青混合料制成。采用车辙成型机轮碾成型，且试件不需要切 割，可保证试件测试的统一性；

本发明中定义滚轮18的一个运动周期为滚轮从固定板20端部运动至翘曲 板21端部后，又运动至起点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进 或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。