一种多功能道路材料试验设备

摘要

本发明提供了一种多功能道路材料试验设备，涉及工程材料试验技术领域，以解决现有技术中存在的只采用静态载荷加载，不能很好地模拟交通载荷作用下的道路变形情况；以及不能对试样的使用环境进行模拟，试验结果偏差较大的技术问题，该装置包括试验箱体，设置有温度模拟装置和光照模拟装置；试模，设置于试验箱体的内部，温度模拟装置与试模的底座连接，光照模拟装置设置于试模的顶部；动载系统，包括加载装置以及加载轮，加载轮设置于试样的顶部，加载装置设置于试模的底部；控制系统，连接温度模拟装置、光照模拟装置、驱动机构以及加载装置，本发明用于最大程度的模拟交通荷载作用下道路的变形，从而为道路工程的设计提供参考。

说明书

技术领域

本发明涉及工程材料试验技术领域，尤其是涉及一种多功能道路材料试验设备。

背景技术

工程试验是对材料的进行测试，并获得相关的物理性能指标和力学性指标的试验工作，为工程设计和施工提供可靠的参数。

目前的道路材料试验设备，例如，路面材料强度试验仪，能够测定大部分道路材料的物理性能指标和力学性能指标。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

1.只采用静态载荷加载，不能很好地模拟交通载荷作用下的道路变形情况；2.不能对试样的使用环境进行模拟，试验结果偏差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能道路材料试验设备，以解决现有技术中存在的只采用静态载荷加载，不能很好地模拟交通载荷作用下的道路变形情况；以及不能对试样的使用环境进行模拟，试验结果偏差较大的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种多功能道路材料试验设备，包括：

试验箱体，设置有温度模拟装置和光照模拟装置；

试模，设置于所述试验箱体的内部，包括底座和设置于所述底座上的侧模，所述侧模上设置有多个传感器孔，所述底座与所述侧模围合成容置腔体，所述容置腔体内设置有试样；所述温度模拟装置与所述底座连接，所述光照模拟装置设置于所述试模的顶部；

动载系统，包括驱动机构、连接组件以及加载组件，其中，所述加载组件包括加载装置以及加载轮，所述驱动机构用于驱动所述连接组件，所述连接组件连接所述加载轮，所述加载轮设置于所述试样的顶部，所述加载装置设置于所述试模的底部；

控制系统，连接所述温度模拟装置、所述光照模拟装置、所述驱动机构以及所述加载装置。

优选地，还包括风速模拟装置、制冷装置和湿度监测装置，所述风速模拟装置、所述制冷装置与所述湿度监测装置均与所述控制系统连接，其中：

所述制冷装置包括空气压缩机，用于对所述试验箱体内部制冷；

所述风速模拟装置包括风机；

所述湿度监测装置采用温湿度传感器。

优选地，所述试验箱体的背侧设置有第一风口、第二风口和第三风口，其中：

所述第一风口与所述第二风口均与所述试验箱体的内部连通设置，用于所述试验箱体内的空气循环，所述第二风口处设置有所述温湿度传感器；

所述第三风口连接所述风机，用于风速模拟。

优选地，所述连接组件包括旋转轮、驱动杆、直线导轨、滑块以及连杆，其中：

所述滑块设置于所述直线导轨上，所述连杆的一端连接于所述滑块上，所述连杆的另一端连接于所述旋转轮上；

所述驱动杆的一端连接于所述滑块上，所述驱动杆的另一端与所述加载轮连接；

所述驱动机构连接所述旋转轮。

优选地，所述底座包括基板、设置于所述基板上的底板、以及设置于所述底板上的多孔板，其中：

所述基板的侧壁上设置有冷媒进口、冷媒出口、补水口和排气口；

所述底板包括依次设置的制冷层、隔断层以及补水层，所述补水层与所述补水口连通设置，所述补水口通过补水管连接补水器；

所述制冷层连接所述冷媒进口和所述冷媒出口。

优选地，所述温度模拟装置包括高低温循环冷浴装置，所述高低温循环冷浴装置包括槽体、制冷组件和加热组件，其中：

所述加热组件包括加热管，用于对所述槽体内的冷媒进行加热；

所述制冷组件包括空气压缩机，用于对所述槽体内的冷媒进行制冷；

所述槽体与所述冷媒进口、所述冷媒出口通过管路连接。

优选地，还包括送样装置，所述送样装置设置于所述试验箱体的一侧，包括升降台架以及设置于所述升降台架上的送样装置。

优选地，所述光照模拟装置包括三组不同功率的长弧氙灯，每组设置至少一台长弧氙灯。

优选地，还包括变形量测量传感器、位移传感器、力传感器，其中：

所述变形量测量传感器设置于所述试模内；

所述位移传感器位于所述加载装置的底部，所述力传感器设置于所述加载装置上。

优选地，所述传感器孔内设置有温度湿度盐分传感器，所述试验箱体的背侧设置有测试孔，所述测试孔用于温度湿度盐分传感器的线穿过，所述测试孔上设置有密封塞。

本发明提供的一种多功能道路材料试验设备，包括试验箱体、试模、动载系统以及控制系统，主要用于模拟在交通载荷作用下，对室内试样变形实时的变化监测。

通过设置试模包括底座和侧模，侧模上设置有多个传感器孔，底座与侧模围合成容置腔体，容置腔体内设置有试样，试样包括土、沥青混合料，水泥稳定类材料等，本装置可适用于路基路面材料变形试验，路基土水盐迁移及变形试验、各种土样的冻融循环试验和沥青混合料车辙试验，适用范围更广，配合试验箱体设置有温度模拟装置、光照模拟装置，通过温度模拟装置、光照模拟装置以及动载系统的配合，温度模拟装置与底座连接，光照模拟装置设置于试模的顶部，温度模拟装置为底座提供试验所需的温度，光照模拟装置模拟自然日照，模拟在一定环境条件下交通荷载作用下道路的变形，使实验结果更加真实可靠。

通过设置加载组件包括加载装置以及加载轮，加载轮设置于试样的顶部，加载装置设置于试模的底部，通过加载装置与加载轮的配合，能最大程度的模拟交通荷载作用下道路的变形，弥补了静态荷载的不足，以动态荷载研究为主，能最大程度的模拟交通荷载作用下道路的变形，从而为道路工程的设计提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明多功能道路材料试验设备一实施例的结构示意图；

图2是本发明多功能道路材料试验设备中侧模的结构示意图；

图3是图1的俯视结构示意图；

图4是本发明多功能道路材料试验设备的控制结构示意图；

图5是本发明多功能道路材料试验设备中试验箱体的后视结构示意图；

图6是本发明多功能道路材料试验设备中底座的结构示意图；

图7是图6中底板的剖视结构示意图；

图8是图1的左视结构示意图。

图中：1、试验箱体；2、试模；4、试样；5、控制系统；7、温度湿度盐分传感器；9、补水器；11、温度模拟装置；12、光照模拟装置；13、风速模拟装置；14、温湿度监测装置；15、第一风口；16、第二风口；17、第三风口；21、底座；22、侧模；31、驱动机构；32、连接组件；33、加载装置；34、加载轮；51、控制面板；52、采集和存储系统；61、升降台架；62、送样装置；81、变形量测量传感器；82、位移传感器；83、力传感器；111、高低温循环冷浴装置；112、制冷装置；121、长弧氙灯；211、基板；212、底板；213、多孔板；221、传感器孔；321、旋转轮；322、驱动杆；323、直线导轨；324、滑块；325、连杆；2111、冷媒进口；2112、冷媒出口；2113、补水口；2114、排气口；2121、制冷层；2122、隔断层；2123、补水层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种多功能道路材料试验设备，图1是本实施例的结构示意图，如图1所示，包括试验箱体1、试模2、动载系统以及控制系统5，主要用于模拟在交通载荷作用下，路基路面材料变形试验、路基土水盐迁移及变形试验。

其中，试验箱体1，设置有温度模拟装置11、光照模拟装置12，通过温度模拟装置11、光照模拟装置12以及动载系统的配合，模拟在一定环境条件下交通荷载作用下道路的变形，使实验结果更加真实可靠。

试模2，设置于试验箱体1的内部，本实施例中的试模2采用电镀不锈钢制成，试模的接缝处采用螺丝连接。

试模2包括底座21和设置于底座21上的侧模22，图2是本实施例中侧模的结构示意图，如图2所示，侧模22上设置有多个传感器孔221，底座21与侧模22围合成容置腔体，容置腔体内设置有试样4，试样4包括土、沥青混合料，水泥稳定类材料等，本装置可适用于路基路面材料变形试验，路基土水盐迁移及变形试验、各种土样的冻融循环试验和沥青混合料车辙试验。

具体地，试模2设置为包括三种尺寸，三种尺寸的试模2内侧尺寸不同，外侧尺寸相同，第一种尺寸为600mm×300mm×300mm，第二种为尺寸为300mm×150mm×150mm，第三种为尺寸为300mm×300mm×50mm。前两种适用于土工试验，而后者用于沥青混合料车辙试验，如不使用前述三种尺寸试模时，亦可做各种土样的冻融循环试验、沥青混合料的恒温养生等。

本实施例中，传感器孔221在侧模22上均匀布置，通过传感器孔221可接不同类型的传感器，传感器孔221的尺寸按照(温度湿度盐分)三合一传感器大小预留，可满足大部分传感器使用，当然，在实际的生产和使用时，也可以根据使用需要设置其他尺寸，满足传感器孔221与传感器适配使用即可。

温度模拟装置与底座21连接，光照模拟装置设置于试模2的顶部，温度模拟装置为底座21提供试验所需的温度，光照模拟装置模拟自然日照，以提高试验结果的参考价值；

动载系统，弥补了静态荷载的不足，以动态荷载研究为主，配合光照模拟装置，能最大程度的模拟交通荷载作用下道路的变形，从而为道路工程的设计提供参考。

动载系统包括驱动机构31、连接组件32以及加载组件。

其中，加载组件包括加载装置33以及加载轮34，加载轮34设置于试样4的顶部，加载装置33设置于试模2的底部，通过加载装置33与加载轮34的配合，能最大程度的模拟交通荷载作用下道路的变形。

图3是图1的俯视结构示意图，如图3所示，驱动机构31采用伺服电机，用于驱动连接组件32，连接组件32连接加载轮34，通过驱动机构驱动连接组件32进而连接组件32带动加载轮34在试样4的顶部运动，模拟交通荷载。

具体地，本实施例中的加载轮采用橡胶制的实心轮胎，外径200mm，轮宽50mm，橡胶层厚度15mm。橡胶硬度(国际标准硬度)60℃时为78±2。试验轮行走距离为580mm±10mm，往返碾压速度为30次/min±1次/min。采用直线导轨驱动加载轮往返运行方式。

加载装置33采用20kN的电子式加载机构用钢支架固定在试验箱体1的正下方。

控制系统5，图4是本实施例的控制结构示意图，如图4所示，连接温度模拟装置11、光照模拟装置12、驱动机构31以及加载装置。控制系统5包括控制面板51，采集和存储系统52，控制面板51采用可触摸屏。

作为可选地实施方式，试验箱体1，还设置有风速模拟装置13、制冷装置112和温湿度监测装置14，且风速模拟装置13、制冷装置112、温湿度监测装置14均与控制系统连接，配合温度模拟装置11、光照模拟装置12的使用，最大程度的模拟交通荷载作用下道路的变形，从而为道路工程的设计提供参考。

其中，风速模拟装置13、温湿度监测装置14均设置于试验箱体1的后侧，风速模拟装置13包括风机；温湿度监测装置14采用温湿度传感器。

制冷装置112包括空气压缩机，制冷装置112通过管路连接试验箱体1的内部，用于对试验箱体1内部制冷，模拟环境温度，对试验箱体1内的整体环境降温，光照模拟装置12除了提供照明之外还起到对试验箱体1内的整体环境升温的作用，通过制冷装置112配合光照模拟装置12使用，为整个试验箱体1提供试验所需的温度，使其控制在-40℃-60℃6精度为0.1℃)，模拟自然升降温。

作为可选地实施方式，图5是本实施例试验箱体的后视结构示意图，如图5所示，试验箱体1的背侧设置有第一风口15、第二风口16、第三风口17，第一风口15、第二风口16、第三风口17处均设置有过滤网，对风口处进行有效地过滤，避免污染试验箱体1的内部环境。

本实施例中，第一风口15作为进风口，设置于试验箱体1的底部；第二风口16作为出风口，设置于试验箱体1的顶部，设置第一风口15与第二风口16均与试验箱体1的内部连通，用于试验箱体1内的空气循环。

在第二风口16处设置有温湿度传感器，用于通过出风监测试验箱体1内部的温湿度环境，第三风口17连接风机，用于改变风速，以模拟自然界风速的等级，本实施例中，风机采用轴流式风机，重量轻，使用寿命长，满足本试验设备的使用需求。

作为可选地实施方式，连接组件32包括旋转轮321、驱动杆322、直线导轨323、滑块324以及连杆325。

其中，滑块324设置于直线导轨323上，连杆325的一端连接于滑块324上，连杆325的另一端连接于旋转轮321上；驱动杆322的一端连接于滑块324上，驱动杆322的另一端与加载轮34连接；驱动机构31连接旋转轮321，本实施例中，驱动机构包括伺服电机，伺服电机连接行星减速器。

使用时，通过驱动机构对旋转轮321驱动，旋转轮321转动，进而带动驱动杆322运动，驱动杆322带动滑块324在直线导轨323上往复运动，滑块324带动连杆325往复运动，实现加载轮34模拟交通运输状态实验。

作为可选地实施方式，图6是本实施例底座的结构示意图，如图6所示，底座21包括基板211、设置于基板211上的底板212、以及设置于底板212上的多孔板213。

其中，基板211的侧壁上设置有冷媒进口2111、冷媒出口2112、补水口2113和排气口2114；

图7是图6中底板的剖视结构示意图，底板212包括依次设置的制冷层2121、隔断层2122以及补水层2123，补水层2123与补水口2113连通设置，补水口2113通过补水管连接补水器9，补水器9设置于试验箱体1的外侧，便于补水使用；

制冷层2121连接冷媒进口2111和冷媒出口2112，用于冷媒循环，进而调节底座的温度。

作为可选地实施方式，图8是图1的左视结构示意图，如图8所示，还包括送样装置，送样装置设置于试验箱体1的一侧，包括升降台架61以及设置于升降台架61上的送样装置62，送样装置62采用送样车，升降台架61采用千斤顶进行升降，优选地，采用液压式千斤顶，以实现送样的自动化和智能化。

作为可选地实施方式，温度模拟装置11包括高低温循环冷浴装置111，高低温循环冷浴装置111包括槽体、制冷组件和加热组件。

其中，加热组件包括加热管，用于对槽体内的冷媒进行加热；制冷组件包括空气压缩机，用于对槽体内的冷媒进行制冷，槽体与冷媒进口2111、冷媒出口2112通过管路连接。本实施例中，采用酒精做冷媒并使其控制在-40℃-60℃6精度为0.1℃)，为底板212提供试验所需的温度。

作为可选地实施方式，光照模拟装置12包括三组不同功率的长弧氙灯，每组设置至少一台长弧氙灯121。

本实施例中，第一组长弧氙灯、第二组长弧氙灯与第三组长弧氙灯的功率分别设置为500w、1000w、500w，三组不同功率的长弧氙灯模拟自然日照，根据不同的时间段开启不同功率的灯，灯光的强弱和开关时间由控制系统中相关模块控制。

在实际的使用时，可以根据实际的试验需要设置第一组长弧氙灯、第二组长弧氙灯与第三组长弧氙灯的功率，以满足不同的使用需求。

作为可选地实施方式，还包括变形量测量传感器81、位移传感器82、力传感器83，其中：变形量测量传感器81设置于试模2内，用于实时监测变形量；位移传感器82位于加载装置33的底部，力传感器83设置于加载装置33上，用于监测位移、力的变化。

作为可选地实施方式，传感器孔221内设置有温度湿度盐分传感器7，试验箱体1的背侧设置有测试孔，测试孔用于温度湿度盐分传感器7的线穿过，测试孔上设置有密封塞。

本实施例的试验过程包括如下步骤：

准备阶段：1.根据试验要求制备一定厚度的沥青混合料和水泥稳定碎石，沥青混合料满足规定的压实度，水泥稳定碎石则达到规定的养护龄期使其具有规定的抗压强度，若是水泥混凝土则按照规范要求准备。

2.将制备好的蒸馏水倒入补水器9中，注意设备所用水均为蒸馏水进行试验；

3.在安装好的试模2内侧均匀涂抹一层凡士林，使试样4在试验过程中能够在侧面竖直方向上减小摩阻力以达到变形的目的，在多孔板213上放一张用蒸馏水湿润过的滤纸，防止滤纸吸收试样中的水分；

4.将制备好的土样按照试验要求装至规定的高度后，将水泥稳定碎石和沥青混合料依次放入试模2中，接着将温度湿度盐分传感器7依次插入试模中，并边装样边插入温度湿度盐分传感器7。

5.开启控制面板的温度控制界面设置所需的温度，在计算机中相应的软件中根据试验所需设置加载力值、灯光开关时间以及存储相关的设置。

试验阶段：1.将固定牢靠的装有试样的试模2放入试验箱体1中并通过管路连接高低温循环冷浴装置111与底座21上的冷媒进口2111、冷媒出口2112，管路采用软管，且软管外套有保温材料，避免热量损失。并且试模2的外侧包裹隔热材料，防止在试验过程中发生能量交换。

2.关闭试验箱体1的箱门，在相应的界面内设置需要的试验参数并保存，通过控制系统开启降温、加载、灯光控制，开始试验。

3.试验结束后，在计算机中保存数据然后卸除加载。若试样在冻结期，先使其解冻后拔下温度湿度盐分传感器再移出试模2。若试样未冻结可直接拔下温度湿度盐分传感器后移出试模2。

可根据试验需要在土工试验箱体1内铺设土工布或土工格栅等土工织物。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。