[实用新型]一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及公路工程沥青路面材料与结构研究领域，特别涉及一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置。

背景技术

沥青混合料铺筑而成的道面具有平整、抗滑、舒适、减震等良好的使用性能和机械化施工程度高、工期短、养护方便等优点，被广泛应用于公路路面和机场道面。沥青混合料是一种具有粘弹流变特性的复合材料，它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外掺剂所组成。由于组成材料源产地、颗粒形貌、质量的差异及配合比的不同，并结合路面结构与功能需求，可形成不同的混合料组成类型，表现出不同的力学特性。

沥青路面材料与结构的抗剪强度                                                ，主要取决于粘聚力和内摩擦角两个重要参数。根据沥青混合料的不同材料组成，可形成三类结构：（a）悬浮密实结构，此类混合料密实度较大，各级集料为次级集料隔开，集料之间不能相互靠拢形成骨架，粘聚力较高，但摩阻角较低，抗剪能力差；（b）骨架空隙结构，此类混合料粗集料比例较高，细集料较少，粗集料可以形成骨架，又由于细集料少不足于填充骨架之间的空隙，混合料内摩阻角较大，但粘聚力较低，抗剪性能较好。（c）密实—骨架结构，此类混合料既有较多的粗集料形成空间骨架，又有相当数量的细集料可填密骨架空隙，混合料不但粘聚力较高，而且内摩阻角也较大，抗剪能力最优。

受交通荷载反复作用，沥青混合料的抗剪性能对道面的使用寿命影响极其重要，特别是在高温气候条件下，往往由于沥青混合料抗剪性能的不足，导致路面出现车辙、拥包、推移等病害，严重影响了沥青路面或机场道面的服务质量及使用寿命。

自20世纪30年代起，国内外道路工程界对沥青路面或沥青混合料抗剪强度的研究一直十分活跃，开发了相应的试验设备和试验方法，V.A.Endersby首先提出如何制备在三轴试验条件下的沥青混凝土试件，并提出了具体的试验方法；L.W.Nijboer利用由三轴测得的数据进行混合料设计，为了使设计更加完善，他利用Prandtl公式对塑性条件下的混合料进行了评估；V.R.Smith阐述了道路的剪切受力状态，并且给出了三轴试验方法所采用的类型，加载速度和温度对试件的抗剪能力影响，提出了沥青混合料的破坏标准和混合料应该满足的物理性能，并给出了在不同荷载条件下混合料应达到的抗剪要求。

Norman W.Mcleod把轮胎的接地分布压力图融入对路面的力学分析中，根据轮胎的接地压力分布的不均匀特性，提出了不同的设计标准，得到了基于直线包络线下的路面抗剪的设计诺模图；Edward S.Barber给出了路面在水平剪应力和垂直荷载同时作用条件下道路的受力状态，并且指出，道路设计中必须考虑水平剪应力的作用，在水平力和垂直荷载共同作用下，路面结构中产生的剪应力大大增加；Kiryukhin提出了利用抗剪特性和控制裂缝进行路面设计的方法，但并没有提出具体的试验方法和可操作的控制标准。

在国内，同济大学学者分析了当前沥青路面出现的诸多病害原因，得出道路的损害与混合料抗剪性能不足息息相关，采用单轴贯入试验方法，给出了求解单轴贯入试验中剪应力的强度参数，通过无侧限抗压试验，借助于三轴试验原理，总结出求解和值的方法；长安大学公路学者开发了沥青路面层间直接剪试验装置，根据国内外研究成果和大量的试验结果确定了直接剪切试验条件及参数，检验混合料层间抗剪性能。

尽管国内外学者从理论和试验的角度对沥青混合料及沥青路面层间问题进行了较深入地研究，但沥青路面的车辙及耐久性问题仍未得到彻底解决，依然是沥青路面主要病害之一，严重制约了沥青混合料推广应用及公路交通建设可持续发展。综上所述，已有的剪切试验方法并不能准确地反映沥青混合料的路面力学行为。

发明内容

本实用新型的目的在于从沥青混合料抗剪强度形成机理出发，分析影响其抗剪性能的内因与外因，提供一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，该装置可进行可控条件下的沥青混合料扭转剪切破坏试验、扭转剪切蠕变试验、重复扭转剪切试验、混合料层间扭转剪切试验，能够准确评价沥青混合料的抗剪性能及层间粘结性能。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

一种用于沥青路面材料与结构的扭转剪切试验装置，其特征在于，包括机座，设置在机座上的反力架，设置在反力架底部的蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗杆输入端连接压力电机，蜗轮输出端连接用于夹持试件的下支撑板，下支撑板上设置有压力传感器；所述反力架顶部设置有扭矩电机，扭矩电机输出轴向下依次连接盘式扭矩传感器和用于夹持试件的上支撑板。