[发明专利]沥青旋转剪切振荡疲劳破坏实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于沥青力学性能测试领域，特别是涉及对沥青旋转剪切振荡疲劳破坏性能的实验测定技术。

背景技术

对沥青胶结料施加振荡剪切作用测试其力学及路用性能的实验设备主要是动态剪切流变仪（DSR），该仪器在给定温度和加载频率下测定沥青胶结料在线粘弹性范围内的复数剪切模量（G^*）和相位角（δ），用于评价沥青胶结料的高温抗永久变形能力及中温抗疲劳破坏性能。DSR为高端进口设备，尽管技术先进，但因其价格昂贵而普及面很小，直接影响到针对沥青动态性能的深入研究。一般DSR的扭矩量程很小(不超过150N·mm)，因此用于沥青材料的疲劳破坏性能实验时，只能取较低的应力水平，其应用具有较大局限。

目前，可用于测试材料扭转性能的设备有传统扭矩实验机(手动加载)和计算机控制扭转实验机，均主要用于测试抗剪切模量较大的金属材料及非金属材料在室温条件下的扭转性能。上述扭转实验设备对于沥青胶结料的旋转(即扭转)剪切振荡疲劳破坏性能测试是不适用的，主要原因：（1）测定沥青胶结料的疲劳破坏性能要求实验机必须能振荡加载，现有材料扭矩实验机均不具备此功能；(2)沥青胶结料的疲劳破坏性能不仅受加载频率、加载幅度的影响，还对实验温度非常敏感，因此，针对沥青胶结料的性能测试必须严格控制加载参数并控制实验温度；(3)与现有材料扭转实验机相比，适合于沥青胶结料旋转剪切振荡实验的扭矩量程相对较小，因此采用现有材料扭转实验的实验精度难以保证；(4)由于沥青材料的硬度较小，必须采用特殊夹具才能进行剪切加载实验。

为克服现有技术中缺少沥青胶结料剪切振荡疲劳破坏性能测试的通用实验设备，本发明提供一种可自动控温、应力比范围大及具有多种振荡函数的沥青旋转剪切振荡疲劳破坏性能测试实验装置。本发明也适用于沥青胶结料复数剪切模量（G^*）和相位角（δ）的测定。

发明内容

一种沥青旋转剪切振荡疲劳破坏实验装置，由实验平台、加载系统、温度控制系统和计算机控制系统组成；计算机控制系统控制温度系统对沥青试件养护及实验过程控温，实验过程中计算机控制系统控制加载系统对沥青试件进行动态旋转剪切加载。

实验平台由试模、沥青试件、夹具、固定轴、旋转轴、轴承座、扭矩传感器及编码器、温控箱、温度编码器、微型气泵、伺服放大器、伺服电机和减速箱组成。试模由两个圆柱型硬质材料制成，试模用于将沥青试件夹在中间，夹具夹在试模两端；夹具的一端与固定轴为可拆卸固定连接，夹具的另一端与旋转轴为可拆卸固定连接。旋转轴的一端与夹具为可拆卸固定连接，另一端与减速箱的输出轴为可拆卸固定连接；旋转轴可沿轴线方向移动，以便于试件的安装；固定轴的一端与夹具为可拆卸固定连接，另一端与扭矩传感器及编码器为可拆卸固定连接。旋转轴和固定轴通过各自的轴承座固定在实验平台上；温控箱的两侧留有与旋转轴和固定轴匹配的圆形孔，固定轴与旋转轴通过圆形孔穿透温控箱，温控箱固定在实验平台的两个轴承座之间，形成一个相对密闭的保温的温控箱；温控箱与旋转轴之间留有缝隙，以便于旋转轴的旋转，温控箱留有可开启安装试件的门；扭矩传感器及编码器固定在实验平台上。扭矩传感器及编码器用于测量沥青试件所承载的扭矩，用于校验伺服加载的输出扭矩。

加载系统由伺服放大器、伺服电机、减速箱、可编程逻辑控制器及联轴器组成，计算机控制系统控制可编程逻辑控制器对伺服放大器发射脉冲，伺服放大器在计算机控制系统的控制下通过可编程逻辑控制器发送的脉冲控制伺服电机，可供选择的加载方式有应力控制、应变控制，应力控制对应于伺服放大器（7）的扭矩控制，应变控制对应于伺服放大器（7）的位置控制；减速箱位于伺服电机前端配合伺服电机使用。其中伺服电机具有自定位编码系统，联轴器用于连接旋转轴与减速箱的输出轴。

温度控制系统由高低温实验箱、沥青试件养护架、温控箱、温度传感器、温度编码器和微型气泵组成，其中沥青试件养护架固定在高低温实验箱中，温控箱固定在实验平台上。沥青试件、试模及夹具位于温控箱中，温控箱通过进气管和出气管与高低温试验箱连通，在进气管和出气管上分别安装微型气泵，在微型气泵的作用下，温控箱、进气管、出气管和高低温箱之间形成可循环的气流系统；温度传感器放置在温控箱中；温度编码器两端分别连接温度传感器和计算机控制系统；微型气泵固定在实验平台上。

试模由石材、钢材、耐高温塑料或其他材料制成，用以测试沥青胶结料与不同材料的黏结界面破坏性能。

沥青旋转剪切振荡疲劳破坏实验如下：