[发明专利]沥青混合料旋转剪切振荡疲劳破坏性能测定装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于沥青混合料力学性能测试领域，特别是涉及对沥青混合料旋转剪切振荡疲劳破坏性能的测定技术。

背景技术

国内外对沥青混合料疲劳性能的研究主要分为三种类型：一是检测实际路面在真实汽车荷载作用下的疲劳性能，如美国AASHO试验路；二是用足尺路面结构模拟汽车荷载作用下其疲劳性能，如美国华盛顿州立大学室外大型环道及中国重庆公路科学研究所的室内大型环道等；三是室内小型材料试件的疲劳试验。前两类方法都能较好地反映路面实际疲劳性能,但耗资巨大、周期长，且试验结果受当地环境及所用路面结构影响较大。因此,使用最多的还是室内小型材料试件的疲劳试验。

在目前已有的疲劳试验中，国内外常用的评价混合料疲劳性能的室内试验主要以单轴拉伸试验(DT)、间接拉伸试验(ITT)、简单弯曲试验等为主，并且这些疲劳试验方法都是在温度较低的环境下(如15℃)通过施加垂直方向的力来控制整个试验。

对于沥青混合料抗剪切性能的室内试验主要有同轴剪切试验、单轴贯入试验和基于MTS、UTM等改装的剪切试验，这些试验测试的主要是沥青混合料抗剪切强度、模量的指标；Superpave剪切仪主要进行恒高度重复剪切试验(RSCH)和恒高度频率扫描试验(FSCH)，可以完成沥青混合料的剪切疲劳测试，但Superpave剪切试验仪价格昂贵，不适于在工地及试验室推广应用。

综上，采用旋转剪切方法测试沥青混合料抗剪切疲劳性能的试验装置则未见文献报道。基于申请者已申报的“沥青旋转剪切破坏实验装置”专利（申请号201310039574.5）及“沥青旋转剪切振荡疲劳破坏实验装置及方法”专利（申请号201310043339.5），为降低夹具及试件等自身重力对旋转剪切的影响，保证测试系统的轴对称特性，本装置采用与本申请同期申报的“沥青混合料旋转剪切破坏实验装置”相似的立式结构，但整体结构作以下更改：(1)针对循环振荡加载特点，采用变频器控制加载方式可形成正弦、三角形、矩形等函数形式的加载波形；(2)针对疲劳试验的长时间过程特点，采用温控系统保持测试过程中试件的温度。

发明内容

为克服现有技术中缺少沥青混合料剪切振荡疲劳破坏性能测试的通用试验设备，本发明提供一种可自动控温及具有多种振荡函数的沥青混合料旋转剪切振荡疲劳破坏性能测定装置。本发明也适用于沥青混合料复数剪切模量（G）和相位角（δ）的测定。

沥青混合料旋转剪切振荡疲劳破坏性能测定装置，由试验平台、加载系统、温度控制系统和计算机控制系统组成；计算机控制系统通过温控系统对沥青混合料试件的养护温度、试验温度进行自动控制；同时计算机控制系统还对加载系统进行控制，完成对沥青混合料旋转剪切疲劳破坏性能测定试验。

温度控制系统由高低温试验箱、温控箱、两个连接管和安装在连接管上的微型气泵组成；温控箱将试验试件罩在其间，两个连接管和安装在连接管上的微型气泵将高低温试验箱和温控箱连接形成闭合的热循环温控系统；试验前的沥青混合料试件在高低温试验箱中的养护架上实施养护；温度编码器将来自温控箱中的温度传感器的数据传输到计算机系统。

试验平台由螺旋门架、基础钢板、固定钢板、升降钢板、旋转轴、固定轴、轴承座、扭矩传感器及编码器和角位移传感器及编码器组成；螺旋门架由包括固定在门架上的滑杆，沿着滑杆滑动的滑块和固定在螺旋门架上并控制滑块运动的滚珠丝杠组成；旋转螺旋门架把手用于控制滚珠丝杠转动；将基础钢板水平固定在试验平台上，螺旋门架垂直固定在基础钢板上，滑块沿着螺旋门架的垂直滑轨上下移动，升降钢板垂直于地面固定在滑块上；旋转轴通过轴承座垂直于地面固定在升降钢板上；将固定钢板垂直地固定在的基础钢板上，位置处于使固定钢板与升降钢板在同一垂直平面上；固定轴通过轴承座固定在固定钢板上，位置处于使固定轴与旋转轴为同轴相对的位置；固定轴与旋转轴之间用于安装试验试件；扭矩传感器及编码器与固定轴末端为可拆卸固定连接；扭矩传感器及编码器固定在基础钢板上；角位移传感器及编码器的内圈套在旋转轴上，角位移传感器及编码器的外圈固定在升降钢板上。

试验试件由夹具、卡盘、垫片和沥青混合料试件组成；沥青混合料试件采用圆柱体，两个自动定心四爪卡盘分别固定于柱形沥青混合料试件的两端，金属垫片垫在卡盘的卡爪下和沥青混合料试件之间；将两端带有卡盘的柱形沥青混合料试件的两端再分别通过夹具与固定轴和旋转轴可拆卸固定连接；旋转轴一端通过夹具与沥青混合料试件为可拆卸固定连接，另一端通过联轴器与加载系统连接。