一种沥青混合料动水压力环境养生系统技术方案

技术编号:19747572 阅读:39 留言:0更新日期:2018-12-12 05:08
一种沥青混合料动水压力环境养生系统,属于道路工程材料性能测试技术领域。本实用新型专利技术引入车轮部件作用于沥青混合料试件顶部,以电动机作为动力源并通过曲轴连杆机构向动水压力环境养生装置提供动力。通过变频器调控电动机转速和正反牙丝杆调节活塞间距来实现对动水压力环境养生装置的加载频率、行程参数进行控制,通过控制阀门开关顺序实现不同形式的动水压力环境养生模式。将控温水浴置于整套系统底层,动水压力环境养生装置采用桶身密封门形式来实现对沥青混合料试件的更换操作。本实用新型专利技术实现了综合考虑水、温度、荷载多因素耦合作用的动水压力环境养生过程,试验环境与实际工况接近,试验结果真实准确,具有多功能性和多适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青混合料动水压力环境养生系统
本技术属于道路工程材料性能测试
,具体涉及一种综合考虑水、温度、荷载等多因素耦合作用的沥青混合料动水压力环境养生系统及相应试验方法。
技术介绍
沥青路面在雨天受行驶车辆轮胎的反复挤压和抽吸,产生的正负交替循环动水压力作用会造成沥青膜从集料表面剥落,最终发展为松散、坑槽等典型沥青路面水损害问题。目前,我国规范要求采用浸水马歇尔和冻融劈裂等静水养生形式试验来评价沥青混合料水稳定性,学者们已逐渐意识到该试验方法与实际沥青路面受动水压力作用造成水损害过程存在较大差异,并开发出一系列试验装置来模拟实际沥青路面受轮胎所产生动水压力作用过程。现有用于模拟动水压力对沥青混合料作用过程的试验装置主要分为活塞式和气压式两大类。对于气压式动水压力环境养生装置,是采用空压机和真空泵交替工作来实现正负压循环,但加压、泄压、抽负压等过程的持续时间较长,导致加载频率通常很小,这与快速行驶车辆作用于沥青路面的高频过程相差较大。对于活塞式动水压力环境养生装置,是通过外部加载设备带动活塞按照特定频率、行程运动来实现正负压交替作用,能够实现10Hz以上的较高频率加载。因此,活塞式动水压力环境养生装置相较于气压式能够更真实模拟实际沥青路面受车辆轮胎产生的动水压力作用过程,同时还能通过活塞加载频率、行程的改变来模拟车辆超速、超载所造成的影响。对于活塞式动水压力环境养生装置,现有专利技术多是将其作为一种夹具并采用电液伺服材料试验系统(MTS或UTM)作为动力源来提供驱动力,但这些价格昂贵的进口加载设备也限制了动水压力环境养生装置的推广应用。此外,现有活塞式装置在试验过程中,需要将整体装置拆卸才能实现沥青混合料试件更换等基本操作,不仅需要多人配合操作,而且控温水浴等设备也会占用较大的试验场地。因此,为更方便、更真实地模拟沥青路面受到车辆轮胎所引起的动水压力作用,急需开发一种综合考虑水、温度、荷载等多因素耦合作用的独立活塞式沥青混合料动水压力环境养生系统。
技术实现思路
本技术的目的是为了更方便、更真实地模拟沥青路面受到车辆轮胎所引起的动水压力作用,在解决现有气压式动水压力环境养生装置加载频率过小,活塞式动水压力环境养生装置无法真正引入直接荷载作用、所需动力源设备通常价格高昂以及沥青混合料试件更换操作复杂等技术问题的基础上,提供一种综合考虑水、温度、荷载等多因素耦合作用的独立活塞式沥青混合料动水压力环境养生系统和方法。为达到上述目的,采用技术方案如下。一种沥青混合料动水压力环境养生系统,由电动机、动水压力环境养生装置和控温水浴装置三部分组成,包括系统框架、曲轴、转动轴、连杆活塞组、正反牙丝杆、活塞、密封圈、气阀、车轮部件、上阀门、密封门、三通水阀、总阀门、下阀门、水泵、进水管、上水压表、垫高套筒、弹簧、下水压表、控温水浴装置、水浴进水口、支撑架、水浴出水口、电加热丝等。电动机固定于系统框架上层,对应转动轴固定于系统框架的侧壁上部;沥青混合料动水压力环境养生装置通过螺栓固定于系统框架中层,活塞上下移动可带动其内车轮部件在沥青混合料试件顶部来回碾压,从而实现荷载的真正引入;控温水浴装置放置于系统框架底层,内部设有电热丝,通过水泵实现对动水压力环境养生装置提供有温水,同时还可对沥青混合料试件提前浸泡养生并起到稳固整套系统框架重心的作用,节省试验场地。进一步的,本技术的电动机运转时带动转动轴旋转,通过曲轴沿竖直方向转动来驱使连杆活塞组沿竖直方向直线运动,实现将水平方向的旋转运动转化为竖直方向的直线运动,从而为动水压力环境养生装置的活塞上下往复运动提供动力。进一步的,本技术动水压力环境养生装置的活塞通过正反牙丝杆与连杆活塞组相连接,通过变频器对电动机进行无级变速调控来实现活塞加载频率调节,通过拧紧或放松正反牙丝杆来对活塞的加载行程进行调节,从而实现不同轴载、不同行驶速度车辆对沥青路面的动水压力作用过程模拟,并可进一步模拟车辆超速、超载现象。进一步的,本技术的水泵固定于系统框架的侧壁中下部,可实现将底层控温水浴中的有温水由下阀门处进水口注入到中层动水压力环境养生装置内,由下至上注水的同时将装置内的空气通过活塞处的气阀排出,同时,通过控制三通水阀处的总阀门、上阀门和下阀门可实现不同模式的动水压力环境养生过程。进一步的,本技术动水压力环境养生装置中间位置设置密封门,对其打开、关闭的操作可实现沥青混合料试件的更换,配合不同垫高套筒和弹簧可适用于不同尺寸沥青混合料试件,从而实现试验操作的简化。一种采用如上所述试验系统进行水、温度、荷载等多因素耦合作用的沥青混合料试件动水压力环境养生试验的方法,包括以下步骤:(1)通过密封门依次向动水压力环境养生装置放入弹簧、垫高套筒和提前在水浴中养生至试验温度且用乳胶膜包裹四周的沥青混合料试件,关闭并固定紧密封门,同时将后续试验所需沥青混合料试件放置于控温水浴装置中提前进行浸泡养生;(2)打开水泵电源开关,将控温水浴中的试验温度水通过进水管和三通水阀经由下阀门向动水压力环境养生装置自下而上进行注水,装置内的空气会通过活塞处的气阀排出,当气阀有水溢出时说明动水压力环境养生装置已初步注满水,此时关闭气阀;(3)保持水泵继续通电工作,打开电动机并通过变频器调控慢速转动,驱使动水压力环境养生装置的活塞上下缓慢运动,随后关闭电动机,打开气阀直至有水溢出,依次关闭气阀、三通水阀处的总阀门和水泵,完成装置的二次排气过程并准备开始试验;(4)通过变频器对电动机进行无级调速以及正反牙丝杆对连杆活塞组和装置活塞间隔调控来分别控制装置活塞上下往复运动的加载频率和行程参数;通过控制三通水阀处的总阀门、上阀门和下阀门的开关顺序,可实现不同模式的动水压力环境养生过程;活塞的上下往复运动带动车轮部件在沥青混合料试件顶面来回进行碾压,从而实现水、温度、荷载等多因素耦合的动水压力作用环境养生。进一步的,按上述方案,步骤(1)的沥青混合料试件尺寸为直径101.6mm、高度63.5mm的马歇尔试件,或直径100mm、高度100mm的旋转压实成型试件,或从直径150mm、高度170mm旋转压实成型试件钻芯并切割的直径100mm、高度150mm芯样试件,或从车辙试件切割的长度250mm、宽度30mm、高度35mm的棱柱体小梁试件,或从实际沥青路面钻取的芯样试件,其中垫高套筒与待测试件尺寸相匹配选用。进一步的,按上述方案,步骤(2)的控温水浴装置为系统提供水环境和对沥青混合料试件提前浸泡养生的温度控制范围为0℃-100℃,当试验温度低于0℃时,采用1:1甲醇水或防冻液代替水作为冷媒。进一步的,按上述方案,步骤(3)活塞缓慢上下运动的参数范围控制为频率0.1Hz—0.5Hz、行程5mm—10mm、持续时间30s—60s,目的在于将沥青混合料试件表面开口空隙内的空气用水置换并排出,使得动水压力环境养生装置内部充满水。进一步的,按上述方案,步骤(4)的活塞上下往复运动频率为0Hz—20Hz,行程为0mm—30mm,产生的动水压力范围为-0.1MPa—1.5MPa。进一步的,按上述方案,步骤(4)的三通水阀处阀门开关顺序调控可实现不同形式的动水压力环境养生过程:关闭总阀门,打开上阀门和下阀门,可实现装置水的内循环养本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种沥青混合料动水压力环境养生系统,其特征在于由电动机、动水压力环境养生装置和控温水浴装置三部分组成,包括系统框架、曲轴、转动轴、连杆活塞组、正反牙丝杆、活塞、密封圈、气阀、车轮部件、上阀门、密封门、三通水阀、总阀门、下阀门、水泵、进水管、上水压表、垫高套筒、弹簧、下水压表、控温水浴装置、水浴进水口、支撑架、水浴出水口、电加热丝;电动机固定于系统框架上层,对应转动轴固定于系统框架的侧壁上部;沥青混合料动水压力环境养生装置通过螺栓固定于系统框架中层,活塞上下移动带动其内车轮部件在沥青混合料试件顶部来回碾压;控温水浴装置放置于系统框架底层,内部设有电热丝;所述活塞通过正反牙丝杆与连杆活塞组相连接,通过变频器对电动机进行无级变速调控来实现活塞加载频率调节,通过拧紧或放松正反牙丝杆来对活塞的加载行程进行调节;所述水泵固定于系统框架的侧壁中下部,能实现将底层控温水浴中的有温水由下阀门处进水口注入到中层动水压力环境养生装置内,由下至上注水的同时将装置内的空气通过活塞处的气阀排出;动水压力环境养生装置中间位置设置密封门。

【技术特征摘要】
1.一种沥青混合料动水压力环境养生系统,其特征在于由电动机、动水压力环境养生装置和控温水浴装置三部分组成,包括系统框架、曲轴、转动轴、连杆活塞组、正反牙丝杆、活塞、密封圈、气阀、车轮部件、上阀门、密封门、三通水阀、总阀门、下阀门、水泵、进水管、上水压表、垫高套筒、弹簧、下水压表、控温水浴装置、水浴进水口、支撑架、水浴出水口、电加热丝;电动机固定于系统框架上层,对应转动轴固定于系统框架的侧壁上部;沥青混合料动水压力环境养生装置通过螺栓固定于系统框架中层,活塞上...

【专利技术属性】
技术研发人员:王文涛汪林兵郭猛
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:新型
国别省市:北京,11

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