一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法，目的在于，记录桥面铺装层鼓包形态随时间的变化特征，获取鼓包典型特征参数竖向挠度、脱粘半径、用于分析鼓包形成的影响因素、评价不同铺装层抵抗鼓包能力，并作为后续有限元模拟验证参数，所采用的技术方案为：试验装置主要包括支撑架、环境箱、试件固定架和MTI‑3D结构变形测量系统等组件。实验过程包括试件制备、试件安装、试验环境设置与鼓包全场位移测量等步骤。应用本发明专利技术可加速模拟不同类型桥面铺装材料在施工和运营中鼓包病害发生过程，全过程记录鼓包发展形态，得到鼓包在不同阶段全场位移和应变特征，对于探究鼓包形成的主要影响因素以及揭示鼓包形成机理具有重要意义。

Indoor simulation test device and method for bridge deck asphalt pavement drum package formation

The invention discloses a bridge asphalt pavement bulge formation simulation test device and method to record deck bulge shape variations with time, obtain the bulging characteristic parameters of vertical deflection, debonding radius, bulging forming for the analysis of influence factors, evaluation of different pavement resistance drum package capacity, and as a subsequent finite element simulation parameters, the technical proposal is as follows: the test device mainly comprises a support frame, the box, specimen holder and MTI 3D structure deformation measurement system components. The experiment process includes preparation of specimen, installation of test piece, setting of test environment and measurement of whole displacement of drum. The application of the invention can accelerate the simulation of different types of bridge deck pavement material bulging disease occurred in the construction and operation, the whole process of recording drum forms, are bulging at different stages of displacement and strain characteristics, is of great significance to explore main influencing factors of bulge formation and reveal the bulge forming mechanism.

【技术实现步骤摘要】
一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法
本专利技术属于桥面沥青铺装病害防治
，具体涉及一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法。
技术介绍
近年来高速公路建设向山区发展，桥梁在路线中所占比例不断增加，对桥面铺装病害的预防与处理也变得更加重要。随着环氧沥青混合料等新材料在桥面铺装中的应用，裂缝和永久变形病害逐渐减少，鼓包却日益成为桥面铺装最主要的病害类型，引起了人们的广泛关注。桥面铺装通常包括桥面板上的防水粘结层、铺装下层和铺装上层。各层之间混入空气或水分后，在夏季高温时封闭在铺装层内的气体受热体积膨胀，形成巨大膨胀力，逐渐将铺装层顶起而形成鼓包现象。桥面在运营过程中铺装层和防水层之间，或防水层和桥面板之间都有可能形成鼓包病害，而施工过程中鼓包病害以防水层和桥面板之间最为常见。桥面铺装出现鼓包病害时，各层材料在鼓起的过程中受到弯曲与拉伸作用，很容易产生微裂缝，进一步在车辆动载和气候的反复作用下，铺装层表面便会产生大量的唧泥泛白浆现象，加之桥面铺装鼓起后便失去了桥面粘结力，在行车荷载作用下逐渐被压碎，最终导致铺装层塌陷，并造成大面积破坏。更为严重的是，鼓包产生裂缝后，水分可以通过裂缝直接与桥面板接触，加快了对桥梁的腐蚀或锈蚀，这不仅严重影响了桥面铺装结构的使用寿命和桥面铺装的整体性和平整度，更是增加了安全隐患，不利于行车的安全性和舒适性。所以当前迫切地需要对鼓包形成过程的进行观察，获取其形态特征参数，以明确鼓包形成的影响因素及破坏模式，从而提出有效地防止鼓包病害产生的相关措施，用于指导桥面铺装结构、材料设计与施工。。由此看来，采用现场检测或试验模拟的方法对鼓包发展过程形态特征进行观察，评价不同铺装材料在不同工况下抵抗鼓包形成的能力，成为一个亟需解决的问题。然而现场桥面鼓包病害，往往是各方面因素的综合作用，直接进行现场检测与分析难以实施、存在较大难度，同时桥面鼓包是一个缓慢发展的过程，其初始阶段变形较小，属于难以观察到隐型病害。基于此，对鼓包的形成过程进行室内模拟就显得十分必要。当前我国在桥面铺装材料鼓包病害模拟试验装置和试验方法领域还处于空白，国外虽然针对桥面或路面材料鼓包的形成过程开发了一些模拟方法，但这些实验装置和试验方法都存在有一定问题：人为设定荷载形成鼓包以模拟铺装材料内部气体的作用，但这种人为控制的机械荷载其加载模式相比实际的气体膨胀作用过于单一简化，气体收缩膨胀周期以及材料性能同时受温度变化的影响作用是现在实验装置难以模拟的，材料鼓包的破坏形式在介质加压或轴加载下与实际情况是有很大偏差；最重要的是当前的机械加载法将鼓包形成过程所受作用均人为荷载化，而实际情况中铺装层内部水分的多少、桥面板干湿状况、铺装材料空隙率均可能对实际荷载产生重要影响，而这些重要因素的影响作用直接关乎到对设计、施工过程的指导，但目前的机械加载模拟方法却难以涉及。所以亟需一种能够最大限度模拟桥面铺装材料鼓包形成过程，真实反映鼓包内部气体膨胀作用的实验方法和装置。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种能够记录桥面铺装层鼓包发展过程形态变化特征，能够用于分析鼓包形成的影响因素，能够评价不同铺装结构层抵抗鼓包能力的桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，包括支撑架，支撑架上固定设置有环境箱，环境箱内设置有用于放置试件的试件固定架，环境箱上设置有用于调节温湿度环境的温湿度产生控制器，所述环境箱上端设置有相机，所述相机的位于试件固定架的正上端，相机连接至MTI-3D结构变形测量系统；试件包括自下而上依次设置的水泥混凝土板、防水粘结层和沥青混合料铺装层，所述水泥混凝土板的中间位置设置有空腔，空腔上端由防水粘结层密封，下端由环氧树脂密封，试验时空腔内为干燥空气或含水的空气。所述环境箱包括底板、顶板和四块侧板，底板与支撑架固定连接，顶板采用高透光钢化玻璃，所述相机位于顶板的上端。所述底板上开设有密封槽，所述侧板通过密封槽与底板固连。所述前端的侧板上开设有箱门。所述试件固定架包括与环境箱的底板固定连接的固定杆，固定杆上设置有用于压在试件上的压板，所述压板的中间设圆形空心，圆形空心露出试件，圆形空心与空腔位置正对，所述相机正对圆形空心。所述环境箱内设置有温度和湿度传感器，温度和湿度传感器连接至温湿度产生控制器。所述相机设置为两个，相机上设置有LED灯。所述空腔为圆柱形通孔，空腔内设置有支撑仪具。一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验方法，包括以下步骤：1)试件制备：首先制备中心带空腔的水泥板，然后在水泥板上铺设防水粘结层，防水粘结层密封空腔的上端，其次在防水粘结层上铺设沥青混合料铺装层，最后利用环氧树脂密封空腔的下端，空腔内密封空气或蒸馏水；2)在试件上表面喷白色哑光漆后，再喷黑色哑光漆，制造区域面积的散斑，然后将试件固定在试件固定架上，并密封环境箱；3)调整好相机的位置和角度，开启MTI-3D结构变形测量系统，使用标定板进行标定，然后连续拍摄4～6张试件表面轮廓照片，进行误差补偿；4)设定环境箱内的温度和湿度，相机拍摄试件表面轮廓照片并传送给MTI-3D结构变形测量系统，MTI-3D结构变形测量系统对试件表面轮廓照片进行分析，选定特定图片的特定区域得到试件表面各点的变形数据，对多张图片特定点位进行分析，得到试件表面位移、应变数据随试验时间的变化规律，即完成试验。所述步骤1)中在空腔内设置支撑仪具，支撑仪具包括相互连接的圆盘和杆，圆盘上表面涂抹隔离剂，在水泥板上铺设防水粘结层时，使支撑仪具的圆盘上表面和水泥板的上表面齐平；环氧树脂密封空腔时，上下移动圆盘调节环氧树脂的密封高度。与现有技术相比，本专利技术装置利用温湿度产生控制器提高环境箱内温度，试件鼓包的荷载来源于桥面铺装体系内部气体受热膨胀作用，与桥面铺装鼓包实际荷载来源模式相同，克服了以往通过人为设置机械荷载加载难以准确模拟气压力作用方式的缺点。试件鼓包过程是一个动态过程，鼓包体积变大后，其内气压自然降低，鼓包扩展随之停止，随着温度继续升高，鼓包内气压随之增加，鼓包继续发展，以上过程是一个动态平衡过程，与实际桥面鼓包形成过程相同，但以往的人为设置机械加载方法难以实现以上复杂的加载过程，且机械加载试验方法中鼓包是一个快速形成的过程，与实际情况不符。环境箱中的温度和湿度设置功能，能够充分模拟实际环境的温度和湿度状况，温度对鼓包的影响作用是两方面的：一方面影响鼓包形成荷载的来源，即铺装体系内气压的大小与温度直接相关；另一方面桥面铺装体系材料为温度敏感性材料，温度直接影响材料的力学性能，即影响其抵抗鼓包的能力，改变环境箱中设定的温度，对以上两方面同时影响，这与现场桥面鼓包形成过程受温度影响作用是一致的，而以往的机械加载模拟方法难以实现。试验时空腔内为空气或水蒸汽，能够充分模拟桥面板干湿状况、桥面铺装材料空隙率等可能影响气压大小的因素对鼓包形成的影响，这一点更是机械加载模拟装置和方法难以实现的。本专利技术能够充分模拟桥面铺装体系施工阶段中，不同类型防水粘结层鼓包形成过程，记录桥面铺装层鼓包发展过程形态变化特征，即竖向挠度和脱粘半径，比较评价不同防水粘结层抵抗鼓包病害能力，同时可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，包括支撑架(1)，支撑架(1)上固定设置有环境箱(2)，环境箱(2)内设置有用于放置试件(5)的试件固定架(3)，环境箱(2)上设置有用于调节温湿度环境的温湿度产生控制器(11)，所述环境箱(2)上端设置有相机(6)，所述相机(6)位于试件固定架(3)的正上端，相机(6)连接至MTI‑3D结构变形测量系统(4)；试件(5)包括自下而上依次设置的水泥混凝土板(5‑1)、防水粘结层(5‑2)和沥青混合料铺装层(5‑3)，所述水泥混凝土板(5‑1)的中间位置设置有空腔(5‑4)，空腔(5‑4)上端由防水粘结层(5‑2)密封，下端由环氧树脂(5‑5)密封，试验时空腔(5‑4)内为干燥空气或含水的空气。

【技术特征摘要】
1.一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，包括支撑架(1)，支撑架(1)上固定设置有环境箱(2)，环境箱(2)内设置有用于放置试件(5)的试件固定架(3)，环境箱(2)上设置有用于调节温湿度环境的温湿度产生控制器(11)，所述环境箱(2)上端设置有相机(6)，所述相机(6)位于试件固定架(3)的正上端，相机(6)连接至MTI-3D结构变形测量系统(4)；试件(5)包括自下而上依次设置的水泥混凝土板(5-1)、防水粘结层(5-2)和沥青混合料铺装层(5-3)，所述水泥混凝土板(5-1)的中间位置设置有空腔(5-4)，空腔(5-4)上端由防水粘结层(5-2)密封，下端由环氧树脂(5-5)密封，试验时空腔(5-4)内为干燥空气或含水的空气。2.根据权利要求1所述的一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，所述环境箱(2)包括底板(8)、顶板(10)和四块侧板(9)，底板(8)与支撑架(1)固定连接，顶板(10)采用高透光钢化玻璃，所述相机(6)位于顶板(10)的上端。3.根据权利要求2所述的一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，所述底板(8)上开设有密封槽，所述侧板(9)通过密封槽与底板(8)固连。4.根据权利要求3所述的一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，所述前端的侧板(9)上开设有箱门(17)。5.根据权利要求4所述的一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，所述试件固定架(3)包括与环境箱(2)的底板(8)固定连接的固定杆(12)，固定杆(12)上设置有用于压在试件(5)上的压板(14)，所述压板(14)的中间为圆形空心(16)，圆形空心(16)露出试件(5)，圆形空心(16)与空腔(5-4)位置正对，所述相机(6)正对圆形空心(16)。6.根据权利要求1所述的一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红瑛，张海伟，郝培文，张强，王春，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61