一种可精确控制沥青膜厚度的夹心试件成型装置的制作方法

本发明涉及成型试验装置，具体涉及一种可精确控制沥青膜厚度的夹心试件成型装置。

背景技术：

沥青混合料道路常用材料，由沥青和集料组成，相邻两块集料之间填充沥青。沥青膜平均厚度约为，沥青混合料内部的沥青膜厚度不均匀，范围在几纳米到几毫米之间。沥青膜的厚度明显影响沥青混合料局部和整体的力学性能，因此在科学研究中经常需要制作集料-沥青-集料形式的夹心试件来研究沥青膜厚度对沥青混合料力学性能的影响规律，其中沥青膜厚度的变化范围主要在10微米到500微米之间。目前集料-沥青-集料夹心试件的成型方式主要包括两种：动态剪切流变仪法和加载重物法。

动态剪切流变仪是一种能够控制压头上下移动进而施加拉压应力的试验机，一般配备有温度箱。利用动态剪切流变仪成型夹心试件时，把上下集料试件分别固定在动态剪切流变仪上下压头上，在下压头上放置预先制作的薄片状沥青块，通过温度箱加热至160℃至180℃使沥青膜软化，然后控制上压头向下移动固定距离来挤压沥青膜，进而制作出集料-沥青-集料形式的夹心试件，并且能够控制沥青膜厚度。在采用这种方法时，需要首先对零位移点进行标定，也就是确定两块集料刚好接触的位置。但是由于集料刚度较大，质地又很脆，因此在进行零位移点标定的时候，两块集料接触后微小位移的挤压也会造成集料接触面被压碎，不仅会破坏集料本身的纹理结构，而且会在集料表面产生碎集料粉末，这两种现象都会导致沥青与集料之间粘附力降低，尤其是集料表面的粉末，会造成沥青与集料之间接触不充分，使沥青膜与集料之间产生空隙，会严重降低沥青与集料之间的粘附力。因此，这种成型方法会影响后期力学性能测试的准确性。另外，动态剪切流变仪价格昂贵并且不是常用仪器，很多高等院校和研究机构并无购置。

加载重物法是指，通过特制夹具，使上下集料试件垂直放置，在两块集料之间滴入温度为160℃到180℃的沥青液滴，然后在上方集料的顶端，放置一定重量的砝码，通过砝码的重量挤压两块集料之间的液滴，进而形成集料-沥青-集料夹心试件。通过调节砝码的重量，来控制沥青膜的厚度，砝码越重，沥青膜越薄。这种成型过程需要大量的手工操作，因而不能在高温的温度箱内进行，一般在实验室内的室温下进行。由于高温沥青液滴在室温下温度快速降低，成型结束时其温度一般已经降至100℃以下，会严重降低沥青与集料之间的粘附力。通过调节砝码重量来控制沥青膜厚度的方法受温度的影响较大，在砝码重量相同时，温度越高制作的沥青膜越厚，由于室温难以控制，因此沥青膜厚度难以精确控制。因此，这种成型方法也会影响后期力学性能测试的准确性。另外，由于砝码有固定规格，重量不能连续变化，因此沥青膜厚度也不能实现连续变化。

技术实现要素：

本发明为了解决现有集料-沥青-集料夹心试件的成型试验过程中，沥青膜厚度难以精准控制，同时集料表面纹理容易发生破坏，产生碎集料粉末的问题，进而提出一种可精确控制沥青膜厚度的夹心试件成型装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种可精确控制沥青膜厚度的夹心试件成型装置包括支架、温度箱、中心轴、粗调旋钮、微调旋钮、上试件安装套和下试件安装套，中心轴沿竖直方向设置，中心轴上由上至下依次旋装有粗调旋钮和微调旋钮，粗调旋钮的上端设有第一限位圆环，粗调旋钮的下端设有第二限位圆环，微调旋钮的上端设有第三限位圆环，微调旋钮的下端设有第四限位圆环，第一限位圆环、第二限位圆环、第三限位圆环和第四限位圆环均套装在中心轴上，第一限位圆环、第二限位圆环、第三限位圆环和第四限位圆环分别与支架固接，中心轴的下端设有上试件安装套，上试件安装套的正下方设有下试件安装套，下试件安装套内部的下端设有弹簧，上试件安装套和下试件安装套均设置在温度箱内。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、本发明通过粗调旋钮和微调旋钮可以精确控制上试件安装套的上下移动，进而精确控制沥青膜的厚度，沥青膜的厚度精度可达到0.1微米。

2、本发明在下试件安装套内部的下端设置弹簧，形成柔性基础。上下试件接触后继续向下移动时，滑块向下移动，弹簧被压缩，使得上下试件可以充分接触而又不至于产生过大的接触力，不会压碎上下集料的接触面。

3、本发明采用两个旋钮通过内部的螺纹控制中心轴的上下移动，可实现沥青膜厚度的连续变化。

4、本发明上下试件安装套均设置在温度箱内，而各控制旋钮和螺栓均设置在温度箱外，可以准确控制集料-沥青-集料夹心试件的成型温度，而不影响手工操作。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中中心轴3的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是本发明中第三限位圆环23的结构示意图；

图5是本发明中上试件安转套6的结构示意图；

图6是本发明中下试件安转套7的结构示意图；

图7是本发明中滑块72与观察窗76的相对位置示意图；

图8是本发明中上试件8、下试件9和沥青膜10装夹后的夹心试件示意图；

图9是本发明中上试件安装套6、下试件安装套7、上试件8和下试件9安装后的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述一种可精确控制沥青膜厚度的夹心试件成型装置包括支架1、温度箱2、中心轴3、粗调旋钮4、微调旋钮5、上试件安装套6和下试件安装套7，中心轴3沿竖直方向设置，中心轴3上由上至下依次旋装有粗调旋钮4和微调旋钮5，粗调旋钮4的上端设有第一限位圆环21，粗调旋钮4的下端设有第二限位圆环22，微调旋钮5的上端设有第三限位圆环23，微调旋钮5的下端设有第四限位圆环24，第一限位圆环21、第二限位圆环22、第三限位圆环23和第四限位圆环24均套装在中心轴3上，第一限位圆环21、第二限位圆环22、第三限位圆环23和第四限位圆环24分别与支架1固接，中心轴3的下端设有上试件安装套6，上试件安装套6的正下方设有下试件安装套7，下试件安装套7内部的下端设有弹簧71，上试件安装套6和下试件安装套7均设置在温度箱2内。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述中心轴3的上端外圆周侧壁上设有粗螺纹31，粗调旋钮4的内圆周侧壁与粗螺纹31螺纹配合，中心轴3的下端外圆周侧壁上设有细螺纹32，微调旋钮5的内圆周侧壁与细螺纹32螺纹配合。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

如此设计粗调旋钮4可以围绕中心轴3旋转，在粗螺纹31的作用下，中心轴3实现较快的上下移动；微调旋钮5可以围绕中心轴3旋转，在细螺纹32的作用下，中心轴3实现较慢的上下移动。

具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述第三限位圆环23的内圆周侧壁上设有两个限位块231，中心轴3的外圆周侧壁上设有两个限位槽35，每个限位槽35均沿高度方向设置，每个限位块231分别对应插装在一个限位槽35内。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

如此设计限位块231卡装在限位槽35内，使中心轴3可以上下移动但不能发生转动。

本实施方式中两个限位块231相对设置，两个限位槽35相对设置。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述微调旋钮5下端的外侧壁上沿圆周方向设有微调刻度线51，第四限位圆环24的外圆周侧壁上沿竖直方向设有微调刻度线51读数的基准线，中心轴3的外圆周侧壁上沿高度方向设有粗调刻度线33，第四限位圆环24的下端面作为粗调刻度线33读数的基准线。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。

如此设计可以通过微调刻度线51和粗调刻度线33实现对微调旋钮5和粗调旋钮4的精准调整，以便于观察。

具体实施方式五：结合图1、图5和图9说明本实施方式，本实施方式所述上试件安装套6的形状为圆柱形套体，上试件安装套6的上端与中心轴3的下端固接，上试件安装套6下端的内径与上试件8的外径相同，上试件安装套6的下端侧壁上旋装有第一锁位螺栓62。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

如此设计可以将上试件8安装在上试件安装套6内，并旋紧第一锁位螺栓62，使其末端顶紧上试件8的外侧壁，实现对上试件8的锁紧定位。

本实施方式中中心轴3下端的外圆周侧壁上设有下螺纹34，上试件安装套6的上端与下螺纹34螺纹连接。

具体实施方式六：结合图1、图5和图9说明本实施方式，本实施方式所述上试件安装套6上端的内径与中心轴3的外径相同，上试件安装套6的上端套装在中心轴3下端的外侧，上试件安装套6的上端侧壁上旋装有第二锁位螺栓61，第二锁位螺栓61的末端与中心轴3的外侧壁配合。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

如此设计以实现对上试件安装套6的固定锁紧。

具体实施方式七：结合图1、图6、图7和图9说明本实施方式，本实施方式所述下试件安装套7的形状为圆柱形套体，下试件安装套7的下端固接在底座25上，底座25与支架1固接，弹簧71的上端设有滑块72，滑块72的形状为圆柱体，滑块72的外径与下试件安装套7的内径相同，下试件安装套7的中部侧壁上旋装有第三锁位螺栓74，第三锁位螺栓74的末端与滑块72的外侧壁配合，下试件安装套7上端的内径与下试件9的外径相同，下试件安装套7的上端侧壁上旋装有第四锁位螺栓73。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三、五或六相同。

如此设计可以将下试件9安装在下试件安装套7内，并旋紧第四锁位螺栓73，使其末端顶紧下试件9的外侧壁，实现对下试件9的锁紧定位。

具体实施方式八：结合图1、图6、图7和图9说明本实施方式，本实施方式所述下试件安装套7的中部设有观察窗76，观察窗76沿高度方向设置，观察窗76的形状为长条状，观察窗76的位置与滑块72的位置相对应，且观察窗76的长度大于滑块72的高度。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。

如此设计通过观察窗76可以观察到滑块72的位置。本实施方式中观察窗76的下端在滑块72下端面的下方，观察窗76的上端在滑块72上端面的上方，以便滑块72的位置能够通过观察窗76完全观察到。

具体实施方式九：结合图1、图6、图7和图9说明本实施方式，本实施方式所述观察窗76的两侧沿长度方向均设有滑块刻度线75。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。

如此设计可以准确读取滑块72上端或下端的精准位置。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述第一限位圆环21通过第一支撑臂11与支架1固接，第二限位圆环22通过第二支撑臂12与支架1固接，第三限位圆环23通过第三支撑臂13与支架1固接，第四限位圆环24通过第四支撑臂14与支架1固接，底座25通过第五支撑臂15与支架1固接。其它组成和连接方式与具体实施方式八或九相同。

工作原理

本发明装置的使用过程如下：

首先将上试件8放入上试件安装套6，使上试件8的上端顶紧上试件安装套6内部的上端面，拧紧第一锁位螺栓62，使上试件8固定在上试件安装套6上。

将下试件9放入下试件安装套7中，观察滑块72上端对应滑块刻度线75的刻度值x1。然后旋转粗调旋钮4，使上试件8向下移动，上试件8和下试件9接触后，继续旋转粗调旋钮4，使两个试件和滑块72向下移动，使弹簧71压缩变短，通过读取滑块72上端滑块刻度线75对应的刻度，来计算弹簧71被压缩的长度。待弹簧71被压缩长度达到某特定值x0时，滑块72上端对应的刻度值为x2，其中x2＝x1-x0，此时停止旋转粗调旋钮4。然后拧紧第三锁位螺栓74和第四锁位螺栓73。结合粗调刻度线33和微调刻度线51读取此时的示数l1。此处为标定的零位移点位置，参见图8。

然后旋转粗调旋钮4使上试件8向上移动5mm左右，然后把直径略小于试件直径、厚度约1mm的沥青薄片放置在下试件9的中心处。

然后启动温度箱2，使温度箱2内的温度升高至特定温度(一般为160℃到180℃)。保持在该特定温度5分钟，使沥青薄片充分加热融化成粘稠状液体。

假设需要制作的夹心试件中沥青膜10厚度为l0，则需要通过控制粗调旋钮4和微调旋钮5使其示数达到l2，其中l2＝l1+l0。具体操作如下：首先旋转粗调旋钮4使上试件8向下移动，移动至接近特定位置l2时，旋转微调旋钮5，使下试件9缓慢向下移动至l2位置时停止。

然后关闭温度箱2，打开温度箱2的门，使试件温度降低至室温。待试件降低至室温后，打开第一锁位旋钮62和第四锁位旋钮73。旋转粗调旋钮4使上试件8槽向上移动，至能够取出集料-沥青-集料夹心试件。最后，取出集料-沥青-集料夹心试件，放置在室温下养生24小时，然后用于各种力学实验。

粗调旋钮4旋转一圈中心轴移动50微米，通过粗调刻度线33读取50微米的倍数值。

微调旋钮5旋转一圈中心轴移动5微米，微调旋钮5周围设置100条等距离微调刻度线51，因此每旋转一个刻度，中心轴3移动0.1微米。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。