一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置及测量方法与流程

本发明属于沥青与沥青混合料路用性能的检测与评价技术领域，具体涉及一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置。

背景技术：

频繁的降雨和动水压力不仅会加速沥青从集料表面剥落使沥青路面表面松散、掉粒，而且会导致路面内部细集料的流失，破坏路面的整体性；同样的高温日照辐射作用会造成沥青的迅速老化，引起沥青的粘附性和变形能力的下降；两者的交替循环作用，进一步加速路面的损伤破坏。因此为确保良好的路面使用性能和结构良好的整体性，测试不同工况作用下的沥青与集料黏附性能具有重要意义。

目前，研究集料与沥青的黏附性试验方法主要包括水煮法、水浸法、shrp净吸附法、剥落率法等；我国规范规定的水煮法和水浸法人为主观因素影响大、等级难以评判；欧洲旋转瓶试验法试验过程中集料之间相互碰撞也会使得沥青脱离，与实际的剥落状况不服；美国shrp净吸附法试验操作较复杂，试验要求高；也有研究者采用表面能进行沥青与集料之间的黏附性研究，但测试较困难，难以进行评价；以上方法均难以模拟实际中夏季高温多雨地区，高温、强日照辐射、降雨以及动水压力等交替作用对沥青与集料黏附性能的影响，进行沥青与集料黏附性能评价。因此，为了模拟高温、强日照辐射、降雨和动水压力耦合作用下沥青与集料黏附性能以及其对沥青路面性能的影响，有必要提供一种应用于室内，能定量测试不同工况作用下沥青与集料黏附性能的装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种应用于室内，能定量测试动水压力、高温和紫外辐射耦合作用下沥青与集料黏附性能的装置，为评价不同工况对沥青与集料黏附性能的影响及变化规律提供依据。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试与评价方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：光辐射系统

一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置，包括箱体，箱体中设置有相互连通的水箱和水槽，水箱的底部设置有温控系统，温控系统用于控制水箱和水槽中的水温，水槽的底部设置有用于使水产生振动的动能系统，动能系统用于水水槽中水产生动水压力，水槽的顶部设置有模拟降雨的喷淋系统和用于模拟太阳光照的光辐射系统，喷淋系统与水槽连接。

优选的，所述水箱的顶部设置有干燥箱，干燥箱与温控系统连接，温控系统用于控制干燥箱的温度。

优选的，所述干燥箱中还设置有称重传感器。

优选的，所述喷淋系统包括水泵、流量调节阀和用于模拟降雨的喷头；多个串联的喷头设置箱体的顶部，喷头与流量调节阀连接，流量调节阀与水泵连接，水泵与水槽连接。

优选的，所述动能系统包括超声波发生器以及与其连接的超声换能器，超声发生器和超声换能器分别与控制装置连接，超声波发生器将交流电转换成超声频电振荡信号，超声换能器将超声频电振荡信号转换成振动能力并传导至水槽中，用于模拟动水压力，控制装置用于控制超声发生器和超声换能器的频率和工作时长。

优选的，光辐射系统包括多根紫外线灯管和控制开关，多根紫外线灯管设置在水槽的顶部，控制开关用于控制紫外线灯管的光照强度。

优选的，所述水箱和水槽通过进水管和出水管连通，出水管上还设置有循环泵。

优选的，所述水槽中还设置有用于放置集料的镂空网篮。

本发明还提供了模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置的测试方法，包括以下步骤；

步骤1，将清洗干净的集料放入干燥箱中烘至恒重，取重量为m0的干燥后的集料，并在集料的表面裹附沥青，然后将裹附沥青的集料冷却至室温，得到质量为m1的集料试件；

步骤2，将集料试件放置在光辐射系统的下方，采用不同的光照强度对集料试件进行光照辐射处理，直至完成所有设定的光照强度照射以及对应设定的照射时间，得到光辐射处理后的集料试件；

步骤3，将步骤2得到的集料试件放置在水槽中，并在水槽中注入一定量的水，使集料试件位于水平面之上，启动喷淋系统，对集料试件进行模拟雨冲刷处理，得到雨水冲刷后的集料试件；

步骤4，在水槽中注入水直至完全将集料试件淹没，启动温控系统控制水槽和水箱中的水温，并启动出水管上的循环泵，使水槽和水箱中水循环流动，同时启动超声发生器和超声换能器产生水振动，模拟不同水温下的车轮动水压力对步骤3得到的集料试件进行处理；

步骤5，待步骤4的完成后，将得到的集料试件在干燥箱中烘至恒重，并称重得到集料试件的质量m2；

步骤6，计算沥青脱落率k，公式如下；

k＝m1-m2/m1-m0。

优选的，所述步骤3中对集料试件进行模拟雨冲刷处理，同时启动步骤4的动能系统，进行模拟不同水温下的车轮动水压力对集料试件进行处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置，包括水箱和与对水箱的温控系统，在水箱的顶部设置有喷淋系统和光辐射系统，模拟降雨和光照辐射对集料试件进行测试，同时在水箱的底部设置动能系统，用于模拟动水压力对集料试件进行测试；将集料放置在水槽中，通过不同的模拟测试系统组合，可实现高低温、不同光照强度辐射以及不同降雨强度和动水压力交替耦合作用对测试试件进行处理，能定量测试不同工况作用下沥青与集料黏附性能，且能获得不同工况条件对沥青与集料黏附性能的影响，为室内沥青与集料黏附性测试提供了有效手段。该测试装置结构简单，操作便捷，在一台设备上能够完成不同工况的测试，提高了测试效率。

该装置还可用于沥青与集料黏附性测试与评价，还可对沥青马歇尔试件进行高低温、日照辐射、降雨以及动水压力等交替循环作用处理，然后进行处理后马歇尔试件稳定度和劈裂强度试验，研究高低温、日照辐射、降雨以及动水压力单一工况或复合工况交替循环作用处理对沥青混合料性能的影响。

附图说明

图1是本发明模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置的结构示意图。

图中，1-底座，2-箱体，3-水压力机构，4-喷淋系统，5-光辐射系统，6-恒温水箱，7-干燥箱，8-水管，9-水泵，10-进水管，11-出水管，12-动能系统，13-控制装置，14-水槽，15-镂空网篮，16-流量调节阀，17-喷头，18-紫外线灯管，19-控制开关，20-温控系统，21-显示面板，22-水箱，23-称重传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参照图1，一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置，包括底座1、箱体2、水压机构3、喷淋系统4、光辐射系统5、恒温水箱6和干燥箱7。

其中，箱体2设置在底座1的顶部，水压机构3和恒温水箱6分别固定设置底座1的两侧，水压机构3和恒温水箱6通过进水管10和出水管11连接，干燥箱7固定在恒温水箱6顶部，光辐射系统5和固定在箱体2的顶部，并于水压机构3的正上方，喷淋系统4与水压机构3连接，并悬空设置在水压机构3的正上方。

喷淋系统4包括水泵9、流量调节阀16和用于模拟降雨的喷头17。多个串联的喷头17设置箱体2的顶部，喷头17通过水管8与水压机构3相连，水管8上依次设置有水泵9和流量调节阀16，且水泵9固定在箱体2的内壁上，水泵9设置在水管8的入口端。

该流量调节阀16为带流量计的电磁调节阀。

该水压机构3包括动能系统12和水槽14，动能系统12设置在底座1上，水槽14位于动能系统的顶部，水管8的入口与水槽14连通，水槽14中悬空设置有用于放置测试试件的镂空网篮15。

动能系统12用于模拟动水压力，包括超声发生器和超声换能器，超声发生器和超声换能器与控制装置连接，超声波发生器将交流电转换成超声频电振荡信号，超声换能器用于向水槽14中辐射超声波使水产生振动。控制装置13设置在水压机构3的外壳体上，通过控制装置13调节超声发生器和超声换能器的频率、功率和工作时长，实现不同强度动水压力的模拟和模拟时间。

恒温水箱6包括温控系统20和水箱22，温控系统20设置在底座1上，水箱22设置其顶部，水箱22的顶部还设置有干燥箱7，干燥箱中设置有称重传感器23。温控系统20分别用于对水箱中水和干燥箱进行温控，干燥箱通过管路与温控系统20连通，温控系统20通过温度辐射对水进行控温，温控系统20的箱体上设置有显示面板21，称重传感器23在进行试样烘干过程中实时进行质量显示，称重传感器23在进行试样烘干过程中实时进行质量监测。

水箱22和水槽14通过进水管10和出水管11连通，出水管11上设置有循环泵，实现水箱22和水槽14中的水的循环，在实验过程中模拟水的流动性，使水箱和水槽中的中水温保持一致。

光辐射系统5包括位于装置箱体2顶部的多根紫外线灯管18和灯管控制开关19，调节灯管控制开关19用于控制紫外线灯管18的光照强度，实现不同的紫外老化强度模拟。

该模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置，在进行沥青与集料黏附性能测试时，通过显示面板21对温控系统20进行设置，可实现对水槽中的水温进行高低温交替变化，模拟环境温度交替变化对沥青与集料黏附性的作用。同时，通过喷淋系统4进行模拟降雨，水槽14中的水通过水泵16沿着水管经过流量调节阀16，然后通过喷头17使水喷射在试件上，模拟雨滴对试件进行作用，通过流量调节阀16调节喷淋量模拟不同降雨强度；其次通过控制装置13控制超声发生器和超声换能器的频率、功率和工作时长，模拟不同车速下不同的车轮动水压力作用。

下面对本发明提供的一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置的测试方法进行详细的说明，包括以下步骤；

步骤一，向镂空网篮15加入一定量集料，并向水槽14中加入水浸没集料，启动超声发生器和超声换能器进行集料清洗，集料清洗干净后取出沥干水放入干燥箱7中烘至恒重，称取质量为m0干燥后的集料及适量沥青进行加热，达到设定温度后将集料与沥青搅拌裹附均匀后，将包覆有沥青的集料放置到玻璃板中摊开，并冷却至室温养生，得到集料试件，对集料试件称重后得到集料试件的质量m1；

还可以将摊开的集料试件放置在干燥箱中，通过温控系统20控制干燥箱的温度，得到集料试件。

步骤二，将水槽14和镂空网篮15清洗干净并干燥，将集料试件放入镂空网篮15中，调节灯管控制开关19，采用不同的光照强度对集料试件进行光照辐射，模拟太阳光对混合集料的光照辐射，直至完成所有设定的光照强度照射以及对应设定的照射时间；

步骤三，待步骤二完成后，在水槽中注入一定量的水，使集料试件位于水平面之上，启动喷淋系统4，通过喷头17将水槽中喷射至集料试件，模拟降雨对集料试件冲刷；

步骤四，待步骤三完成后，在水槽中继续注入水直至完全将集料试件淹没，启动温控系统20控制水槽和水箱中的水温，并启动出水管上的循环泵，使水槽和水箱中水流动，进而使水槽和水箱中水温度保持一致，同时启动超声发生器和超声换能器产生水振动，在通过调节温控系统20进行水温调节，模拟不同温度的车轮动水压力作用；

步骤五，待步骤四的试验完成后，用纸吸附漂浮在水槽14表面的沥青，将镂空网篮15从水槽14取出将水沥干，然后将试验后的集料试件置于干燥箱7中烘至恒重，并称重得到质量m2；

步骤六，计算沥青脱落率k，k＝m1-m2/m1-m0，采用沥青脱落率k作为高低温、光照强度辐射以及降雨和动水压力交替耦合作用下沥青与集料黏附性评价指标，沥青脱落率k越大沥青与集料黏附性越差，k越小沥青与集料黏附性越好。

本发明提供的一种模拟不同工况下的沥青与集料黏附性能测试装置，使用操作简便，参数调整简便，安装紧凑，占用空间较小。通过温控系统实现装置箱体内温度控制以模拟环境温度交替变化，模拟环境温度交替变化对沥青与集料粘结性能的作用；调节光辐射系统的灯管控制开关可实现不同的紫外光照强度，模拟不同强度的光照辐射对试件进行老化处理，测试不同强度的光照辐射作用后沥青与集料的黏附性；喷淋系统和动能系统以及温控系统配合作用可以在不同温度条件下模拟不同强度降雨、不同车速下动水压力对试件进行处理，测试不强度降雨以及不同动水压力作用下沥青与集料黏附性能。

该测试装置可实现高低温交替、不同强光照辐射、不同降雨强度以及动水压力单一工况或复合工况作用下沥青与集料黏附性测试，同时给出一种简单可行的用于定量评价沥青与集料黏附性能的评价指标和计算方法；从而分析高低温交替作用、强光照辐射、降雨与东水压力对沥青与集料性能的影响，为沥青与集料黏附性能测试与评价提供了有效手段。

同时，还可对制备养生好的沥青马歇尔试件进行高低温、光照辐射、降雨以及动水压力等交替循环作用处理、单一工况或复合工况作用，然后测试马歇尔试件稳定度和劈裂强度试验，研究高低温、日照辐射、降雨以及动水压力单一工况或复合工况交替循环作用处理对沥青混合料性能的影响。

进一步的，对温控系统进行设置可实现装置箱体内高低温交替变化，模拟环境温度交替变化对沥青与集料黏附性的作用，测试较大温度区间范围温度交替作用对沥青与集料黏附性的影响。

进一步的，调节光辐射系统的灯管控制开关可实现装置箱体内的紫外照射强度，模拟不同强度的光照辐射作用对沥青与集料的黏附性能的影响，测试不同强度的光照辐射作用下沥青与集料的黏附性。

进一步的，控制调节喷淋系统的流量调节阀以及进行动能系统的频率功率和作用时间调节，可实现不同温度下不同强度降雨、不同动水压力对测试试件进行作用，同时通过调节温控系统进一步测试不同温度下不同强度降雨、不同动水压力作用后沥青与集料的黏附性。

本发明不仅可用于沥青与集料黏附性测试与评价，还可对沥青马歇尔试件进行高低温、日照辐射、降雨以及动水压力等交替循环作用处理，然后进行处理后马歇尔试件稳定度和劈裂强度试验，研究高低温、日照辐射、降雨以及动水压力单一工况或复合工况交替循环作用处理对沥青混合料性能的影响。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。