一种胶浆砂浆成型装置及评价胶浆砂浆粘附粘聚性能装置

1.本实用新型属于道路工程技术领域，涉及一种胶浆砂浆成型装置及评价胶浆砂浆粘附粘聚性能装置。


背景技术：

2.沥青路面具有行车平稳、噪音小、养护方便等优点，是我国公路及城市道路的主要路面形式。在载荷和环境作用下，由于胶结料的粘附/粘聚失效引起的松散剥落是沥青路面的主要病害形式。其中沥青
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集料的粘附性最早受到关注，研究最为广泛，国外学者通过一系列微观实验研究了沥青混合料内的多尺度组成，认为沥青混合料内不存纯沥青，沥青以胶浆和砂浆的形式存在。近年来，胶浆和砂浆的粘附/粘聚性能受到越来越多的关注，越来越多的研究人员认为胶浆和砂浆的性能与混合料的性能具有更好的相关性。胶浆
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集料和砂浆
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集料之间的粘结强度，以及胶浆和砂浆自身的粘聚强度决定着沥青路面的抗松散剥落能力。因此，准确评价胶浆
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集料和砂浆
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集料的粘附性能，以及胶浆和砂浆的粘聚性能是理解沥青混合料路面松散剥落机理的基础，对提升沥青路面的使用性能具有重要意义。
3.目前针对沥青混合料的松散剥落研究多采用数值模拟或有限元软件模拟，其中参数的获取多基于经验假定。现有的试验方法评价的胶结料厚度停留在厘米级，这显然与沥青混合料中胶结料厚度的实际情况不符。canestrari f等人开发了一种用于在气动粘结力拉伸测试仪上的拉拔试验装置，以此评价沥青
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集料的粘附/粘聚性能。但其并未考虑沥青混合料内胶结料的类型以及胶结料厚度的随机性，只能测定沥青厚度为200μm的粘附/粘聚性能，这显然与混合料的实际情况存在一定偏差。dong等人采用动态剪切流变仪，将沥青混合料内的胶结料视为胶浆，通过设计的拉拔试验评价胶浆
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集料的粘附性能。该试验方法虽然在一定程度上可评价粘附性能，但未确定为粘附还是粘结，其次，将胶结料视为单一的胶浆，未充分考虑混合料内胶结料的非均匀性，且厚度仍停留在毫米级。guo和tan等人采用动态力学分析方法获得不同沥青粘结料的相关参数，通过分析沥青与矿粉之间的交互作用，评价了胶浆的粘附粘聚性能，并分析了沥青和矿粉类型对胶浆粘附/粘聚性能的影响。
4.现有研究未考虑胶结料厚度分布的随机性对粘附粘聚失效的影响，也缺乏对胶结料组成的非均匀性的充分考量。而本实用新型实验装置将根据沥青混合料中胶结料的实际情况，精确评价不同厚度胶浆和砂浆的粘附/粘聚性能。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足与缺陷，本实用新型的目的在于公开一种胶浆砂浆成型装置及评价胶浆砂浆粘附粘聚性能装置，解决现有技术中的设备只研究了沥青的粘附/粘聚性能，且只研究了单一厚度，厚度为0.2cm或0.8cm，无法突破厘米级厚度的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：一种胶浆砂浆成型装置，包括底座，还包括与底座连接的支撑杆和连接在支撑杆顶端的上成型装置；
7.所述的上成型装置包括与支撑杆连接的连接件和连接在连接件上的加载装置，所
述的加载装置包括依次连接的调节装置、液压传动装置、测杆和测面，测面上还连接有上拉拔头，所述的液压传动装置与连接件连接；
8.所述的胶浆砂浆成型装置还包括安装在底座上的下成型装置，所述的下成型装置包括依次连接的承台和下拉拔头，所述的承台与底座连接；
9.所述的上成型装置与下成型装置同轴，所述的支撑杆与上成型装置和下成型装置均不同轴。
10.所述的连接件和支撑杆通过转动轴承连接。
11.所述的调节装置包括粗调旋钮和微调旋钮；
12.所述的液压传动装置上还安装有电子数显屏。
13.所述的上拉拔头与测面连接的对向面进行拉毛处理。
14.一种评价胶浆砂浆粘附粘聚性能的装置，包括箱体，还包括布置在箱体中的所述的胶浆砂浆成型装置和连接在底座上的万能试验机。
15.所述的万能试验机包括与箱体顶板连接的拉力杆，拉力杆与下成型装置同轴布置；
16.所述的拉力杆上还连接有上装夹装置，所述的上装夹装置包括与拉力杆连接的第一锚杆和与第一锚杆连接的夹具，所述的夹具上还连接有第二锚杆；
17.所述的承台上连接有下装夹装置，所述的下装夹装置包括与承台连接的第三锚杆和与第三锚杆连接的夹具，所述的夹具上还连接有第四锚杆，第四锚杆与下拉拔头连接。
18.采用上述装置的精确评价胶浆和砂浆粘附/粘聚性能的试验方法，包括如下步骤：
19.1)采用钻芯法从原石上钻取集料，直径为30
±
0.5mm，然后采用切割机切割成高度为30
±
0.5mm的圆柱体集料，采用砂纸打磨集料表面，消除集料表面的锯痕。采用超声波清洗仪对集料表面进行超声清洗，消除集料表面的石粉；超声清洗时水温为50
‑
60℃，清洗时长为25
‑
30min；将集料与上下拉拔头放置烘箱加热至150℃，不少于30min。
20.2)根据规范要求，按照级配制备胶浆和砂浆，并在烘箱中保持165℃不变。
21.3)将下拉拔头顶面通过强力胶水与集料粘结，并通过锚杆和夹具与胶浆砂浆成型装置相连接；将一定质量的胶浆或砂浆置于圆柱体集料的上表面，然后将上拉拔头置于胶浆或砂浆上面，使得上下拉拔头、集料与液压传动装置中心线保持重合；根据所需要的胶浆和砂浆厚度，通过粗调螺旋控制液压传动装置，液压传动装置控制测杆对上拉拔头施加荷载，观察数显装置并再次调节微调螺旋，得到所需厚度的胶浆和砂浆，厚度精度可达到1μm；达到制定厚度后，试件在成型装置上静置20～30分钟后，待温度降至常温时将成型装置旋转180
°
；
22.4)将上拉拔头与万能试验机相连，调整万能试验机使试件夹持时不能受张力或压迫；设定加载参数，加载速度为50mm/min；万能试验机在加载过程中可记录力
‑
位移曲线，最大力为粘接力或粘聚力，并根据破坏界面情况判定破坏模式，用于评价胶浆和砂浆的粘附/粘聚性能；
23.加载过程中观察集料与胶浆和砂浆粘附/粘聚变化情况，直到试件断裂，记最大力为粘接力或粘聚力，取下断裂试件；所得到的参数作为胶浆和砂浆粘附/粘聚性能的指标；
24.通过数显装置控制驱动装置改变胶浆和砂浆厚度，可研究沥青混合料中胶结料的不均匀分布对粘附/粘聚性能的影响；
25.本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：
26.(ⅰ)本实用新型的提供了胶浆砂浆成型装置，采用液压传动施压，避免常规旋转施压对胶结料产生扰动；其次电子数显屏与机械读数相比可精确得到不同厚度的胶浆和砂浆，避免偶然误差。
27.(ⅱ)本实用新型提供了一种精确评价胶浆和砂浆粘附粘聚性能的试验装置，针对沥青混合料中胶结料分布的非均匀性以及胶结料厚度的随机性，精确测定不同厚度下胶浆和砂浆的粘附/粘聚强度，实现了对沥青混合料中胶浆和砂浆粘附/粘聚性能的全面评价。本实用新型不仅对沥青混合料中胶浆和砂浆粘附/粘聚性能的评价实现了量化，而且可为沥青混合料材料设计提供力学参数；
28.(ⅲ)本试验装置使用步骤简单，试验结果重复性好。
附图说明
29.图1是胶浆砂浆成型装置结构示意图；
30.图2是评价胶浆砂浆粘附粘聚性能的装置结构示意图；
31.图3是上拉拔头、胶结料、集料和下拉拔头连接关系示意图；
32.图中各个标号的含义为：1
‑
底座，2
‑
支撑杆，3
‑
上成型装置，4
‑
连接件， 5
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加载装置，6
‑
调节装置，7
‑
液压传动装置，8
‑
测杆，9
‑
测面，10
‑
上拉拔头， 11
‑
下成型装置，12
‑
承台，13
‑
下拉拔头，14
‑
转动轴承，15
‑
粗调旋钮，16
‑
微调旋钮，17
‑
电子数显屏，18
‑
箱体，19
‑
万能试验机，20
‑
拉力杆，21
‑
上装夹装置， 22
‑
第一锚杆，23
‑
夹具，24
‑
第二锚杆，25
‑
下装夹装置，26
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第三锚杆，27
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第四锚杆，28
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胶结料，29
‑
集料。
33.以下结合附图和实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
34.以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
35.实施例1：
36.遵从上述技术方案，本实用新型公开了一种胶浆砂浆成型装置，包括底座 1，还包括与底座1连接的支撑杆2和连接在支撑杆2顶端的上成型装置3；成型装置3用于制备待测试胶浆或砂浆胶结料。
37.所述的上成型装置3包括与支撑杆2连接的连接件4和连接在连接件4 上的加载装置5，所述的加载装置5包括依次连接的调节装置6、液压传动装置7、测杆8和测面9，测面9上还连接有上拉拔头10，所述的液压传动装置 7与连接件4连接；
38.所述成型装置3有测面9，将下拉拔头13与万能试验机通过下装夹装置 25相连接，集料底面与下拉拔头13连接，上拉拔头10一端连接测面9，另一端通过待测胶结料与集料粘结；上拉拔头10与集料的连接端面进行拉毛处理，增强拉拔头与胶结料的粘结性；待测胶结料为沥青混合料中的胶浆和砂浆。
39.所述的胶浆砂浆成型装置还包括安装在底座1上的下成型装置11，所述的下成型装置11包括依次连接的承台12和下拉拔头13，所述的承台12与底座1连接；
40.所述的上成型装置3与下成型装置11同轴，所述的支撑杆2与上成型装置3和下成
型装置11均不同轴。上成型装置3与下成型装置11同轴目的是避免偏心。
41.作为本实施例的一种优选，所述的连接件4和支撑杆2通过转动轴承14 连接。支撑杆2与上成型装置3和下成型装置11均不同轴以及采用转动轴承 14连接的目的是胶浆或砂浆胶结料制备完成后方便取下以及进行进一步实验。
42.作为本实施例的一种优选，所述的调节装置6包括粗调旋钮15和微调旋钮16；所述粗调旋钮的精度为50μm，所述微调旋钮的精度为1μm；
43.所述的液压传动装置7上还安装有电子数显屏17。液压传动装置7连接高精度电子数显屏17，通过电子数显屏17调节调节装置6得到微米级胶浆和砂浆厚度
44.作为本实施例的一种优选，所述的上拉拔头10与测面9连接的对向面进行拉毛处理。增强上拉拔头10与胶结料的粘结性。
45.作为优选，所述上拉拔头和下拉拔头为铝合金特质而成的柱体，高度 30mm，直径30mm；上拉拔头的底面有高精度拉毛，立面有10mm通孔，距顶面底面10mm。
46.作为优选，所述夹具为铝合金特质而成的柱体，长度100mm，直径10mm；锚杆采用铝合金制成的长方体，长度为70mm，宽度为30mm，厚5mm；距离两边10mm处钻有直径10mm的通孔。
47.作为优选，所述集料通过钻芯法钻取，并采用切割机进行处理，得到直径为30mm
±
0.5mm，高度为300
±
0.5mm的圆柱体集料。
48.实施例2：
49.一种评价胶浆砂浆粘附粘聚性能的装置，包括箱体18，还包括布置在箱体18中的胶浆砂浆成型装置和连接在底座1上的万能试验机19。
50.作为本实施例的一种优选，所述的万能试验机19包括与箱体18顶板连接的拉力杆20，拉力杆20与下成型装置11同轴布置；可保证试件的中心线重合，保证拉力竖直向上，避免偏心。
51.所述的拉力杆20上还连接有上装夹装置21，所述的上装夹装置21包括与拉力杆20连接的第一锚杆22和与第一锚杆22连接的夹具23，所述的夹具 23上还连接有第二锚杆24；
52.第一锚杆22、夹具23和第二锚杆24共同作用连接拉力杆20和上拉拔头 10。
53.所述的承台12上连接有下装夹装置25，所述的下装夹装置25包括与承台12连接的第三锚杆26和与第三锚杆26连接的夹具23，所述的夹具23上还连接有第四锚杆27，第四锚杆27与下拉拔头13连接
54.第三锚杆26、夹具23和第四锚杆27共同作用连接承台12和下拉拔头13。
55.采用上述装置精确评价胶浆粘附/粘聚性能试验方法，包括如下步骤：
56.步骤1：制备集料。
57.采用钻芯法从原石上钻取集料，直径为30
±
0.5mm，后采用切割机切割成高度为30
±
0.5mm的圆柱体集料；然后用砂纸对切割后的集料表面进行打磨，消除集料表面的锯痕，再用超声波清洗仪对集料表面进行超声清洗，消除集料表面的石粉；超声清洗时水温为50
‑
60℃，清洗时长为25
‑
30min。最后将清洗后的集料放入105
±
5℃的烘箱中干燥4h，直至集料质量不再改变，得到干燥的集料。
58.步骤2：制备胶浆。
59.本实施例中，选定的沥青混合料级配为：集料粒径为13.2～16mm、 9.5～13.2mm、
4.75～9.5mm、2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、 0.15～0.3mm、0.075～0.15mm、0～0.075mm的质量比为4.7％：33.7％：38.3％： 7％：3.1％：2.5％：1.9％：1.4％：2％：5.4％，最佳油石比为4.8％。
60.胶浆由基质沥青和粒径小于0.075mm的矿粉混合而成，为了使胶浆的组成与沥青混合料内胶浆的组成相一致，胶浆内矿粉和基质沥青的比例根据混合料的粉胶比确定，通过计算得到粉胶比为1.336，则胶浆中矿粉和基质沥青的比例为57.2％:42.8％。
61.称取57.2g矿粉放入180℃烘箱中保温0.5h，称取42.8g基质沥青放入搪瓷杯中。将搪瓷杯放在电炉上，保持沥青在150℃，逐渐加入矿粉，边加边搅拌，不得一次性加入矿粉。将电炉和基质沥青置于高速剪切仪下，将转子浸入基质沥青中，打开开关开始搅拌，搅拌时间为30min，搅拌时温度保持不变，完成后即得到与混合料组成相一致的胶浆。
62.步骤3：准备拉拔头。
63.根据附图3所示，加工出用于测定胶浆粘附/粘聚强度的上拉拔头10、下拉拔头13，上拉拔头10的底面进行高精度拉毛处理，拉毛精度为1μm。
64.步骤4：试件的制备。
65.将上拉拔头10、下拉拔头13和干燥的集料进行保温，烘箱温度为175℃，保温时间为0.5h。
66.取出烘箱加热的上拉拔头10、下拉拔头13与集料，将下拉拔头13通过夹下装夹装置25连接在万能试验机承台12上，将强力胶水涂抹在下拉拔头13上表面与集料相粘结，取适量的胶浆置于集料上表面，将上拉拔头10的拉毛面与胶结料接触，保持上拉拔头10、下拉拔头13、集料、胶浆、测杆8的中心线重合。旋转粗调旋钮15，液压传动装置装置7通过测杆8施加荷载，调节装置6将厚度值反馈至电子数显屏17上，通过电子数显屏17上的数值来调整微调螺旋16，从而得到不同的胶浆厚度。测量完毕后将试块放置在仪器上静置30min，待试块达到室温后，用加热的刮刀刮去流出的胶浆，注意不要对胶浆造成扰动。
67.步骤5：拉拔测试。
68.试件制备好以后，通过转动轴承14将上成型装置3旋转180
°
，将上拉拔头 10连接在万能试验机19上，缓慢调整保证万能试验机19的拉伸速度竖直向上，防止偏心。设定万能试验机加载参数，以50mm/min的加载速率施加垂直向上的荷载，直到胶浆试件出现破坏，记录得到力
‑
位移曲线，加载断裂时最大力为粘接力或粘聚力，并根据破坏界面情况判定破坏模式。
69.若胶浆试件破坏面出现在胶浆与集料之间，且集料上粘附的胶浆的面积在原始胶浆的50％以下，则测得的最大力为粘接力，否则为粘聚力；若破坏面出现在上拉拔头10或下拉拔头13和胶浆之间，则为无效数据，重新补做试验。取 3个有效数据的平均值作为最终试验结果。
70.综上，测得基质沥青混合料中胶浆的粘附/粘聚强度，如表1所示；测得的沥青的粘附强度，与已有研究相近，且变异系数小，说明本实用新型所述的试验方法是可行的，且可重复的。
71.表120℃下混合料中不同厚度的胶浆粘附/粘聚强度
[0072][0073]
采用上述装置精确评价砂浆粘附/粘聚性能试验方法，包括如下步骤：
[0074]
步骤1：与上述胶浆粘附/粘聚性能试验方法相同。
[0075]
步骤2：制备砂浆。
[0076]
选定的沥青混合料级配与胶浆粘附/粘聚性能试验方法中步骤2选定的沥青混合料的级配相同，制备出与沥青混合料内砂浆相一致的砂浆。
[0077]
砂浆由细集料、矿粉和沥青组成，本实施例中的砂浆中的细集料的最大粒径为1.18mm。根据沥青混合料级配，计算得到砂浆中集料粒径的级配为： 0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.3mm、0.075～0.15mm、0～0.075mm的质量比为18.9％：14.4％：10.6％：15.2％：40.9％。根据比表面积法，使砂浆中集料所裹覆的沥青膜厚度与混合料料的沥青膜厚度相同，得到砂浆的油石比为29.2％。
[0078]
砂浆的制备包括如下3个步骤：
[0079]
①
将基质沥青加热到150℃，待基质沥青融化后分装在搪瓷杯中，并保持在150℃。
[0080]
②
将根据砂浆级配准备的200g砂浆集料提前放入180℃的烘箱中，保温2h。
[0081]
③
将加热好的砂浆集料加入拌锅中，拌锅温度为170℃，然后加入58.4g基质沥青，手动拌和均匀，即得到砂浆。
[0082]
步骤3：与胶浆粘附/粘聚性能试验方法中的步骤3相同。
[0083]
步骤4：试件的制备。
[0084]
将上拉拔头10、下拉拔头13和干燥的集料进行保温，保温至与基质沥青混合料的生产温度相同；烘箱温度为175℃，保温时间为0.5h。
[0085]
取适量的砂浆置于集料上表面，将上拉拔头10迅速垂直压向集料，过程中不要扭动和前后移动，保持上拉拔头10、下拉拔头13、集料、胶浆、测杆8的中心线重合，通过旋转粗调旋钮15和微调旋钮16，得到所需的砂浆厚度，冷却后用加热的刮刀刮去流出的砂浆，注意不要扰动拉拔头与集料的接触面范围内的砂浆。
[0086]
步骤5：与胶浆粘附/粘聚性能试验方法相同，万能试验机19以50mm/min 的加载速率施加垂直向上的荷载，测得混合料中砂浆的粘附/粘聚强度如表2所示。试验结果变异系数小，重复性好。
[0087]
表2 20℃下混合料中不同厚度的砂浆粘附/粘聚强度
[0088]
[0089][0090]
上述实施例仅是本实用新型根据实际情况的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本实用新型权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本实用新型的保护范围。