一种无机结合料收缩开裂环形试件制备装置及方法

本发明涉及公路试验仪器，尤其涉及一种无机结合料基于振动压实的收缩开裂环形试件制备装置及方法。

背景技术：

1、无机结合料具有抗压强度高、刚度大和整体性好等优点，因此常作为道路基层材料，但其对温湿度较为敏感，在温湿度变化下易产生微小裂纹，在车辆荷载和环境影响下，还会发展为宏观裂缝并扩展为反射裂缝，破坏道路面层的整体性和连续性，这也是无机结合料道路基层的常见病害之一。

2、无机结合料常规的收缩试件采用静力压实法制备，将拌合好的混合料加入尺寸为100mm×100mm×400mm的钢膜中，通过压力试验机挤压钢膜上下垫块来完成压实操作，该方法操作繁琐，试件压实过程中存在中心部位不密实的弊端，且实验压实情况与施工现场振动压路机压实情况不相符。对于混凝土的收缩开裂研究，环形约束收缩试验因其装置简单、易操作、应力大小均匀、易于推广和标准化等众多优点，有利于试验结果的分析比较，能有效地评价混凝土的抗开裂性能，因此，环形收缩试验被广泛应用于水泥基材料的约束收缩试验。然而对于无机结合料来说，还没有与之相关的环形约束收缩试验规范且试件制备存在一定的困难。因此，目前亟需研制一种用于制备无机结合料收缩开裂环形试件的装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决背景技术所指出的技术问题，提供一种无机结合料收缩开裂环形试件制备装置及方法，可广泛应用于公路工程无机结合料基层材料的环形试件制备，以便进行环形试件的收缩开裂实验开展。

2、本发明的目的通过下述技术方案实现：

3、一种无机结合料收缩开裂环形试件制备装置，包括拌合装置、运输装置和成型装置，所述拌合装置包括拌合支架、搅拌锅和电子天平，所述搅拌锅、电子天平安装于拌合支架上，所述拌合支架上安装有对搅拌锅内部进行搅拌作业的搅拌动力机构；所述运输装置包括运输轨道和驱动运输轨道前后往复运动的运输驱动装置，所述运输轨道上安装有钢试模；所述成型装置位于运输轨道末端部分，所述成型装置包括激振器和成型支架，所述激振器安装于成型支架上，所述激振器下端端侧通过升降杆连接有与钢试模相对应的振动压实锤头，所述钢试模从外至内包括外钢环组件、约束钢环组件和内钢环组件，所述外钢环组件底部与约束钢环组件底部之间密闭连接有下垫环块，所述外钢环组件内壁与内钢环组件外壁之间形成有环形试件制备腔，所述振动压实锤头位于环形试件制备腔内部升降压实运动。

4、为了更好地实现本发明，本发明还包括控制系统，所述控制系统分别与搅拌动力机构、运输驱动装置、激振器电连接。

5、优选地，所述运输轨道由相互平行的运输轨a和运输轨b组成，所述电子天平升降位于运输轨a和运输轨b之间，所述钢试模安装于运输轨a、运输轨b之间且随运输轨道移动。

6、优选地，所述外钢环组件由外钢环a、外钢环b两个半圆形钢环组成，所述约束钢环组件由从下至上依次重叠的约束下钢环、约束中钢环和约束上钢环组成；所述外钢环组件从上至下分层安装有若干个与控制系统连接的密度探测装置。

7、优选地，本发明还包括装置底座，所述拌合装置、运输装置、成型装置安装于装置底座上，每个密度探测装置包括一个密度传感器和一个接收器；所述外钢环组件外侧底部安装有外钢环固定螺栓组件，所述内钢环组件内侧底部安装有内钢环固定螺栓组件。

8、优选地，所述控制系统包括总控台，所述总控台包括信号显示器和基本参数设置窗口，所述信号显示器用于显示各个密度探测装置的密度数据；所述基本参数设置窗口包括移动控制按钮组件、参数设置按钮组件和与参数设置按钮组件相对应的基本参数显示器，所述移动控制按钮组件与运输驱动装置连接，移动控制按钮组件包括左移按钮和右移按钮；所述参数设置按钮组件分别与激振器、搅拌动力机构连接，参数设置按钮组件包括参数t1/ρ设置按钮、参数t2/ω设置按钮、参数加按钮和参数减按钮，所述参数t1/ρ设置按钮用于搅拌动力机构的第一次拌合时间设置、无机结合料干密度设置，所述参数t2/w设置按钮用于搅拌动力机构的第二次拌合时间设置、无机结合料含水量设置，参数加按钮、参数减按钮分别进行参数的加、减设置操作；控制系统按照如下公式计算得到激振器的激振力与振动频率：

9、f＝10.48ρ(1+0.01ω)-21.73   (1)

10、f＝5.13ρ(1+0.01ω)+10.01    (2)

11、其中f表示激振力，ρ表示最大干密度，ω表示最佳含水量，f表示振动频率。

12、优选地，所述总控台还包括总控台开关、激振器开关、拌合装置开关、运输装置开关和成型装置开关，所述总控台开关用于控制搅拌动力机构、运输驱动装置、激振器、密度探测装置的开关作业，所述激振器开关用于控制激振器开关作业，所述拌合装置开关用于控制搅拌动力机构开关作业，所述运输装置开关用于运输驱动装置开关作业，所述成型装置还包括与环形试件制备腔相对应的成型执行装置，所述成型装置开关用于控制成型行装置进行环形试件成型制备开关作业。

13、一种利用无机结合料收缩开裂环形试件制备装置的环形试件制备方法，其方法包括：

14、s1、按最佳含水量、最大干密度和压实度计算无机结合料的详细配合比，通过总控台开关启动无机结合料振动压实环形试件制备装置，通过参数t1/ρ设置按钮和参数t2/ω设置按钮对第一次拌合和第二次拌合的时间进行设置，将无机结合料的原料加入搅拌锅，通过拌合装置开关启动拌合装置，进行第一次拌合作业；当一次拌合完毕后，加入水，再次通过拌合装置开关启动拌合装置，进行第二次拌合作业；

15、s2、通过运输驱动装置驱动运输轨道运动并带动钢试模移动到电子天平上方，将两次拌合好的无机结合料分三层倒入钢试模中，电子天平升降抬起钢试模进行称重，称重完毕后，将钢试模下降放置于运输轨道上并随运输轨道运动；

16、s3、通过运输驱动装置驱动运输轨道运动并带动钢试模移动至成型装置的振动压实锤头下方；启动成型装置的成型执行装置进行环形试件初步作业，通过参数t1/ρ设置按钮和参数t2/ω设置按钮进行无机结合料的最佳含水量和最大干密度分别设置，控制系统按照如下公式计算得到激振器的激振力与振动频率：

17、f＝10.48ρ(1+0.01ω)-21.73   (1)

18、f＝5.13ρ(1+0.01ω)+10.01    (2)

19、其中f表示激振力，ρ表示最大干密度，ω表示最佳含水量，f表示振动频率；控制系统控制激振器工作并带动振动压实锤头进行振动压实锤头工作；各个密度探测装置进行密度检测作业并将实时密度数据传输至总控台的信号显示器上显示，同时当各个密度探测装置达到其设定的密度值时，控制系统控制激振器关机。

20、本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

21、(1)本发明能够按照设定的最佳含水量和最大干密度对收缩开裂环形试件进行振动压实，使试件成型与实际施工时振动压路机成型具有相同原理，更能模拟实际收缩开裂，与实际工程结合紧密，能够更好地指导施工。

22、(2)本发明可以广泛应用于公路工程无机结合料基层材料的环形试件制备，以便进行环形试件的收缩开裂实验开展。