一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置
阅读说明：本技术 一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置 (Portable high integrated bituminous paving on-site measuring device ) 是由 颜峰 郭荣鑫 罗程 卢开宇 鲁鑫涛 林志伟 杨洋 夏海廷 马倩敏 黄小明 冯明杰 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置,属于道路工程试验设备技术领域,其解决了现有的一些沥青混合料试验设备功能单一、设备运输困难以及抗剪强度试验时只能单向加载的技术缺陷。它主要包括一个保温箱提供试验所需的温度环境,一个滑动伺服机用于提供竖向的荷载,一个配套夹具,夹具内部主要设有可更换的三种试验支座,一个横向加载装置,轴承滑动装置,避免了进行抗剪强度试验横向加载时试件发生横向位移并消除竖向加载时试件与滑动板之间的摩擦力。各结构体积轻巧,方便携带,该试验机集成了几种专用试验机的功能且易于操作,在进行抗剪强度试验时还能双向加载,具有便携集成度高的优点。(The invention discloses a portable high-integration asphalt pavement on-site detection device, belongs to the technical field of road engineering test equipment, and solves the technical defects that some existing asphalt mixture test equipment is single in function, difficult in equipment transportation and only capable of loading in one direction during a shear strength test. The test fixture mainly comprises an insulation box for providing a temperature environment required by a test, a sliding servo machine for providing vertical load, a matched fixture, three replaceable test supports, a transverse loading device and a bearing sliding device, wherein the fixture is internally and mainly internally provided with the three test supports, the transverse loading device and the bearing sliding device, so that the transverse displacement of a test piece during transverse loading of a shear strength test is avoided, and the friction force between the test piece and a sliding plate during vertical loading is eliminated. Each structure volume is light and handy, conveniently carries, and this testing machine has integrated the function and the easy operation of several kinds of special testing machines, can also two-way loading when carrying out shear strength test, has the advantage that portable integrated level is high.)
技术领域
本发明属于道路工程试验设备技术领域，涉及一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置。
背景技术
我国的高速公路里程位居全球第二，其中沥青路面占到90％以上，随着沥青路面使用寿命的增加，沥青路面会出现许多的病害，裂缝是半刚性基层沥青路面的主要通病，主要表现为横向裂缝、纵向裂缝、龟裂及网裂等，裂缝问题是各类破损中常见、易发生和早发生的病害之一，几乎伴随着路面整个使用周期，而且还会随着路龄的增加越来越严重，从而降低路面的使用年限，造成重大经济损失。
为了防止沥青路面病害的发生，需要通过现场对沥青路面进行各种测试项目来为沥青路面的工程质量评定及验收提供数据，配合马歇尔试验结果就可以分析判断出配比的执行情况和现场施工的具体状况和存在的问题，以便有针对性地从原材料、混合料拌合、运输、现场摊铺以及碾压各个施工环节进行相应调整。施工现场主要对从沥青路面取样后分别进行抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验、拉拔试验和劈裂试验等多种试验项目，目前沥青路面工程质量现场检测还存在以下难题：不同种沥青混合料试验需要配备专门的试验机或通过万能试验机(如UTM)来完成，但市面上的试验机价格高昂，许多机构无法承担起购买多种专门用于测试沥青混合料沥青试验机的费用；将多种沥青混合料专用试验机带到沥青路面施工现场进行检测很不方便，各种试验机的装卸和运输给整个检测环节造成了很大阻碍；在进行沥青混合料的抗剪强度试验时，一些可用于测试沥青混合料抗剪强度试验的试验机仅考虑了沥青路面的单向受载情况，对路面的实际受力状况模拟度不高，导致试验结果与实际数值存在一定的偏差，尽管市面上已经出现了可以模拟路面多向受力的抗剪强度试验机，但除抗剪强度试验外还不能完成其他沥青混合料试验。综合以上分析，目前在道路工程检测市场上急需一种轻巧便携、集成度高、能模拟路面实际受力情况的现场检测装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置，该装置包括滑动伺服机、配套夹具和保温箱，滑动伺服机安装在四根圆形支撑杆上，四根支撑杆通过焊接固定在夹具底板上，使用时，只需将夹具内安装好相应的结构后再将夹具和滑动伺服机放置在保温箱内，调整滑动伺服机和配套夹具的合适位置即可完成沥青混合料的抗剪强度、马歇尔稳定度、劈裂试验，保温箱用于为试验提供现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)规范所要求的保温环境。根据不同的试验所规定的保温条件，该保温箱能够提供电加热以及水浴加热两种保温方式。滑动伺服机的加载杆下方设置了一根可伸缩的传力杆并通过一个力传感器连接，通过传力杆即可将滑动伺服机施加的竖向力作用到试件上，为了提高抗剪强度试验结果的准确性，配套夹具板壁安放了一个可调节速率的横向加载装置，以此来模拟沥青路面双向受力状况，此外，配套夹具底部开有一个圆形的拉拔孔，将夹具以及滑动伺服机放置在路面上，调整滑动伺服机的加载杆以及传力杆使其正对于拉拔孔圆心，拆除安放于夹具上的结构后又可用于完成沥青路面层间粘结强度试验。
为达到上述目的，本发明所述一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置的滑动伺服机安装在四根等高圆形支撑杆上，圆形支撑杆高于配套夹具，其中一根支撑杆开有凹槽，放置一个红外位移传感器，四根支撑杆通过焊接方式把滑动伺服机和夹具连成一个整体，在滑动伺服机的加载杆下方设置一根传力杆，两根杆通过中间的力传感器来连接，保温箱设置两个夹层。保温箱上层可放置滑动伺服机和配套夹具，中层可放置试件并能够通过电加热的方法来加热和保温试件，下层为一个水浴加热装置，可通过水浴加热的方式来加热和保温试件，水浴加热装置上方的保温盖可防止水蒸气对保温箱造成破坏。配套夹具在左侧竖版开孔，用于安放轴承以及轴承的固定杆，轴承和试件压块中间设有一块滑动板。在进行抗剪强度试验时，滑动板和轴承可防止横向加载试件发生横向位移并能够消除竖向加载时试件与滑动板之间的摩擦，配套的剪切试验支座右侧设置设有比支座中间圆孔略小的圆形凹槽的垫片，垫片凹槽内可放置一个力传感器，垫片底部可伸入剪切试验支座中间的圆孔并与试件底部贴合，夹具右侧竖板安装一个可调节速率的横向加载装置。通过垫片即可将横向加载装置施加的力传递到试件上，从而更加准确地模拟路面的实际受力状况，提高抗剪强度试验结果的准确度。另外，剪切试验支座、马歇尔稳定度试验支座以及劈裂试验支座的底部可嵌入夹具底板所开的方形凹槽内并通过螺栓来固定在夹具底板上，若需进行马歇尔稳定度试验以及劈裂试验，只需要将对应的支座安装在夹具底板上，再搭配滑动伺服机进行加载即可，若需进行沥青路面现场拉拔试验，只需将夹具以及滑动伺服机一体装置从保温箱中取出放置于路面，并将夹具内部多余的结构拆卸下来，调整夹具和滑动伺服机的加载杆与传力杆位置使得夹具底板所开的圆形拉拔孔正对于传力杆即可用来进行沥青路面层间粘结强度试验。
优选的，所述配套夹具在左侧竖板开有可安放轴承固定杆以及轴承的孔，所述轴承、滑动板和试件压块两两紧密贴合，所述试件压块与剪切试验支座之间预留5mm宽度。夹具底板相同位置开有一个和支座底部形状和大小均相同的方形凹槽和一个比拉拔头直径略大2mm的圆形凹槽，两个凹槽的形心均位于同一点上，剪切试验支座、稳定度试验支座和劈裂试验支座底部可嵌入夹具底板所开的凹槽并通过螺栓来固定在夹具的底板上。所述剪切试验支座与上部的剪切试验盖板通过螺栓连接固定，稳定度试验支座和劈裂试验支座两侧为两根杆，稳定度试验盖板和劈裂试验盖板可沿杆上下滑动；所述垫片开有用于专门安放力传感器的圆形凹槽，垫片的尺寸略小于剪切试验支座中的圆形孔径，在进行抗剪强度试验时，垫片底部可伸入剪切试验支座内并与试件底部贴合，能将横向加载装置施加的力传递到试件上的同时又可防止在试验前垫片因为自重而下落，在夹具右侧竖板安放一个可调节加载速率的横向加载装置，横向加载装置和垫片之间预留5mm宽度。
优选的，所述滑动伺服机安装在四根圆形支撑杆上，其中一根支撑杆开有一个用于固定红外位移传感器的凹槽，红外位移传感器的红外射线可直射到传力杆上，四根支撑杆通过焊接方式与夹具底板进行固定，在进行沥青混合料的抗剪强度试验、稳定度试验以及劈裂试验时，以传力杆的位移代替试验过程中试件的变形，通过红外位移传感器来测量全过程传力杆的位移，滑动伺服机加载杆与传力杆之间连接一个力传感器用于测量全过程滑动伺服机施加的荷载，垫片凹槽中的力传感器用于测量抗剪强度试验时横向加载装置施加的荷载。
优选的，所述保温箱的背面和左右两面均为不锈钢板，正面设置为一扇玻璃门可清楚观察在进行抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验以及劈裂试验过程中试件的变化。
本发明的有益效果：
本发明解决了目前沥青路面施工质量现场检测领域缺乏一种轻巧便携、集成度高、能模拟路面实际受力情况的现场检测装置的难题，本发明通过将各种试验机的主要功能集成于一体，设置了一个滑动伺服机，保温箱和一个配套支座，各个结构可分别携带到现场再根据试验需要来组装即可完成抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验、劈裂试验和沥青路面层间粘结强度试验四种试验，与之前的沥青路面检测方案相比，该试验仪器体积小巧使得试验仪器的运输过程更为方便，利用该检测装置来完成沥青路面施工质量现场检测能够更加省时省力，且提高了抗剪强度试验结果的准确度。
附图说明
图1为夹具各结构爆炸视图；
图2为保温箱结构图；
图3为1-1剖面图；
图4为抗剪强度试验结构安装示意图；
图5为劈裂试验结构安装示意图；
图6为稳定度试验结构安装示意图；
图7为沥青路面层间粘结强度试验结构安装示意图；
附图标记说明：1.竖板2.底板3.手提杆4.轴承5.轴承垫片6.轴承固定杆7.滑动板8.试件压块9.试件10.剪切试验支座10-1.剪切试验盖板11.劈裂试验支座11-1劈裂试验盖板12稳定度试验支座12-1稳定度试验盖板13.拉拔头14.垫片15.力传感器16.横向加载装置17.滑动伺服机17-1.加载杆17-2.传力杆18.红外位移传感器19.支撑杆20.保温箱20-1.夹层20-2.玻璃门20-3.水浴加热装置20-4.保温盖21.螺栓。
具体实施方式
下面结合具体实施图例对本发明进行详细说明。
一种便携式高集成的沥青路面现场检测装置，包括在保温箱20内部的配套夹具和夹具上方的滑动伺服机17，所述滑动伺服机17安装在四根支撑杆19上，四根支撑杆19等高且高于夹具并通过焊接方式固定在夹具底板3上，其中一根支撑杆19开有凹槽用于安放和固定红外位移传感器18，滑动伺服机的加载杆17-1和传力杆17-2中间通过力传感器15相互连接，所述夹具在左侧竖板1开孔安放轴承4和轴承固定杆6形成一个固定滑动装置，轴承4与试件压块8中间设有一块滑动板7，底板2开有一个和支座底部一样大小的方形凹槽和比拉拔头13直径略大2mm的圆形凹槽，方形凹槽和圆形凹槽的中心位于同一点，剪切试验支座10、劈裂试验支座11和稳定度试验支座12底部可嵌入底板2所开的方形凹槽并通过螺栓21来固定在底板2上。剪切试验支座10与上部的剪切试验盖板10-1通过螺栓21连接固定，劈裂试验支座11和稳定度试验支座12两侧为两根圆杆，劈裂试验盖板11-1和稳定度试验盖板12-1可沿支座两边的圆杆上下滑动；在垫片14开槽用于安放力传感器15，垫片14的尺寸略小于剪切试验支座10中间的圆孔，确保垫片14的底部可伸入剪切支座10与试件9贴合，既可防止在进行抗剪强度试验前垫片14因为自身重力下落又能将横向加载装置16施加的力传给试件9。横向加载装置16安放在右侧竖板1上，该装置可根据试验需要自行调节加载速率，横向加载装置16与垫片14之间预留5mm宽度，两块竖板1之间设置两根手提杆4可以起到支撑以及方便提拿设备的作用。保温箱20设有两个夹层20-1把保温箱内部分为了三层，上层用于放置滑动伺服机17和配套夹具，需要进行抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验以及劈裂试验时，保温箱20可以根据需要设置不同的温度来达到现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)规范所要求的试验温度条件，中层用于存放试件9，并能通过电加热的方式为试件9进行加热和保温，下层的水浴加热装置20-3可通过水浴加热的方式对试件进行加热和保温，保温盖20-4可用来锁住热气并能够防止水蒸气挥发对保温箱20造成破坏，保温箱20的背面和左右两面均为不锈钢板，正面设置为一扇玻璃门20-2可清楚观察在进行抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验以及劈裂试验过程中试件9的变化。
本发明所述配套夹具底板2，竖板1均为开有的凹槽实心钢板，左侧竖板1开有横向贯通于整块板的圆形凹槽和矩形凹槽，圆形凹槽直径比杆直径略大1mm，用于安放轴承固定杆6,矩形凹槽宽度比轴承4宽度略大4-6mm,矩形凹槽高度比轴承4外径略大4mm,用于安放轴承4,在轴承固定杆6安放轴承4时还须在每个轴承4两边安放相应的轴承垫片5来防止轴承4左右滑动，手提杆4为实心钢杆，夹具底板3、竖板1与手提杆3所有连接处均采用焊接固定。在进行抗剪强度试验时，滑动板7和轴承4可防止横向加载试件9发生横向位移并能够消除竖向加载时试件9与滑动板7之间的摩擦，剪切试验支座10右侧设置设有比支座中间圆孔略小的开有凹槽的垫片14，垫片14凹槽内可放置一个力传感器15，垫片14底部可伸入剪切试验支座10中间的圆孔内并与试件9底部贴合，夹具右侧竖板1安装一个可调节速率的横向加载装置16。通过垫片14将横向加载装置16施加的力传到试件9上，从而更加准确地模拟路面的实际受力状况，提高抗剪强度试验结果的准确度。其中，剪切试验支座10、马歇尔稳定度试验支座12以及劈裂试验支座11的底部可嵌入夹具底板2所开的方形凹槽内并通过螺栓21来固定在夹具底板上，更换中间支座再搭配滑动伺服机17即可完成抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验和劈裂试验三种不同的试验，所述滑动伺服机17安装在四根支撑杆19上并通过焊接与夹具连接为一体，滑动伺服机17可通过滑动的方式来移动加载杆17-1以及下面连接的力传感器15和传力杆17-2，调整至传力杆17-2正对夹具底板3上的圆形拉拔孔圆心，待拆卸下夹具上多余的结构后即可用于完成沥青路面层间粘结强度试验。
本发明所述滑动伺服机17安装固定在四根支撑杆19上形成竖向加载装置，四根支撑杆19具有相同高度且高于配套夹具，且所有杆底部通过焊接方式固定在夹具底板3上，其中一根支撑杆19开有凹槽用于固定和安放红外位移传感器18，红外位移传感器18发射出的红外线能够直接照射到传力杆17-2，传力杆17-2和加载杆17-1中间通过力传感器15来连接。传力杆17-2为一根可伸缩圆杆能够根据需要来调整长度。所述保温箱20内部有两个夹层20-1将保温箱内部一分为三，上层用于放置滑动伺服机17和配套夹具一体装置，中层用于放置试件9并能够通过电加热的方式对试件9进行加热和保温，下层的水浴加热装置20-3可通过水浴加热的方式对试件9进行加热，水浴加热装置20-3上方的保温盖20-4可用来锁住热气并能够防止水蒸气对保温箱20造成破坏，保温箱20可以根据需要设置不同的温度来达到现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)规范所要求的试验温度条件，保温箱20的背面和左右两面均为不锈钢板，正面设置为一扇玻璃门20-2可清楚观察在进行抗剪强度试验、马歇尔稳定度试验以及劈裂试验过程中试件9的变化。
上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并非用于限制本发明的具体实施与权利要求范围，凡依据本发明所申请专利保护范围所述的任何等效修改，均应包括于本发明专利申请范围内。
以下是本发明具体使用及操作步骤，有助于对本发明更进一步理解。
实施例1。
马歇尔稳定度试验：
(1)取样：从目标检测沥青路段随机取样，取样时按现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)的方法钻取压实沥青混合料路面标准芯样试件。取样后必须将芯样试件黏附的黏层油、透层油和松散颗粒等清理干净。
(2)保温：设置水浴加热装置温度为规范要求的规定温度，控温准确至1℃，水槽深度不小于150mm。试件之间应有间隔，试件底下应垫起距离水槽底部不小于5mm，保温时间对标准试件需30-40min。并将稳定度试验支座和稳定度试验盖板置于已达规定温度保温箱中层或者水浴加热装置中使其达到与试件相同的温度。
(3)安装试件及支座：安装前为使稳定度试验盖板可沿支座两根杆滑动自如,可在支座两根杆上涂少量黄油。将稳定度试验支座安放于夹具上并通过螺栓固定，将试件放置在固定支座上后安放盖板，然后将夹具放置于保温箱内，滑动伺服机放置在夹具的正上方位置，使滑动伺服机的传力杆与盖板正中心位置对齐。
(4)加载：调整安装在支撑杆凹槽的红外位移传感器发射出的红外线直射传力杆，将力传感器和红外位移传感器调零，开始通过滑动伺服机的加载装置加载，控制滑动伺服机加载速率保持50mm/min±5mm/min。滑动伺服机传力杆和加载杆之间的力传感器用于测量滑动伺服机施加给试件的荷载大小。读数精度精确至0.1KN，试验过程中以传力杆的下落位移代替试件的变形，位移显示在红外位移传感器的读
数上，精确至0.1mm,当试验荷载达到最大值的瞬间停止加载，并将力传感器和红外位移传感器全过程的数据导出。
(5)试验结果分析：按现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)计算。
实施例2。
抗剪强度试验：
(1)取样：从目标检测沥青路段随机取样，取样时按现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)的方法钻取压实沥青混合料路面标准芯样试件。取样后必须将芯样试件黏附的黏层油、透层油和松散颗粒等清理干净。
(2)保温：设置保温箱温度为规范要求的规定温度，控温准确至±1℃，将试件以及稳定度试验支座和稳定度试验盖板置于已达规定温度保温箱中间层中保温4-5h。
(3)安装试件及支座：将剪切试验支座通过螺栓固定在夹具上，将已达试验规定温度的试件迅速置于夹具中安放稳定，盖上剪切试验盖板后用螺栓固定，然后将滑动伺服机以及夹具一体装置放置于保温箱内，使滑动伺服机的传力杆与盖板正中心位置对齐。
(4)加载：调整安装在支撑杆凹槽的红外位移传感器发射出的红外线直射传力杆，将力传感器和红外位移传感器调零，调整传力杆与盖板接触，荷载不超过30N，首先按恒定的加载速率施加横向荷载，通过垫片将横向荷载传递给试件，试件继续将力传递给滑动板，直到滑动板受力后不会因为自重下滑时开始施加竖向荷载，控制滑动伺服机加载速率为0.1mm/min。滑动伺服机传力杆和加载杆之间的力传感器用于测量滑动伺服机施加给试件的荷载大小。垫片中力传感器用于测量横向荷载的大小，传感器读数精度精确至0.1KN，试验过程中以传力杆的下落位移代替试件的变形，位移显示在红外位移传感器的读数上，精确至0.1mm,当试件层间分离时停止加载，并将力传感器和红外位移传感器全过程的数据导出。
(5)试验结果分析：按现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)计算。
实施例3。
劈裂试验：
(1)取样：从目标检测沥青路段随机取样，取样时按现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)的方法钻取压实沥青混合料路面标准芯样试件。取样后必须将芯样试件黏附的黏层油、透层油和松散颗粒等清理干净。
(2)保温：使水浴加热装置水槽达到要求的试验温度±0.5℃。将试件浸人恒温水槽保温不少于1.5h。直至试件内部温度达到试验温度±0.5℃为止。保温时试件之间的距离不少于10mm。
(3)安放试件及支座：安装前为使劈裂试验盖板可沿支座两根杆滑动自如,可在支座两根杆上涂少量黄油。将劈裂试验支座安放于夹具上并通过螺栓固定，将试件放置在固定支座上后安放盖板，然后将滑动伺服机以及夹具一体装置放置于保温箱内，使滑动伺服机的传力杆与盖板正中心位置对齐。
(4)加载：调整安装在支撑杆凹槽的红外位移传感器发射出的红外线直射传力杆，将力传感器和红外位移传感器调零，调整传力杆与盖板接触，荷载不超过30N时开始通过滑动伺服机的加载装置加载，控制滑动伺服机加载速率保持50mm/min。滑动伺服机传力杆和加载杆之间的力传感器用于测量滑动伺服机施加给试件的荷载大小。读数精度精确至0.1KN，试验过程中以传力杆的下落位移代替试件的变形，位移显示在红外位移传感器的读数上，精确至0.1mm,当试件劈裂破坏时停止加载，并将力传感器和红外位移传感器全过程的数据导出。
(5)试验结果分析：按现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)计算。
实施例4。
沥青路面层间粘结强度试验。
准备工作：试验前需要将滑动伺服机以及夹具一体装置放置于路面上，拆卸出夹具内部多余的结构，调整夹具位置使得夹具底板所开的圆孔正对拉拔头圆心，并使得夹具圆孔、拉拔头圆心与传力杆三者中心位于同一条轴线上。
根据现行规范《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450--2019)所要求的试验规范操作流程来进行。
(1)施工的材料应充分的养生。根据现场情况，随机选择测试点，并在现场标注。测试、记录测点表面温度。
(2)先用游标卡尺测试拉头直径，准确至0.lmm。清理试验点表面，将拉头底部涂布--层粘结剂，并快速粘附在需测试点表面。待粘结剂涂布后应养生、完全固化后，用刀具沿拉头边缘小心切割一个环槽，深度至下卧层顶面。
(3)在测点处采用钻芯机钻出一个环槽，内径为(100-102)mm,深度至下卧层表面10mm以下。清理环槽内碎片，然后用游标卡尺实际测量环槽内径，准确至0.1mm。清洗、干燥测点表面后，涂抹粘结剂(如快凝性环氧树脂等)，通过粘结剂将沥青路面的表面层和拉拔头粘接起来，在粘接过程中确保粘结剂与拉拔头接触面粘接均匀，防止拉拔过程中沥青路面受力不均匀，注意粘结剂不要进入环槽；养生并完全固化后，准备下一步试验。.
(4)把拉拔头粘结到传力杆上，开动滑动伺服机并进行拉拔测试。设置拉伸速率为(25+15)kPa/s。当选择其他拉拔速度，则在检测报告中注明。
(5)试验拉断时，读取力传感器的最大拉力F作为试验结果。
(6)试验拉断后注意观察断裂面情况，应在检测报告中详细注明。
(7)每个位置需要测试3个点，每个测点间距不小于500mm，总间距控制在2m内。
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