一种沥青混合料离析程度室内模拟装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及道路工程试验设备技术领域，具体涉及一种沥青混合料离析程度室内模拟装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着道路建设的不断发展，出行需求的日益增加，我们对公路的使用性能有了更高的要求，其中增大公路的行车安全性和舒适性成为关键。沥青路面因其具有噪音小、平整度高、无接缝、后期养护维修方便等优点，被广泛应用于公路建设中。目前我国95％的高速公路采用的是沥青混凝土路面，采用沥青路面可有效提高行车安全性和舒适性。
3.在沥青路面快速发展的同时，也逐步显现出大量问题，以路面建成后出现早期病害较为常见。病害最开始以局部低程度小范围的形式随机出现，经不断扩展后渐渐形成大面积的路面破损，如横纵裂缝、坑槽、车辙、松散剥落、泛油、推移等路面病害的出现。
4.大量研究表明，沥青路面病害问题与施工过程中产生的离析有关，混合料在施工过程中产生离析来源于混合料拌和过程、运输过程、摊铺过程和混合料碾压过程。混合料离析会导致混合料级配和沥青含量变化，级配、沥青含量以及空隙率与设计标准存在较大差异，使路面结构特性变差，在不同区域路面表现出不同的性能，将会严重影响沥青路面的路用性能。
5.我国相关规范中目前并没有具体的沥青混合料离析检测方法及评价标准，现有相关成果中多采用路面芯样或制备沥青混合料试件分析离析特性，采用路面芯样会对原路面造成一定损伤，制备沥青混合料试件需要经过一系列繁琐的试验才能取得相应的试验结果。且上述方法往往只能做到离析后的路面改善处理，无法在施工前对离析进行预测及控制，在混合料设计阶段缺乏预先的评价，造成施工管理的盲目性，缺乏针对性。因此，在沥青混合料离析研究中如何从根源解决离析问题成为道路设计者需要考虑的问题。
6.目前用于评价离析的方法主要是根据已有离析判别标准以设计不同离析混合料为依据，再通过各离析混合料再次制定新的离析评价体系。而通过模拟施工过程离析情况尤其是混合料生产运输阶段的方法相对较少，相应的室内模拟沥青混合料离析设备也较为缺乏。


技术实现要素：

7.本发明提出一种沥青混合料离析程度室内模拟装置及其使用方法，通过本发明可直接模拟混合料楼落至运输车车厢内堆料的离析情况，混合料下落高度可作为试验变量，进一步研究混合料下落堆料过程中离析特性以及其影响因素。
8.通过本发明，技术人员可以从控制沥青混合料离析的角度出发，为基于加强抗离析能力的沥青混合料配合比设计提供参考，为沥青混合料施工技术提出指导，有效改善沥青混合料离析特性。
9.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案解决上述问
题：
10.一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，包括基座系统、盛样系统和分样系统；所述基座系统包括四分之一圆的扇形底座，设于底座对应圆心位置的纵向滑杆，以及分设于底座左右两侧的侧面挡板；所述盛样系统包括纵向滑动连接于滑杆的盛样桶，以及控制盛样桶底部开合的开合机构；所述底座顶部开设用于承接下落沥青的接料槽，所述分样系统包括可拆卸设于接料槽内的分样器和接料外板；所述分样器和接料外板从内至外依次设置将下落沥青分隔于不同区域。
11.上述方案中，沥青混合料从盛样桶下落至分样器和接料外板围成的接料区形成堆料，分样器将下落堆料划分为由内至外的不同区域，划分完后可拆开分样器和接料外板，收集不同区域的沥青混合料进行测定。盛样桶安装高度可调，可将混合料下落高度作为实验变量，进一步研究混合料下落堆料过程中离析特性以及影响因素。
12.为了有效模拟混合料下落情况，分析离析特性。所述盛样桶采用直径小于底座的扇形筒状结构，所述盛样桶通过设于圆心位置的滑套纵向滑动连接于滑杆，所述滑套通过夹紧旋钮夹紧定位于滑杆。
13.进一步的，所述开合机构包括左右两个分别铰接于盛样桶底端两侧的扇片，两侧扇片向中部闭合可将盛样桶底部封闭，所述盛样桶外壁设置可对闭合状态扇片进行支撑的旋转开关。
14.进一步的，所述开合机构的左右两扇片在闭合状态时中部重叠；所述旋转开关采用z字形结构，其中部纵向铰接于盛样桶弧形壁，顶部作为把手，底部对扇片进行支撑。
15.进一步的，所述分样器由内外两个圆弧片，以及分设于圆弧片两侧的长侧板和短侧板构成；所述接料外板中部为圆弧片，两端设置与接料槽内壁配合的连接片，接料槽设置与连接片配合的定位凸榫；所述长侧板两端分别与接料槽和接料外板抵接实现定位，所述分样器和接料外板将下落堆料分割为从内至外的3个区域。
16.进一步的，所述分样器和接料外板采用具有一定弹性的金属片制作。
17.进一步的，所述底座底部沿圆周均设多个高度可调的支脚，并配置用于判断底座是否水平的水准泡。
18.进一步的，所述滑杆设置指示盛样桶安装高度的刻度。
19.采用上述沥青混合料离析程度室内模拟装置的使用方法，包括以下步骤：
20.a)按照级配比例拌和沥青混合料；
21.b)提前将盛样桶、分样器、接料外板放置烘箱内预热备用，使其温度与试验混合料温度一致；
22.c)将预热完毕的盛料桶滑动连接于滑杆，调节到设定高度固定，调节开合机构确保盛料桶底部处于关闭状态；
23.d)将预热完毕的分样器和接料外板安装固定于底座顶部的接料槽中，构成四分之一圆柱形的接料区；
24.e)将拌和好的混合料分批次倒至盛样桶内，以保证盛样桶内沥青混合料的均匀性；
25.f)打开开合机构，使混合料自由落体至接料区形成堆料；
26.g)分样器和接料外板将下落堆料划分为由内至外的i(ineer内侧)、m(middle中
部)、o(outside外侧)三个区域，划分完后拆开分样器和接料外板，收集内、中、外三区沥青混合料；
27.h)测定各区沥青混合料实际油石比及级配，通过下公式计算得到各区域沥青用量变化、级配偏离的质量加权值，得到沥青混合料离析程度评价指标q、s；
[0028][0029]
q
i
＝p
i
‑
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
[0030][0031]
式中，m
i
—区域内沥青混合料质量，i为1、2、3，分别代表i、m、o三个区域；
[0032]
m—沥青混合料总质量；
[0033]
k
i
—质量加权系数；
[0034]
p
i
—区域内离析混合料实际沥青用量；
[0035]
p—级配最佳沥青用量；
[0036]
q
i
—区域内沥青用量变化；
[0037]
q—质量加权沥青用量差；
[0038][0039][0040]
式中，p
m,j
—区域内设计级配集料筛孔j的通过百分率；
[0041]
p
a,j
—区域内实际集料筛孔j的通过百分率；
[0042]
s
i
—区域内计算级配差异值；
[0043]
s—质量加权级配偏离值。
[0044]
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0045]
1、混合料在施工过程中产生离析来源于混合料拌和过程、运输过程、摊铺过程和混合料碾压过程，混合料运输过程产生的离析研究尤为缺乏。混合料装车是混合料运输过程的前序步骤，本发明所述模拟装置可直接模拟混合料楼落至运输车车厢内堆料的离析情况，并能以混合料下落高度作为变量进行试验，以油石比变化情况、级配变化情况、级配偏离值s作为沥青混合料离析评价指标，进一步分析混合料下落堆料过程中离析特性以及影响因素。
[0046]
2、本发明所述模拟装置中底座和盛样桶采用四分之一圆结构，可在减小装置占地面积的情况下，有效模拟物料下落后堆料情况，更好的适用于室内模拟沥青混合料离析。
附图说明
[0047]
图1为本发明模拟装置的结构示意图；
[0048]
图2为本发明盛样系统的背侧结构示意图；
[0049]
图3为本发明分样系统的结构示意图。
[0050]
图号标识：1、基座系统，11、底座，111、接料槽，12、滑杆，13、侧面挡板，14、定位凸榫，15、支脚，16、水准泡，2、盛样系统，21、盛样桶，22、滑套，23、限位螺栓，24、扇片，25、旋转开关，3、分样系统，31、分样器，32、接料外板。
具体实施方式
[0051]
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0052]
本实施例所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，如附图1、2、3所示，主体包括基座系统1、盛样系统2、分样系统3。
[0053]
其中基座系统1由底座11、滑杆12、侧面挡板13、定位凸榫14构成，底座11采用四分之一圆的直角扇形结构。底座11顶部开设直角扇形的接料槽111，接料槽111左右两侧壁与底座11两侧壁等距，接料槽111前部开口以便分样系统3拆装。滑杆12纵向安装于底座11对应扇形圆心位置，侧面挡板13纵向安装于底座11顶部两侧。盛样系统2纵向滑动安装于滑杆12上，盛样系统2下落的混合料可被侧面挡板13限位控制于接料槽111内。滑杆12设置指示高度的刻度，盛样系统2可根据刻度调节滑动固定位。
[0054]
如附图1、2所示，盛样系统2包括滑动连接于滑杆12的盛样桶21，盛样桶21采用直径小于底座11的扇形筒状结构，通过设置于对应圆心位置的滑套22纵向滑动连接于滑杆12。所述滑套22采用开设有对接槽口的夹型套，滑套22与滑杆12的相对位置可通过连接两侧槽口的夹紧旋钮23调节。
[0055]
盛样桶21底部通过开合机构控制开合，进而控制混合料的下落。所述控制开合包括铰接于两个分别铰接于盛样桶21底端两侧的扇片24，两侧扇片24向中部闭合时具有交叠，两侧扇片24开设相互配合的连接阶梯，当两侧扇片24闭合时可将盛样桶21底部封闭。
[0056]
扇片24的开合通过旋转开关25控制，旋转开关25采用z字形结构，其中部铰接于盛样桶21弧形外壁中部设置的纵向铰套，顶部水平部分作为旋转把手，底部水平部分用于对闭合状态的扇片24进行支撑。转动旋转开关25可去掉对扇片24支撑，使扇片24的非铰接端下落，盛样桶21内混合料可自由落体至接料槽111内，模拟混合料从楼落至运输车车厢内堆料情况。
[0057]
如附图3所示，分样系统3包括分样器31和接料外板32，分样器31、接料外板32内至外依次设置将接料槽111分隔成三个弧形区域。分样器31由内外两个圆弧片，以及分设于圆弧片两侧的长侧板和短侧板构成。短侧板两端连接内外两圆弧片的端头，长侧板两端超过两圆弧片向外延伸，内端与接料槽111抵接，外端与接料外板32内侧抵接。分样器31安装时，长侧板和短侧板分别贴合安装于左右接料槽111左右两侧壁。
[0058]
接料外板32中部为圆弧片，两端为与接料槽111内壁贴合定位的连接片。接料槽111侧壁设置与连接片配合的定位凸榫14，连接片开设可供定位凸榫14穿过的定位孔。接料外板32和分样器31采用铁片制作，具有一定的弹力和导热性，可便于接料外板32与定位凸榫14的配合安装。铁片预热后可与试验混合料温度一致，便于下落混合料堆积均匀；铁片冷却后易与沥青混合料分离，便于试件剥离。
[0059]
为使装置能更好的适用于支撑面的模拟试验，底座11底部沿圆周均设3个高度可调的支脚15，支脚15可采用纵向螺纹连接于底座11底端的螺栓脚。底座11上设有用于判断
是否水平的水准泡16，以水准泡16标尺，通过改变各螺栓脚螺纹连接长度调节底座11的水平度，保证模拟精度。
[0060]
采用上述沥青混合料离析程度室内模拟装置的使用方法，包括以下步骤：
[0061]
a)按照级配比例拌和沥青混合料；
[0062]
b)提前将盛样桶21、分样器31、接料外板32放置烘箱内预热备用，使其温度与试验混合料温度一致；
[0063]
c)调节底座11底部的支脚15，使水准泡16的水平泡居中，调平整个设备；
[0064]
d)将预热完毕的盛料桶21滑动连接于滑杆12，调节到设定试验下落高度并通过限位螺栓23拧紧固定；调节开合机构，向上转动两扇片24使其叠合，使旋转开关25底部对扇片24进行支撑，以确保盛料桶21底部处于关闭状态；
[0065]
e)将预热完毕的分样器31和接料外板32安装固定于底座11顶部的接料槽111中，使定位凸榫14穿过接料外板32上的穿孔定位，构成四分之一圆柱形的接料区；
[0066]
f)将拌和好的混合料分批次倒至盛样桶21内，以保证盛样桶21内沥青混合料的均匀性；
[0067]
g)转动旋转开关25打开开合机构，使混合料自由落体至接料区形成堆料；
[0068]
h)分样器31和接料外板32将下落堆料划分为由内至外的i(ineer内侧)、m(middle中部)、o(outside外侧)三个区域，划分完后拆开分样器31和接料外板32，收集内、中、外三区沥青混合料；
[0069]
i)测定各区沥青混合料实际油石比及级配，通过下公式计算得到各区域沥青用量变化、级配偏离的质量加权值，得到沥青混合料离析程度评价指标q、s；
[0070][0071]
q
i
＝p
i
‑
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
[0072][0073]
式中，m
i
—区域内沥青混合料质量，i为1、2、3，分别代表i、m、o三个区域；
[0074]
m—沥青混合料总质量；
[0075]
k
i
—质量加权系数；
[0076]
p
i
—区域内离析混合料实际沥青用量；
[0077]
p—级配最佳沥青用量；
[0078]
q
i
—区域内沥青用量变化；
[0079]
q—质量加权沥青用量差；
[0080][0081][0082]
式中，p
m,j
—区域内设计级配集料筛孔j的通过百分率；
[0083]
p
a,j
—区域内实际集料筛孔j的通过百分率；
[0084]
s
i
—区域内计算级配差异值；
[0085]
s—质量加权级配偏离值。
[0086]
以bl
‑
3级配为例(级配情况如表1)，最佳油石比为5.57％，对应的的沥青用量为5.28％，以1000mm为试验下落高度，采用上述试验步骤，收集i、m、o三个区域混合料，分别进行燃烧试验后即进行水洗筛分，试验结果见表2、3、4。
[0087]
表1 bl
‑
3沥青混合料合成级配
[0088][0089]
表2bl
‑
3级配三组橡胶沥青混合料各区域检测结果
[0090][0091]
表3bl
‑
3级配三组橡胶沥青混合料各区域混合料矿料通过率
[0092][0093]
表4bl
‑
3级配橡胶沥青混合料试验数据分析
[0094][0095]
根据式1、3、5，得到离析程度指标加权沥青用量差q和加权级配偏离值s的具体数值。
[0096][0097][0098]
结论：
[0099]
通过本发明所述方法能获得离析程度指标加权沥青用量差q和加权级配偏离值s，方法中可将级配和下落高度作为变量，获取对应的加权沥青用量差q和加权级配偏离值s，并根据对q、s的数据分析，技术人员可以从控制沥青混合料离析的角度出发，为基于加强抗离析能力的沥青混合料配合比设计提供参考，为沥青混合料施工技术提出指导，改善沥青混合料离析特性。
[0100]
以上结合附图对本发明的实施方式详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：包括基座系统(1)、盛样系统(2)和分样系统(3)；所述基座系统包括四分之一圆的扇形底座(11)，设于底座(11)对应圆心位置的纵向滑杆(12)，以及分设于底座(11)左右两侧的侧面挡板(13)；所述盛样系统(2)包括纵向滑动连接于滑杆(12)的盛样桶(21)，以及控制盛样桶(21)底部开合的开合机构；所述底座(11)顶部开设用于承接下落沥青的接料槽(111)，所述分样系统(3)包括可拆卸设于接料槽(111)内的分样器(31)和接料外板(32)；所述分样器(31)和接料外板(32)从内至外依次设置将下落沥青分隔于不同区域。2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述盛样桶(21)采用直径小于底座(11)的扇形筒状结构，所述盛样桶(21)通过设于圆心位置的滑套(22)纵向滑动连接于滑杆(12)，所述滑套(22)通过夹紧旋钮(23)夹紧定位于滑杆(12)。3.根据权利要求2所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述开合机构包括左右两个分别铰接于盛样桶(21)底端两侧的扇片(24)，两侧扇片(24)向中部闭合可将盛样桶(21)底部封闭，所述盛样桶(21)外壁设置可对闭合状态扇片(24)进行支撑的旋转开关(25)。4.根据权利要求3所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述开合机构的左右两扇片(24)在闭合状态时中部重叠；所述旋转开关(25)采用z字形结构，其中部纵向铰接于盛样桶(21)弧形壁，顶部作为把手，底部对扇片(24)进行支撑。5.根据权利要求1所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述分样器(31)由内外两个圆弧片，以及分设于圆弧片两侧的长侧板和短侧板构成；所述接料外板(32)中部为圆弧片，两端设置与接料槽(111)内壁配合的连接片，接料槽(111)设置与连接片配合的定位凸榫(14)；所述长侧板两端分别与接料槽(111)和接料外板(32)抵接实现定位，分样器(31)和接料外板(32)将下落堆料分割为从内至外的3个区域。6.根据权利要求5所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述分样器(31)和接料外板(32)采用具有一定弹性的金属片制作。7.根据权利要求1所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述底座(11)底部沿圆周均设多个高度可调的支脚(15)，并配置用于判断底座(11)是否水平的水准泡(16)。8.根据权利要求1所述的一种沥青混合料离析程度室内模拟装置，其特征在于：所述滑杆(12)设置指示盛样桶(21)安装高度的刻度。9.根据权利要求1～8中任何一项所述一种沥青混合料离析程度室内模拟装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：a)按照级配比例拌和沥青混合料；b)提前将盛样桶(21)、分样器(31)、接料外板(32)放置烘箱内预热备用，使其温度与试验混合料温度一致；c)将预热完毕的盛料桶(21)滑动连接于滑杆(12)，调节到设定高度固定，调节开合机构确保盛料桶(21)底部处于关闭状态；d)将预热完毕的分样器(31)和接料外板(32)安装固定于底座(11)顶部的接料槽(111)
中，构成四分之一圆柱形的接料区；e)将拌和好的混合料分批次倒至盛样桶(21)内，以保证盛样桶(21)内沥青混合料的均匀性；f)打开开合机构，使混合料自由落体至接料区形成堆料；g)分样器(31)和接料外板(32)将下落堆料划分为由内至外的i、m、o三个区域，划分完后拆开分样器(31)和接料外板(32)，收集内、中、外三区沥青混合料；h)测定各区沥青混合料实际油石比及级配，通过下公式计算得到各区域沥青用量变化、级配偏离的质量加权值，得到沥青混合料离析程度评价指标q、s；q
i
＝p
i
‑
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2式中，m
i
—区域内沥青混合料质量，i为1、2、3，分别代表i、m、o三个区域；m—沥青混合料总质量；k
i
—质量加权系数；p
i
—区域内离析混合料实际沥青用量；p—级配最佳沥青用量；q
i
—区域内沥青用量变化；q—质量加权沥青用量差；q—质量加权沥青用量差；式中，p
m,j
—区域内设计级配集料筛孔j的通过百分率；p
a,j
—区域内实际集料筛孔j的通过百分率；s
i
—区域内计算级配差异值；s—质量加权级配偏离值。
技术总结
本发明提供一种沥青混合料离析程度室内模拟装置及其使用方法，包括基座系统、盛样系统和分样系统；基座系统包括直角扇形底座、圆心位置的纵向滑杆、底座左右两侧的侧面挡板；盛样系统包括滑动连接于滑杆的盛样桶，以及控制盛样桶底部开合的开合机构；所述底座顶部开设用于承接下落沥青的接料槽，混合料从盛样系统落入接料槽被分样系统分隔于不同区域，通过对不同区域下落沥青的分析可获得沥青混合料离析程度评价指标Q、S。通过本发明可直接模拟混合料拌和并楼落至运输车车厢内堆料的离析情况，混合料下落高度可作为试验变量，对沥青混合料离析程度评价指标Q、S进一步分析，有助于研究混合料拌和、运输过程中离析特性以及影响因素。响因素。响因素。


技术研发人员：谭继宗 危笛 张洪刚 张红波 王跃虎 李平 熊保林 王秋敏 李婧 徐升
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021/6/29