技术领域
[0001] 本
发明涉及道路工程
沥青混合料测试技术领域，具体涉及一种多功能路面铺装材料性能测试试验装置及试验方法。
背景技术
[0002] 目前路面的使用年限远达不到设计年限，路面的维修则花费了大量的人
力、物力和财力，因此路面的长期性能观测则与
预防性养护研究在道路的整个服役寿命周期中显得尤为重要。
[0003] 国内外对沥青路面长期路用性能以及预防性养护后的性能衰减研究，多依托某一个实体工程项目或者大型环道试验设施，存在研究投入较大、周期长，而且不具有普适性的问题，而对于路面结构内部的
应力应变分析，大多采用有限元
软件模拟，但是路面性能衰变和结构破坏机理，是在多重耦合作用下的结果，数值模拟与路面实际情况存在较大误差。同时，对于沥青路面在全寿命周期中的性能变化并没有标准试验方法和评价指标，也缺乏相关的实验设备，对同时考虑轴载、速度、温湿度等多重耦合作用下的路面性能衰变研究较少。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题在于针对上述
现有技术存在的不足，提供一种多功能路面铺装材料性能测试试验装置及试验方法，能够兼顾多种工况和试验环境条件，研究获得新建路面或者养护后路面的性能衰减情况，从而对路面材料、结构和功能性进行研究分析，并能进一步研究服役状况下的路面在全寿命周期下的性能变化规律；相对于铺设试验段、大型环道试验而言，本发明具有使用方便、经济等特点。
[0005] 本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
[0006] 一种多功能路面铺装材料性能测试试验装置，其特征在于，包括可升降反力架、轮胎循环加载装置、路面成型模具和性能测试系统：
[0007] 所述可升降反力架包括立柱和横梁，所述立柱内安装有液压升降系统以驱动所述横梁做升降运动；
[0008] 所述轮胎循环加载装置包括垂向杆件、中心
齿轮、轮胎组件和驱动组件，所述垂向杆件上端与所述横梁固定连接，垂向杆件下端转动安装所述中心齿轮，所述轮胎组件与所述中心齿轮同轴安装，所述驱动组件驱动所述中心齿轮转动，以带动所述轮胎组件转动；
[0009] 所述路面成型模具用于盛装路面铺装材料，所述轮胎组件可以在成型的路面上滚动以施加
载荷；
[0010] 所述性能测试系统包括可移动
支架和安装于可移动支架上以及安装于路面铺装材料中的各种测试仪器。
[0011] 上述方案中，所述多功能路面铺装材料性能测试试验装置还包括环境调控系统，所述环境调控系统包括
水槽和恒温水浴仪器，所述路面成型模具放置于所述水槽中，所述水槽通过管路与所述恒温水浴仪器连接，通过恒温水浴仪器的加热和制冷功能，对水槽中的路面铺装材料进行水浴，模拟实际路面的雨水天气和冻融环境。
[0012] 上述方案中，所述环境调控系统还包括扣盖，所述扣盖与所述水槽适配，组装后形成密闭
箱体结构；所述扣盖内置紫外光照灯和温湿度
控制器，用于对
混凝土路面进行设定时间的养生。
[0013] 上述方案中，所述路面成型模具的
侧壁为高度可以调节的伸缩结构，以成型不同厚度的混凝土路面；所述路面成型模具通过
螺栓固定于所述水槽中，通过调节螺栓的高度使所述路面成型模具具有一定的倾斜度，模拟路面坡度状况。
[0014] 上述方案中，所述可移动支架的下端通过可拆卸的方式固定安装于所述水槽与路面成型模具之间；所述可移动支架上部分前端设置激光位移
传感器和探地雷达发射接收天线，分别用于测量路面在轮胎作用下产出的车辙深度和实时检测路面结构的
介电常数变化；所述可移动支架中部设置声级计，用于测量轮胎与路面之间的噪声；路面铺装材料内部设置应变、应力、
加速度传感器，实时测试路面静力和动力响应变化规律。
[0015] 上述方案中，所述轮胎循环加载装置还包括向心推力
轴承，所述中心齿轮通过所述向心
推力轴承安装于所述垂向杆件下端，所述垂向杆件与向心推力轴承之间设置力传感器，用于测试轴向压力。
[0016] 上述方案中，所述轮胎组件包括转盘、伸缩轴、轮胎，所述转盘固定安装于所述中心齿轮的下部，随中心齿轮同步转动，所述转盘侧面沿周向布置若干伸缩轴，每个伸缩轴的端部转动安装一个轮胎。
[0017] 上述方案中，所述驱动组件包括
电机、变速箱、传动杆、齿轮箱，所述电机安装于所述横梁上，所述电机通过变速箱与传动杆连接，传动杆的底端通过所述齿轮箱与所述中心齿轮连接。
[0018] 上述方案中，所述立柱与横梁的连接部位安装有位移传感器，用于测试垂向移动位移的大小。
[0019] 本发明还提出一种多功能路面铺装材料性能测试试验方法，该试验方法采用上述试验装置进行，具体包括以下步骤：
[0020] 第一步，按照所需要制备的路面厚度调节路面成型模具的高度，根据设计的配合比将
沥青混凝土各材料按照比例拌合均匀，按照一定的摊铺系数将其摊铺到路面成型模具中，通过小型压路机按照一定的碾压工艺对沥青混合料进行碾压成型，冷却至室温备用；
[0021] 第二步，根据不同的试验目的，通过环境调控系统对成型后的试件进行养生，包括不同
温度、湿度、紫外光照射、浸水与否；
[0022] 第三步，将试件与水槽一起吊运至轮胎循环加载装置下方，调节液压升降系统，使轮胎
接触试件表面，并通过力传感器控制轮胎与路面之间的力，使其达到设计载荷；
[0023] 第四步，安装可移动支架，安装激光位移传感器、声级计、探地雷达发射接受天线，通过性能测试系统实时监测路面的性能变化规律，同时采用裂缝观测仪对路裂缝发展进行观测、采用摆式摩擦仪对路面抗滑性能进行检测；
[0024] 第五步，根据设计要求，开动循环加载装置对路面进行循环加载，根据设计要求定时对路面性能按照第五步方法对路面进行动态检测；
[0025] 第六步，根据需要使用恒温水浴仪器，让路面处在一定温度水浴环境中养生，根据需要使用扣盖，对路面进行恒温、恒湿以及紫外线环境下养生，然后继续进行循环加载；根据需要通过螺栓调节路面成型模具的倾斜度，可以模拟实际路面的上下坡状况，并通过设置不同加载速度和循环次数，借助路面内置传感器，研究不同坡度情况下路面的力学行为；
[0026] 第七步，按照第五步中的检测方法，对路面的车辙、噪声、抗滑性能、介电常数(路面处在干燥环境时)、裂缝发展进行动态监测，也可以根据需要增加检测手段，全面分析路面性能的衰变规律；定期对路面进行钻芯取样，对称取芯可进行平行试验，通过材料试验机对其进行力学分析，研究沥青路面的性能衰减情况，并在理论上完善沥青混凝土路面的疲劳、永久
变形、开裂预估模型；
[0027] 第八步，路面在多重耦合作用下可能会出现早期病害，如裂缝、剥落、
坑槽，若无，则人为进行切缝或者开槽，然后针对不同病害采用多种不同养护方法，通过在界面设置应力传感器，并结合上述养生、加载和检测方法对养护后路面进行动态监测，以此评定养护措施的优劣，并对其进行优化；
[0028] 第九步，对已完成上述试验后的路面进行状况评定，选择对应的预防性养护措施，如雾封层、微表处、超薄罩面，模拟不同的环境和荷载条件，通过各种指标进行短期和长期的性能观测，从而获得最佳的养护方案，包括材料、结构和施工工艺方面资料。
[0029] 本发明的有益效果在于：
[0030] 1、本发明多功能路面铺装材料性能测试试验装置通过设计可升降反力架来控制控制轮胎与路面之间的力，使其达到设计载荷；通过设计轮胎循环加载装置实现对路面的循环加载；通过设计路面成型模具来成型不同类型和厚度的沥青混凝土路面；通过设计环境调控系统对制备好的沥青混凝土材料进行设定时间的养生，为后续试验与性能检测做准备；通过设计性能测试系统对路面性能进行动态监测，研究路面抗滑和平整度影响因素以及路面性能与各影响因素之间的关系。整个试验装置及其试验方法在研究沥青路面服役全寿命周期中的性能变化方面，相对与铺筑试验段或者大型环道实验具有使用方便、经济的特点，并且能够兼顾多种工况和试验环境条件。
[0031] 2、本发明能够对不同厚度与类型的路面进行实验，同时能够通过调节模具高度，研究一定坡度路面的性能测试，测试方法上采用多个指标评价路面性能衰减情况，具有考虑全面、操作简单，效率高，普适性强的特点。
[0032] 3、本发明能够兼顾多种工况和试验环境条件，研究获得新建路面或者养护后路面的性能衰减情况，从而对路面材料、结构和功能性进行研究分析，并能进一步研究服役状况下的路面在全寿命周期下的性能变化规律；相对于铺设试验段、大型环道试验而言，本发明具有使用方便、经济等特点。
附图说明
[0033] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0034] 图1是本发明多功能路面铺装材料性能测试试验装置的结构示意图；
[0035] 图2是图1所示测试装置的轮胎组件与路面成型模具分开状态示意图。
[0036] 图中：10、可升降反力架；11、立柱；12、横梁；14、位移传感器；20、轮胎循环加载装置；21、垂向杆件；22、向心推力轴承；23、中心齿轮；24、轮胎组件；241、转盘；242、伸缩轴；243、轮胎；25、驱动组件；251、电机；252、变速箱；253、传动杆；254、齿轮箱；26、斜杆；30、路面成型模具；31、螺栓；32、吊环；40、环境调控系统；41、水槽；42、恒温水浴仪器；43、扣盖；
50、性能测试系统；51、可移动支架；52、激光位移传感器；53、声级计。
具体实施方式
[0037] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0038] 如图1-2所示，为本发明一较佳实施例的多功能路面铺装材料性能测试试验装置，包括可升降反力架10、轮胎循环加载装置20、路面成型模具30和性能测试系统50：
[0039] 可升降反力架10包括立柱11和横梁12，立柱11内安装有液压升降系统以驱动横梁12做升降运动。具体的，立柱11有两个，两个立柱11与地面采用螺栓紧固，其中一个立柱11内安装液压升降系统(图未示)，横梁12横置于两个立柱11顶端，通过液压升降系统控制横梁12的垂向移动。立柱11与横梁12的连接部位安装有位移传感器14，用于测试横梁12垂向移动位移的大小。
[0040] 轮胎循环加载装置20包括垂向杆件21、中心齿轮23、轮胎组件24和驱动组件25，垂向杆件21上端固定安装于横梁12的中部，用于固定下方设备和传递载荷，垂向杆件21下端通过向心推力轴承22与中心齿轮23连接，向心推力轴承22起到传递轴向力的作用。在垂向杆件21与向心推力轴承22之间设置力传感器，用于测试轴向压力。驱动组件25驱动中心齿轮23转动，轮胎组件24与中心齿轮23同轴安装。
[0041] 路面成型模具30用于盛装路面铺装材料，并成型不同类型和厚度的沥青混凝土路面，轮胎组件24可以在成型的路面上滚动以循环施加载荷。
[0042] 性能测试系统50包括可移动支架51和安装于可移动支架51上的以及安装于路面铺装材料内的各种测试仪器。
[0043] 进一步优化，本实施例中，多功能路面铺装材料性能测试试验装置还包括环境调控系统40，用于模拟路面在实际使用过程中的环境。环境调控系统40包括圆形
循环水槽41和恒温水浴仪器42，路面成型模具30放置于循环水槽41中，水槽41通过管路与恒温水浴仪器42连接，通过恒温水浴仪器42的加热和制冷功能，对水槽41中的路面铺装材料进行水浴，模拟实际路面的雨水天气和冻融环境。路面铺装材料在路面成型模具30中，路面成型模具30通过四个螺栓31固定在水槽41中，达到限
制模具竖向和
横向位移的作用，可以通过调节四个螺栓31的高度，使路面成型模具30具有一定的倾斜度，模拟路面坡度状况。路面成型模具30的侧边安装有吊环32，可以通过液压升降系统控制横梁12上升带动轮胎组件24上升，然后通过吊环32将路面成型模具30吊起并移出到外部空间。
[0044] 路面成型模具30的侧壁为高度可以调节的伸缩结构，以成型不同厚度的混凝土路面，控制松铺系数，将一定
质量的铺装材料装入模具，按规定通过小型压路机对铺装材料进行碾压，即可获得所需的路面铺装。
[0045] 进一步优化，本实施例中，环境调控系统40还包括扣盖43，扣盖43与水槽41适配，组装后形成密闭箱体结构；扣盖43内置紫外光照灯和温湿度控制器，用于对混凝土路面进行设定时间的养生。为控制不同的温湿度以及紫外线环境，将轮胎循环加载装置20整体上移后，在水槽41顶部盖上扣盖43，通过扣盖43内的紫外光照灯和温湿度控制器对制备好的沥青混凝土材料进行设定时间的养生，为后续试验与性能检测做准备。
[0046] 进一步优化，本实施例中，可移动支架51的下端通过可拆卸的方式固定安装于水槽41与路面成型模具30之间，可改变其在水槽41内的安装
位置以对不同位置进行测试。可移动支架51上部分前端设置激光位移传感器52和探地雷达发射接收天线(图未示)，激光位移传感器52用于测量路面在轮胎作用下产出的车辙深度，探地雷达发射接收天线用于实时检测路面结构的介电常数变化。可移动支架51中部设置声级计53，用于测量轮胎与路面之间的噪声。路面铺装材料内部设置应变传感器、应力传感器、加速度传感器，实时测试路面静力和动力响应变化规律。
[0047] 沥青路面在不同环境、循环加载后，对路面性能进行动态监测，研究路面抗滑和平整度影响因素以及路面性能与各影响因素之间的关系，也可定期对路面进行钻心取样，通过材料试验机对其进行力学分析，研究沥青路面的性能衰减情况，并在理论上完善沥青混凝土路面的疲劳、永久变形、开裂预估模型等，这种方法比道路现场钻心取样具有经济、方便快捷等优势。通过固定螺栓调节路面成型模具30的倾斜度，可以模拟实际路面的上坡状况，并通过设置不同速度和循环次数，借助路面内置传感器，研究不同坡度情况下路面的力学行为。
[0048] 进一步优化，本实施例中，轮胎组件24包括转盘241、伸缩轴242、轮胎243，转盘241固定安装于中心齿轮23的下部，随中心齿轮23同步转动，转盘241侧面沿周向布置若干伸缩轴242，每个伸缩轴242的端部转动安装一个轮胎243。具体的，本实施例中，轮胎243有三个，三个轮胎243沿转盘241轴向均匀布置，同时轮胎243可以在一定范围类伸缩，从而达到路面不同区域碾压的目的。
[0049] 进一步优化，本实施例中，驱动组件25包括电机251、变速箱252、传动杆253、齿轮箱254，电机251安装于横梁12上，电机251通过变速箱252与传动杆253上端连接，传动杆253的底端通过齿轮箱254与中心齿轮23连接，从而
驱动轮胎243做圆周运动。为了结构稳定，在传动杆253与横梁12之间设置斜杆26进行结构加固，传动杆253与斜杆26之间通过
套管或轴承连接。
[0050] 本发明还提出上述多功能路面铺装材料性能试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
[0051] 第一步，调节液压升降系统，使横梁12和轮胎组件24整体上移，轮胎243腾空，此时借助路面成型模具30四周的吊环32将其吊出，根据设计的配合比将沥青混凝土各材料按照比例拌合均匀，按照一定的摊铺系数将其摊铺到路面成型模具30中，通过小型压路机按照一定的碾压工艺对沥青混合料进行碾压成型，冷却至室温备用。
[0052] 第二步，可根据试验目的的不同，通过环境调控系统40对成型后的试件进行养生，包括不同温度、湿度、紫外光照射、浸水与否等环境条件；
[0053] 第三步，将试件与水槽41一起吊运至轮胎循环加载装置20下方，调节液压升降系统，使轮胎接触试件表面，并通过力传感器控制轮胎与路面之间的力，使其达到设计载荷；
[0054] 第四步，安装可移动支架51，安装激光位移传感器52、声级计53、探地雷达发射接受天线，通过性能测试系统50实时监测路面的性能变化规律，同时结合现有的仪器设备，如采用裂缝观测仪对路裂缝发展进行观测、采用摆式摩擦仪对路面抗滑性能进行检测等；
[0055] 第五步，根据设计要求，开动轮胎循环加载装置20对路面进行循环加载，根据设计要求定时对路面性能按照第五步方法对路面进行动态检测；
[0056] 第六步，根据需要使用恒温水浴仪器42，让路面处在一定温度水浴环境中养生，根据需要使用扣盖43，对路面进行恒温、恒湿以及紫外线环境下养生，然后继续进行循环加载；根据需要通过螺栓31调节路面成型模具30的倾斜度，可以模拟实际路面的上下坡状况，并通过设置不同加载速度和循环次数，借助路面内置传感器，研究不同坡度情况下路面的力学行为；
[0057] 第七步，按照第五步中的检测方法，对路面的车辙、噪声、抗滑性能、介电常数(路面处在干燥环境时)、裂缝发展等进行动态监测，也可以根据需要增加检测手段，全面分析路面性能的衰变规律；定期对路面进行钻芯取样，对称取芯可进行平行试验，通过材料试验机对其进行力学分析，研究沥青路面的性能衰减情况，并在理论上完善沥青混凝土路面的疲劳、永久变形、开裂预估模型等；
[0058] 第九步，路面在多重耦合作用下可能会出现早期病害，如裂缝、剥落、坑槽等，若无，则人为进行切缝或者开槽，然后针对不同病害采用多种不同养护方法，通过在界面设置应力传感器，并结合上述养生、加载和检测方法对养护后路面进行动态监测，以此评定养护措施的优劣，并对其进行优化。
[0059] 第十步，对已完成上述试验后的路面进行状况评定，选择对应的预防性养护措施，如雾封层、微表处、超薄罩面等，模拟不同的环境和荷载条件，通过各种指标进行短期和长期的性能观测，从而获得最佳的养护方案，包括材料、结构和施工工艺等方面资料。
[0060] 此外，还可通过固定螺栓调节路面成型模具30的倾斜度，可以模拟实际路面的上坡状况，并通过设置不同加载速度和循环次数，借助路面内置传感器，研究不同坡度情况下路面的力学行为。还可通过调节路面成型模具30的厚度，可以制备出
单层面层或者多层面层的沥青面层组成结构，结合设计的控制变量，例如混合料的级配和沥青的种类，从而达到对多种路面结构组合的车辙性能研究，同时结合加载方案，模拟真实环境下，不同控制变量对路面车辙病害的影响程度。
[0061] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0062] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和
权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
