瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置的開發(fā)與應用*

□ 霍亞光 □ 宋緒丁 □ 劉海明

1.長安大學現代工程訓練中心 西安 710018

2.長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室 西安 710064

1 研究背景

瀝青道路層間接合的優(yōu)劣是影響瀝青路面使用壽命的重要因素，若道路兩層之間接合面的抗拉伸強度不足，就會削弱道路結構的整體抗破壞能力，影響道路結構的整體性，使道路層間滑移、擁包和車轍等路面早期破壞現象更容易出現［1-3］。為了有效防止出現以上現象，必須在層間接合面施工結束后及時對其抗拉伸性能進行檢測，找出道路施工的薄弱部位，采取相應補救措施，保證道路施工的質量。目前，國內外現有的檢測設備各不相同，但普遍存在價格昂貴、體積大，且不適用于野外施工現場實時檢測等缺點，在野外檢測時還必須采用發(fā)電機供電，進而帶來電磁干擾，會在很大程度上影響檢測結果的可靠性［4-5］。

為此，筆者設計開發(fā)了一種瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置，這一裝置在野外施工現場進行實時檢測時可直接采用蓄電池供電，避免了由發(fā)電機供電而引起的電磁干擾，使檢查結果更可靠。通過對大量檢測數據的分析總結，可得出不同粘接材料對道路層間抗拉伸強度的影響規(guī)律，從而使工程技術人員可以根據工程性質選擇恰當的層間粘接材料，在保證施工質量的同時兼顧經濟效益。

2 檢測裝置的設計

2.1 主體結構

瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置主要由底板、蝸桿、蝸輪、步進電機、螺桿、拉力傳感器、導桿、導向滑套、拉拔頭和拉拔座等部件組成［6］，結構如圖1所示。步進電機通過皮帶和帶輪與蝸桿連接，蝸桿與蝸輪構成蝸輪蝸桿傳動副，蝸輪內側的梯形內螺紋與螺桿外側的梯形外螺紋構成梯形螺紋傳動副，螺桿與導桿之間安裝有拉力傳感器，導桿右端安裝有與拉拔座配合使用的拉拔頭。

2.2 工作原理

使用檢測裝置時，將試樣固定在拉拔頭和拉拔座之間，啟動步進電機正向轉動。步進電機通過皮帶和帶輪驅動蝸桿正向轉動，蝸桿在蝸輪蝸桿傳動副的作用下驅動蝸輪正向轉動，蝸輪在梯形螺紋傳動副的作用下驅動螺桿在水平方向上向左移動。螺桿通過拉力傳感器和導桿帶動拉拔頭拉拔試樣，直至試樣斷裂。與此同時，控制系統(tǒng)按照設定的時間間隔不斷采集來自拉力傳感器的拉拔力數據，并實時將數據傳送至上位機，最終以波形圖的形式顯示出來。

▲圖1 瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置結構示意圖

2.3 控制系統(tǒng)

瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置控制系統(tǒng)結構框圖如圖2所示，其核心是MSP430單片機，可實現拉力傳感器信號的采集、放大，以及濾波處理和數據傳輸等功能。上位機通過MSP430單片機采集拉拔力信號，并完成對信號的接收、計算、處理、顯示和存儲。同時，MSP430單片機還可生成控制步進電機運轉的脈沖信號［7-8］。

▲圖2 瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置控制系統(tǒng)結構框圖

2.4 應用軟件

瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置的控制系統(tǒng)選用LabVIEW作為開發(fā)平臺，前面板操作界面采用人機交互模式［9-10］。在使用控制系統(tǒng)進行檢測之前，操作人員可以在前面板對步進電機轉速、波形圖縱橫坐標等參數進行初始化設置。在檢測過程中，檢測到的數據可以實時以波形圖的形式顯示出來。檢測完成后，控制系統(tǒng)還可以保存檢測數據和波形圖，并生成檢測報告。控制系統(tǒng)的操作界面如圖3所示。

3 檢測裝置的應用

3.1 檢測實例

為了檢驗瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置的具體使用情況，選擇江蘇省某城市北環(huán)快速路二期工程橋面層間抗拉伸性能進行檢測。檢測位置為拉拔點樁號K4+462.4 m，檢測試樣為φ100 mm圓柱狀馬歇爾試樣，檢測溫度為室溫，試樣層間粘接材料為環(huán)氧瀝青。

3.2 結果分析

在現場檢測過程中，整個檢測裝置使用正常，運行平穩(wěn)可靠，能夠完全滿足現場檢測的各項要求。檢測試樣的拉拔力曲線如圖4所示，由圖4可知，檢測裝置控制系統(tǒng)具有很好的抗電磁干擾能力，檢測數據準確，拉拔力曲線光滑連續(xù)，且沒有發(fā)生信號突變。

▲圖3 控制系統(tǒng)操作界面

▲圖4 檢測試樣拉拔力曲線

4 結論

針對現有瀝青道路層間檢測裝置存在的問題與不足，設計開發(fā)了一種瀝青道路層間抗拉伸性能檢測裝置。這一檢測裝置采用蓄電池供電，運行穩(wěn)定可靠，抗電磁干擾能力強。通過測試證明了這一檢測裝置對瀝青道路層間接合面拉拔強度檢測結果的準確性，可以滿足室內外瀝青道路層間抗拉伸性能的檢測要求，實用性強。

［1］劉麗.瀝青路面層間處治技術研究［D］.西安：長安大學，2008.

［2］呂彭民，吳浩，宋緒丁，等.瀝青混凝土路面層間黏結強度及橋面防水層黏結強度試驗研究［J］.公路，2009 （11）：115-119.

［3］郭寅川，申愛琴，張金榮，等.瀝青路面粘層材料性能的試驗［J］.長安大學學報（自然科學版），2011，31（6）：16-20.

［4］蘇凱，武建民，陳忠達，等.一種新型路面材料剪切儀的開發(fā)及應用［J］.公路， 2006（2）：134-136.

［5］梁楊.瀝青混合料多功能剪切儀的開發(fā)研究［D］.西安：長安大學，2009.

［6］呂彭民，宋緒丁，吳浩.瀝青路面層間剪切強度檢測儀：200910020868.T［P］.2009-06-24.

［7］肖森斌，何永義.基于MSP430的圓度儀測控系統(tǒng)的研究［J］.機械制造，2014，52（12）：81-84.

［8］陳龍，鄧先燦，孫麒.基于MSP430單片機的多路數據采集系統(tǒng)的設計［J］.現代電子技術，2006（20）：107-109，112.

［9］鄔再新，田旭東，王振華，等.基于 LabVIEW 的高速電主軸試驗臺數據采集系統(tǒng)設計［J］.機械制造，2015，53（10）：47-49.

［10］孟武勝，朱劍波，黃鴻，等.基于LabVIEW數據采集系統(tǒng)的設計［J］.電子測量技術， 2008，31（11）：63-65.