瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用*

□ 霍亞光 □ 宋緒丁 □ 劉海明

1.長(zhǎng)安大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心 西安 710018

2.長(zhǎng)安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度不足，就會(huì)削弱道路結(jié)構(gòu)的整體抗破壞能力，影響道路結(jié)構(gòu)的整體性，使道路層間滑移、擁包和車轍等路面早期破壞現(xiàn)象更容易出現(xiàn)［1-3］。為了有效防止出現(xiàn)以上現(xiàn)象，必須在層間接合面施工結(jié)束后及時(shí)對(duì)其抗拉伸性能進(jìn)行檢測(cè)，找出道路施工的薄弱部位，采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，保證道路施工的質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備各不相同，但普遍存在價(jià)格昂貴、體積大，且不適用于野外施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)等缺點(diǎn)，在野外檢測(cè)時(shí)還必須采用發(fā)電機(jī)供電，進(jìn)而帶來(lái)電磁干擾，會(huì)在很大程度上影響檢測(cè)結(jié)果的可靠性［4-5］。

為此，筆者設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置，這一裝置在野外施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)時(shí)可直接采用蓄電池供電，避免了由發(fā)電機(jī)供電而引起的電磁干擾，使檢查結(jié)果更可靠。通過(guò)對(duì)大量檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，可得出不同粘接材料對(duì)道路層間抗拉伸強(qiáng)度的影響規(guī)律，從而使工程技術(shù)人員可以根據(jù)工程性質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)膶娱g粘接材料，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益。

2 檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

2.1 主體結(jié)構(gòu)

瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置主要由底板、蝸桿、蝸輪、步進(jìn)電機(jī)、螺桿、拉力傳感器、導(dǎo)桿、導(dǎo)向滑套、拉拔頭和拉拔座等部件組成［6］，結(jié)構(gòu)如圖1所示。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)皮帶和帶輪與蝸桿連接，蝸桿與蝸輪構(gòu)成蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，蝸輪內(nèi)側(cè)的梯形內(nèi)螺紋與螺桿外側(cè)的梯形外螺紋構(gòu)成梯形螺紋傳動(dòng)副，螺桿與導(dǎo)桿之間安裝有拉力傳感器，導(dǎo)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(cè)裝置時(shí)，將試樣固定在拉拔頭和拉拔座之間，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)皮帶和帶輪驅(qū)動(dòng)蝸桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿在蝸輪蝸桿傳動(dòng)副的作用下驅(qū)動(dòng)蝸輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪在梯形螺紋傳動(dòng)副的作用下驅(qū)動(dòng)螺桿在水平方向上向左移動(dòng)。螺桿通過(guò)拉力傳感器和導(dǎo)桿帶動(dòng)拉拔頭拉拔試樣，直至試樣斷裂。與此同時(shí)，控制系統(tǒng)按照設(shè)定的時(shí)間間隔不斷采集來(lái)自拉力傳感器的拉拔力數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，最終以波形圖的形式顯示出來(lái)。

▲圖1 瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 控制系統(tǒng)

瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，其核心是MSP430單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)拉力傳感器信號(hào)的采集、放大，以及濾波處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。上位機(jī)通過(guò)MSP430單片機(jī)采集拉拔力信號(hào)，并完成對(duì)信號(hào)的接收、計(jì)算、處理、顯示和存儲(chǔ)。同時(shí)，MSP430單片機(jī)還可生成控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)［7-8］。

▲圖2 瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.4 應(yīng)用軟件

瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)選用LabVIEW作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，前面板操作界面采用人機(jī)交互模式［9-10］。在使用控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)之前，操作人員可以在前面板對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、波形圖縱橫坐標(biāo)等參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置。在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)以波形圖的形式顯示出來(lái)。檢測(cè)完成后，控制系統(tǒng)還可以保存檢測(cè)數(shù)據(jù)和波形圖，并生成檢測(cè)報(bào)告。控制系統(tǒng)的操作界面如圖3所示。

3 檢測(cè)裝置的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)實(shí)例

為了檢驗(yàn)瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)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(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)位置為拉拔點(diǎn)樁號(hào)K4+462.4 m，檢測(cè)試樣為φ100 mm圓柱狀馬歇爾試樣，檢測(cè)溫度為室溫，試樣層間粘接材料為環(huán)氧瀝青。

3.2 結(jié)果分析

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，整個(gè)檢測(cè)裝置使用正常，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，能夠完全滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的各項(xiàng)要求。檢測(cè)試樣的拉拔力曲線如圖4所示，由圖4可知，檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)具有很好的抗電磁干擾能力，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，拉拔力曲線光滑連續(xù)，且沒(méi)有發(fā)生信號(hào)突變。

▲圖3 控制系統(tǒng)操作界面

▲圖4 檢測(cè)試樣拉拔力曲線

4 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有瀝青道路層間檢測(cè)裝置存在的問(wèn)題與不足，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種瀝青道路層間抗拉伸性能檢測(cè)裝置。這一檢測(cè)裝置采用蓄電池供電，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗電磁干擾能力強(qiáng)。通過(guò)測(cè)試證明了這一檢測(cè)裝置對(duì)瀝青道路層間接合面拉拔強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以滿足室內(nèi)外瀝青道路層間抗拉伸性能的檢測(cè)要求，實(shí)用性強(qiáng)。

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