水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置及方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，具体为水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置及方法。

背景技术

水性聚合物稳定碎石是一种新型绿色柔性基层材料，主要由粒径不一的碎石材料和水性聚合物胶结料组成，水性聚合物稳定碎石材料具有良好的强度性能、水稳定性和抗疲劳性能，克服了传统水泥稳定碎石材料收缩抗裂性差的问题，有效地减缓反射裂缝的产生，从而能够显著提高沥青路面的使用寿命(一般可达35年以上)，传统的基层材料以水泥或沥青稳定碎石为主，其生产或拌合过程需要消耗大量的燃料并产生温室气体，不符合我国低碳环保政策的要求，水性聚合物稳定碎石具有成本低、常温施工、路用性能优良、使用寿命长、无污染等优点，是目前较为理想的一种绿色柔性基层材料。

现有的水泥稳定碎石材料设计需要开展大量的室内试验，并制备不同龄期(7d、14d、22d和28d)的试件，对于水性聚合物稳定碎石而言，由于在养护过程中不需要保湿和控温，现有的养护设备无法满足其快速养护的设计要求，传统的材料设计过程花费了大量的时间和材料成本，既不经济也不环保，且耽误基层的施工进度。

因此，结合水性聚合物的固化和养护特点，急需开发一种水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置及方法，以快速、准确地进行水性聚合物稳定碎石的材料设计并确定其最佳的养护条件。

发明内容

本发明的目的在于提供水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置，包括底座、开关门和安装筒，所述底座的顶部安装有测试箱，所述测试箱的正面开设有测试室，所述测试室的正面通过合页活动安装有开关门；

所述测试室的内部通过螺栓安装有安装板，所述安装板的顶部对称安装有高精度称重传感器，所述安装筒的内部安装有连接弹簧，所述安装筒的顶端通过连接弹簧安装有活动板。

优选的，所述底座的顶部安装有控制箱，且控制箱位于测试箱的一侧，控制箱的正面通过螺栓安装有数据处理端，控制箱的正面通过螺栓安装有控制装置，且控制装置位于数据处理端的上方。

优选的，所述测试室的顶部内壁上安装有加热与湿度调节器，测试室的背面内壁上通过螺栓安装有温度和湿度传感器。

优选的，所述开关门的一侧贯穿安装有观察窗。

优选的，所述称重托盘的顶部安装有水性聚合物稳定碎石试件本体，水性聚合物稳定碎石试件本体的外侧安装有介电常数传感器，且介电常数传感器由两个极性相反的长电极组成，分别位于水性聚合物稳定碎石试件本体的顶部和底部。

优选的，所述活动板的顶端安装有顶板。

优选的，所述称重托盘的顶部安装有水性聚合物稳定碎石试件本体，水性聚合物稳定碎石试件本体的外侧安装有介电常数传感器，且介电常数传感器由两个极性相反的长电极组成，分别位于水性聚合物稳定碎石试件本体的顶部和底部。

该测试方法如下：

S1、原材料选择：采用单级配石灰岩碎石作为集料，和一种水性路用聚合物作为聚合物粘结剂，两者混合制备水性聚合物稳定碎石试件。

S2、试样制备：采用旋转压实法成型试件，将介电常数传感器的两个长电极粘贴在水性聚合物稳定碎石试件本体两端。

S3、养护条件：将水性聚合物稳定碎石试件本体放置于测试箱中的称重托盘上，控制装置通过控制将测试箱中的温度和湿度调整到预期的数值，对水性聚合物稳定碎石试件进行七天的养护，并且采用两组比较实验，分析温度和湿度对水性聚合物稳定碎石养护过程的影响规律。

S4、测试结果：对介电常数传感器采集的数据进行计算，确定其耗散因子，从而得到水性聚合物稳定碎石试件本体中聚合物的相对养护状态，采用高精度称重传感器对水性聚合物稳定碎石试件本体的脱水情况进行机测定，若质量不再发生变化，则说明水性聚合物稳定碎石完全脱水，达到了最终龄期。

S5、标准养护龄期：通过利用微机控制式电子万能试验机水性聚合物稳定碎石试件本体进行抗压强度试验，试件在该装置中养护完成后，将其取出进行无侧限抗压强度试验，以无侧限抗压强度达到MPa时所需的最少时间作为标准养护龄期，

S6、快速预估模型：通过试验测定不同湿度和温度情况下试件相对固化度的变化，可以建立一个确定标准养护龄期的快速预估模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出的装置可以模拟出施工现场的实际条件，具有综合测定养护龄期的功能，提供了三种测试方法(无侧限抗压强度、含水率和相对固化度)来确定水性聚合物稳定碎石标准养护龄期的最短时间，能够根据具体的工程情况选择合适的方法进行水性聚合物稳定碎石的龄期测定。

2、本发明中提供了一个确定标准养护龄期的快速预估方法，本发明极大地便利了水性聚合物稳定碎石的工程应用和快速施工，具有一定的科学研究和工程实用价值。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明的安装板结构示意图；

图4为本发明的安装筒结构示意图；

图5为本发明的水性聚合物稳定碎石的标准养护龄期测试及快速预估的流程图；

图6为本发明的介电测量传感器耗散因子随时间的变化曲线图；

图7为本发明的无侧限抗压强度R

图8为本发明在湿度为20％下不同温度的相对固化率图表；

图9为本发明在温度为50℃下不同湿度的相对固化率图表。

图中：1、底座；101、控制箱；102、数据处理端；103、控制装置；2、测试箱；201、测试室；202、加热与湿度调节器；203、温度和湿度传感器；3、开关门；301、观察窗；4、安装板；401、高精度称重传感器；402、称重托盘；5、安装筒；501、连接弹簧；502、活动板；503、顶板；6、水性聚合物稳定碎石试件本体；601、介电常数传感器。

具体实施方式

下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一、请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置；

包括底座1、测试箱2和开关门3，底座1的顶部安装有测试箱2，底座1的顶部安装有控制箱101，且控制箱101位于测试箱2的一侧，控制箱101的正面通过螺栓安装有数据处理端102，控制箱101的正面通过螺栓安装有控制装置103，且控制装置103位于数据处理端102的上方，测试箱2的正面开设有测试室201，测试室201的顶部内壁上安装有加热与湿度调节器202，测试室201的背面内壁上通过螺栓安装有温度和湿度传感器203，测试室201的正面通过合页活动安装有开关门3，开关门3的一侧贯穿安装有观察窗301，将制备好的水性聚合物稳定碎石试件本体6放置在称重托盘402上，通过控制装置103实时监测测试箱2中的温度和湿度，控制水性聚合物稳定碎石试件本体6养护过程中的温度和湿度环境参数设置，数据处理端102可以对高精度称重传感器401监测到的质量变化进行分析计算，也可对介电常数传感器601监测到的电容变化进行分析计算，从而实现监测水性聚合物稳定碎石试件本体6的养护过程，加热与湿度调节器202在通过控制装置103对温度和湿度的参数设置后，在水性聚合物稳定碎石试件本体6养护过程中进行加热与加湿，配套环境箱温度控制范围为0～200℃，温度控制精度为±0.5℃；湿度控制在0％～60％之间。

实施例二、请参阅图3和图4，本发明提供的一种实施例：水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试装置；

包括安装板4、安装筒5和水性聚合物稳定碎石试件本体6，测试室201的内部通过螺栓安装有安装板4，安装板4的顶部对称安装有高精度称重传感器401，称重托盘402的顶部安装有水性聚合物稳定碎石试件本体6，水性聚合物稳定碎石试件本体6的外侧安装有介电常数传感器601，且介电常数传感器601由两个极性相反的长电极组成，分别位于水性聚合物稳定碎石试件本体6的顶部和底部，安装筒5的内部安装有连接弹簧501，安装筒5的顶端通过连接弹簧501安装有活动板502，活动板502的顶端安装有顶板503，称重托盘402的顶部安装有水性聚合物稳定碎石试件本体6，水性聚合物稳定碎石试件本体6的外侧安装有介电常数传感器601，且介电常数传感器601由两个极性相反的长电极组成，分别位于水性聚合物稳定碎石试件本体6的顶部和底部，高精度称重传感器401位于称重托盘402的下方，对称重托盘402上的质量进行监测，并可根据质量变化进行分析计算其含水率，从而实现监测水性聚合物稳定碎石试件本体6的养护过程，通过连接弹簧501提供顶板503对水性聚合物稳定碎石试件本体6固定的压力，使水性聚合物稳定碎石试件本体6更加稳定。

实施例三、请参阅图5—图9该水性聚合物稳定碎石养护龄期快速测试方法：

S1、原材料选择：采用粒径为4.75～9.5mm单级配石灰岩碎石作为集料，和一种水性路用聚合物作为聚合物粘结剂，两者混合制备水性聚合物稳定碎石试件。

S2、试样制备：采用旋转压实法成型试件，将介电常数传感器601的两个长电极粘贴在水性聚合物稳定碎石试件本体6两端，试件尺寸为Φ150mm×h150mm，含水率为5.6％，压实度为98％；采用旋转压实法，在室温条件下(25℃)下成型试件，压实高度为150mm，旋转压实次数为150次。

S3、养护条件：将水性聚合物稳定碎石试件本体6放置于测试箱2中的称重托盘402上，控制装置103通过控制将测试箱2中的温度和湿度调整到预期的数值，对水性聚合物稳定碎石试件进行七天的养护，并且采用两组比较实验，分析温度和湿度对水性聚合物稳定碎石养护过程的影响规律，通过两个长电极的交流电激发电路内的浸渍材料，使它们的相位发生改变，它们相位变化时，材料的电容也变化。

S4、测试结果：对介电常数传感器601采集的数据进行计算，确定其耗散因子，从而得到水性聚合物稳定碎石试件本体6中聚合物的相对养护状态，采用高精度称重传感器401对水性聚合物稳定碎石试件本体6的脱水情况进行机测定，若质量不再发生变化，则说明水性聚合物稳定碎石完全脱水，达到了最终龄期。

S5、标准养护龄期：通过利用微机控制式电子万能试验机水性聚合物稳定碎石试件本体6进行抗压强度试验，试件在该装置中养护完成后，将其取出进行无侧限抗压强度试验，以无侧限抗压强度达到5MPa时所需的最少时间作为标准养护龄期。

S6、快速预估模型：通过试验测定不同湿度和温度情况下试件相对固化度的变化，可以建立一个确定标准养护龄期的快速预估模型。

实施例四、

本实施例采用两组比较试验，分析温度和湿度对水性聚合物稳定碎石养护过程的影响规律。其中，一组试验在20％的湿度条件下进行，分别将试件置于4个不同的温度(25℃、50℃、75℃、100℃)条件进行养护；另一组试验在50℃的温度条件下进行，分别采用5种湿度(10％、20％、30％、40％、50％)对试件进行养护。

工作原理：在使用该装置前，应先检查该装置是否存在影响使用的问题，首先将将制备好的水性聚合物稳定碎石试件本体6放置在称重托盘402上，通过控制装置103实时监测测试箱2中的温度和湿度，控制水性聚合物稳定碎石试件本体6养护过程中的温度和湿度环境参数设置，数据处理端102可以对高精度称重传感器401监测到的质量变化进行分析计算，也可对介电常数传感器601监测到的电容变化进行分析计算，从而实现监测水性聚合物稳定碎石试件本体6的养护过程，高精度称重传感器401位于称重托盘402的下方，对称重托盘402上的质量进行监测，并可根据质量变化进行分析计算其含水率，从而实现监测水性聚合物稳定碎石试件本体6的养护过程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。