一种附着界面固结强度的测定装置、系统及方法

1.本发明涉及交通土建技术领域，更具体的说是涉及一种附着界面固结强度的测定装置、系统及方法。


背景技术：

2.附着界面固结强度是指粘结材料与集料之间的粘附强度以及粘结材料自身的粘结强度，如沥青材料与石料的附着界面固结强度指的是沥青胶浆自身的粘结强度和胶浆与集料之间的粘附强度，路面能否达到设计要求，保证路面的使用寿命，能否减少对路面的维修投资，增强路面耐久性，这些都与沥青石料附着界面固结强度息息相关，附着界面固结强度是评判沥青路面抵御各种路面破坏的重要指标；又比如水泥与石料之间的附着界面固结强度是混凝土形成强度的重要基础，附着界面固结强度高的水泥石料形成的混凝土，耐磨抗压性能也相应更高，使用寿命也更长，所以对附着界面固结强度进行定量测定很有必要。
3.但是，现有测定附着界面固结强度的仪器与方法虽多种多样，但大多数的测定都是通过拉伸或者剪切的单一受力方式来进行模拟测试，与实际生活中多种组合的受力模式不符；而且，现有测定环境一般为室温单一环境，忽略不同温湿环境对测定数据的影响；另外，现实中粘结材料与界面发生破坏一般有两种情况，分别是粘结破坏与粘附破坏，粘结破坏指的是粘结材料自身材料断裂等形成的破坏、粘附破坏指的是粘结材料与界面的脱附破坏，而现有测定装置普遍存在忽略粘结破坏与粘附破坏的区别，不精确计算粘附强度与粘结强度，自动化程度低、程序繁多、误差不易控制等问题。
4.因此，如何提供一种附着界面固结强度的测定装置、系统及方法以便于定量测试固结强度，更为准确的评价附着界面的固结强度是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种附着界面固结强度的测定装置、系统及方法，以解决背景技术中提到的部分技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种附着界面固结强度的测定装置，包括：箱体、牵引机、滑轮、滚筒、滑道驱动组件、粘接布、钢绞线和电子数显拉力表；
8.所述牵引机固定于所述箱体外壁，所述牵引机的牵引轴伸入所述箱体内部；
9.所述滑轮设于横杆上，所述滑轮的横杆两端分别与所述滚筒两端固定连接，所述箱体的侧壁设有上滑道槽和下滑道槽，所述滑轮的横杆两端设于所述上滑道槽内，所述滚筒两端设于下滑道槽内；
10.所述滑道驱动组件设于所述上滑道槽或所述下滑道槽内，所述滑道驱动组件与所述滑轮的横杆一端或所述滚筒一端连接；
11.所述粘结布粘合于附着界面的上表面，所述牵引机的牵引轴通过所述钢绞线绕过所述滑轮与所述粘结布一端固定；
12.所述电子数显拉力表固定于所述滑轮与所述粘结布之间的钢绞线上。
13.优选的，所述滚筒与所述粘结布的无粘性面贴合。
14.优选的，所述滑道驱动组件驱动所述滑轮和所述滚筒平移的速度与所述牵引机牵引所述粘结布脱附的速度相同。
15.优选的，所述的一种附着界面固结强度的测定装置，还包括温控组件，所述温控组件设于所述箱体上，用于实时调节所述箱体内的温度。
16.优选的，所述箱体的底部设有凹槽，用于放置粘附试件，所述粘结布通过粘结材料粘合于粘附试件的上表面。
17.优选的，所述箱体上设有进水口，所述箱体的底部设有出水口。
18.优选的，所述凹槽内设有固定钢夹，用于固定所述粘附试件。
19.优选的，所述凹槽的深度不小于所述粘附试件的厚度。
20.优选的，所述箱体底部设有固定撑脚。
21.优选的，所述箱体设有保温门，所述箱体的上部为可拆卸的盖板。
22.一种附着界面固结强度的测定系统，包括所述测定装置、图像识别装置和计算机；
23.所述测定装置，用于启动牵引机通过牵引钢绞线拉动粘结布，待恰好拉直钢绞线与粘结布时，归零电子数显拉力计，启动滑道驱动组件使滚筒与滑轮平移速度与粘结布脱附速度一致，待粘结布开始从粘附试件上脱附直至粘结布从粘附试件上完全脱附时，记录电子数显拉力计读数；
24.所述图像识别装置，用于采集脱附后的粘附试件图像，并将图像输入计算机；
25.所述计算机，用于计算电子数显拉力计读数的平均值即为固结力，并基于图像识别技术对所述图像进行阈值分割与面积计算，计算出粘结破坏面积和粘附破坏面积，并计算附着界面的粘附强度、粘结强度和固结附着强度。
26.一种附着界面固结强度的测定方法，包括以下步骤：
27.s1.将测定装置水平放置，用固定钢夹将粘附试件固定，粘结布上涂抹粘结材料，将粘结布上的粘结材料与粘附试件粘合，粘结材料包括沥青或水泥；
28.s2.将温度与湿度控制在模拟环境条件下，待粘结材料冷却至模拟环境条件的温度，静置；
29.s3.启动牵引机通过牵引钢绞线拉动粘结布，待恰好拉直钢绞线与粘结布时，归零电子数显拉力计；
30.s4.启动滑道驱动组件使滚筒和滑轮的平移速度与粘结布的脱附速度一致，待粘结布与粘结材料整体开始从粘附试件上脱附时，记录电子数显拉力计读数，直至所述粘结布从粘附试件上完全脱附；
31.s5.待粘结布从粘附试件上完全脱附后，计算拉力计读数的平均值即为固结力；
32.s6.取下粘附试件采集脱附后的图像，基于图像识别技术对所述图像进行阈值分割与面积计算，计算出粘结破坏面积和粘附破坏面积，重复步骤s1-s5，计算附着界面的粘附强度、粘结强度和固结附着强度。
33.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种附着界面固结强度的测定装置、系统及方法，实现不同材质、不同温度、不同湿度下的附着界面固结强度测定以及粘结材料的粘附强度和粘结强度的测定，数据精准可靠，所测得力更符合实际
路面受载情况；通过对附着界面进行粘附脱附，利用滚筒与滑轮组合构件形成固定角度的拉力，从而形成拉伸剪切多种模式组合的受力情况，并利用图像识别技术对脱附界面进行识别，准确定量的区分出附着界面的破坏形式，精准计算出粘附破坏面积与粘结破坏面积，进而求出不同破坏形式相应的粘附强度、粘结强度以及固结强度，具有操作简单、人为变量少、结果精确直观、具有多功能性、所测得力更符合实际路面受载情况等优势。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
35.图1附图为本发明提供的测定装置的正面剖视立体结构示意图；
36.图2附图为本发明提供的测定装置的背面剖视立体结构示意图；
37.图3附图为本发明提供的测定装置的主视剖视结构示意图；
38.图4附图为本发明提供的滑道驱动组件的示意图
39.图5附图为本发明提供的测定装置的外部正面结构示意图；
40.图6附图为本发明提供的图像识别装置扫描脱附界面示意图；
41.图7附图为本发明提供的粘附试件脱附界面示意图；
42.图8附图为本发明提供的测试方法流程示意图；
43.其中，1-滑轮、2-滚筒、3-电子数显拉力表、4-钢绞线、5-牵引机、6-粘接布，7-底面凹槽、8-固定钢夹、9-固定撑脚、10-上滑道槽、11-下滑道槽、12-温控组件、13-进水口、14-出水口、15-箱体、16-滑道驱动组件。
具体实施方式
44.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。
45.本发明实施例公开了一种附着界面固结强度的测定装置，如图1-4所示，包括：箱体15、牵引机5、滑轮1、滚筒2、滑道驱动组件16、粘接布6、钢绞线4和电子数显拉力表3；
46.牵引机5固定于箱体15外壁，牵引机5的牵引轴伸入箱体15内部；
47.滑轮1设于横杆上，滑轮1的横杆两端分别与滚筒2两端固定连接，箱体的侧壁设有上滑道槽10和下滑道槽11，滑轮1的横杆两端设于上滑道槽内，滚筒2两端设于下滑道槽内；
48.滑道驱动组件16设于上滑道槽10或下滑道槽11内，滑道驱动组件16与滑轮1的横杆一端或滚筒2一端连接；
49.粘结布6粘合于附着界面的上表面，牵引机5的牵引轴通过钢绞线4绕过滑轮1与粘结布6一端固定；
50.电子数显拉力表3固定于滑轮1与粘结布6之间的钢绞线上，用于实时动态获取粘附界面的附着力，便于当牵引开始时，排除其他应力的影响。
51.在实际应用中，粘结布6通过粘结材料与附着界面粘合，粘结布为高粘性粘结布，粘结布与粘结材料的粘性大于粘结材料与粘附试件的粘性，以确保粘结布与粘结材料在实验过程中贴合不脱落。
52.在本实施例中，粘结布6一端固定于钢杆上，粘结布卷起与钢杆连接，钢绞线4固定于钢杆中间位置。
53.为了进一步实施上述技术方案，滚筒2与粘结布6的无粘性面贴合，可以固定粘结布6在牵引时的脱附速度与牵引方向。
54.为了进一步实施上述技术方案，滑道驱动组件16驱动滑轮1和滚筒2平移的速度与牵引机牵引粘结布6脱附的移动速度相同，通过该设计控制牵引力的方向，减小误差。
55.在本实施例中，如图4，滑道驱动组件16包括电动缸和伸缩控制杆，电动缸与伸缩控制杆的一端连接，用于驱动伸缩控制杆伸缩移动；
56.当滑道驱动组件设于上滑道槽内时，伸缩控制杆的另一端与与滑轮1的横杆一端连接；
57.当滑道驱动组件设于下滑道槽内时，伸缩控制杆的另一端与滚筒2一端连接。
58.为了进一步实施上述技术方案，一种附着界面固结强度的测定装置，还包括温控组件12，温控组件12设于箱体上15，用于实时调节箱体15内的温度。
59.在实际应用中，温控范围为-20℃-120℃。
60.为了进一步实施上述技术方案，箱体15的底部设有凹槽7，用于放置粘附试件，粘结布通过粘结材料与粘附试件粘合。
61.为了进一步实施上述技术方案，箱体15上设有进水口13，箱体的底部设有出水口14，用以能模拟浸水时的现实环境。
62.在本实施例中，通过温控组件12以及进水口13和出水口14，不同温度、不同湿度下的测定，数据精准可靠，所测得力更符合实际情况。
63.为了进一步实施上述技术方案，凹槽7内设有固定钢夹8，用于固定粘附试件，。
64.为了进一步实施上述技术方案，凹槽7的深度不小于粘附试件的厚度，用以能模拟完全浸水时的现实环境。
65.为了进一步实施上述技术方案，箱体15底部设有固定撑脚9。
66.为了进一步实施上述技术方案，箱体15设有保温门，箱体15的上部为可拆卸的盖板，如图5。
67.一种附着界面固结强度的测定系统，包括测定装置、图像识别装置和计算机；
68.测定装置，用于启动牵引机通过牵引钢绞线拉动粘结布，待恰好拉直钢绞线与粘结布时，归零电子数显拉力计，启动滑道驱动组件使滚筒与滑轮平移速度与粘结布脱附速度一致，待粘结布开始从粘附试件上脱附直至粘结布从粘附试件上完全脱附时，记录电子数显拉力计读数；
69.图像识别装置，用于采集脱附后的粘附试件图像，并将图像输入计算机，如图6；
70.计算机，用于计算电子数显拉力计读数的平均值即为固结力，并基于图像识别技术对图像进行阈值分割与面积计算，计算出粘结破坏面积和粘附破坏面积，并计算附着界面的粘附强度、粘结强度和固结附着强度。
71.一种附着界面固结强度的测定方法，包括以下步骤：
72.s1.将测定装置水平放置，用固定钢夹将粘附试件固定，粘结布上涂抹粘结材料，将粘结布上的粘结材料与粘附试件粘合，粘结材料包括但不限于沥青或水泥；
73.s2.将温度与湿度控制在模拟环境条件下，待粘结材料冷却至模拟环境条件的温度，静置；
74.s3.启动牵引机通过牵引钢绞线拉动粘结布，待恰好拉直钢绞线与粘结布时，归零电子数显拉力计；
75.s4.启动滑道驱动组件使滚筒和滑轮的平移速度与粘结布的脱附速度一致，待粘结布与粘结材料整体开始从粘附试件上脱附时，记录电子数显拉力计读数，直至粘结布从粘附试件上完全脱附；
76.s5.待粘结布从粘附试件上完全脱附后，计算拉力计读数的平均值即为固结力；
77.s6.取下粘附试件采集脱附后的图像，基于图像识别技术对图像进行阈值分割与面积计算，计算出粘结破坏面积和粘附破坏面积，重复步骤s1-s5，计算附着界面的粘附强度、粘结强度和固结附着强度。
78.在本实施例中，如图7和图8，s6具体内容包括：
79.(1)采集脱附后的粘附试件图像；(2)将图像输入计算机，转换为位图；(3)设置合适的阈值，将图像二值化转化为黑白照片，黑色为粘结破坏区域，白色为粘附破坏区域；(4)对图像分析结果进行统计，得出各个破坏的面积；
80.粘附强度、粘结强度和固结附着强度通过以下公式计算得出：
81.pg＝pj+pf＝fg/sg82.pj＝fj/sj83.pf＝ff/sf84.其中，pg为固结附着强度、pj为粘结强度、pf为粘附强度、fg为固结力、fj为粘结力、ff为粘附力、sg为固结面积、sj为粘结破坏面积、sf为粘附破坏面积。
85.粘附强度和粘结强度的公式与计算原理为：
86.p
g1
＝fj/s
j1
+ff/s
f1
87.p
g2
＝fj/s
j2
+ff/s
f2
88.通过图像识别技术可得出每次粘结破坏的面积与粘附破坏的面积，进行两次以上实验时，可以得出两次实验不同的破坏面积与固结强度，通过以上方程可解出粘附力与粘结力，再比上各自的破坏面积即为粘附强度与粘结强度，粘附强度与粘结强度之和即为固结附着强度。
89.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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
90.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，包括：箱体、牵引机、滑轮、滚筒、滑道驱动组件、粘接布、钢绞线和电子数显拉力表；所述牵引机固定于所述箱体外壁，所述牵引机的牵引轴伸入所述箱体内部；所述滑轮设于横杆上，所述滑轮的横杆两端分别与所述滚筒两端固定连接，所述箱体的侧壁设有上滑道槽和下滑道槽，所述滑轮的横杆两端设于所述上滑道槽内，所述滚筒两端设于下滑道槽内；所述滑道驱动组件设于所述上滑道槽或所述下滑道槽内，所述滑道驱动组件与所述滑轮的横杆一端或与所述滚筒一端连接；所述粘结布粘合于附着界面的上表面，所述牵引机的牵引轴通过所述钢绞线绕过所述滑轮与所述粘结布一端固定；所述电子数显拉力表固定于所述滑轮与所述粘结布之间的钢绞线上。2.根据权利要求1所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，所述滚筒与所述粘结布的无粘性面贴合。3.根据权利要求1所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，所述滑道驱动组件驱动所述滑轮和所述滚筒平移的速度与所述牵引机牵引所述粘结布脱附的速度相同。4.根据权利要求1所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，还包括温控组件，所述温控组件设于所述箱体上，用于实时调节所述箱体内的温度。5.根据权利要求1所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，所述箱体的底部设有凹槽，用于放置粘附试件，所述粘结布通过粘结材料粘合于粘附试件的上表面。6.根据权利要求5所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，所述箱体上设有进水口，所述箱体的底部设有出水口。7.根据权利要求5所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，所述凹槽内设有固定钢夹，用于固定所述粘附试件。8.根据权利要求5所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，所述凹槽的深度不小于所述粘附试件的最大厚度。9.一种附着界面固结强度的测定系统，基于权利要求1-8任意一项所述的一种附着界面固结强度的测定装置，其特征在于，包括所述测定装置、图像识别装置和计算机；所述测定装置，用于启动牵引机通过牵引钢绞线拉动粘结布，待恰好拉直钢绞线与粘结布时，归零电子数显拉力计，启动滑道驱动组件使滚筒与滑轮平移速度与粘结布脱附速度一致，待粘结布开始从粘附试件上脱附直至粘结布从粘附试件上完全脱附时，记录电子数显拉力计读数；所述图像识别装置，用于采集脱附后的粘附试件图像，并将图像输入计算机；所述计算机，用于计算电子数显拉力计读数的平均值即为固结力，并基于图像识别技术对所述图像进行阈值分割与面积计算，计算出粘结破坏面积和粘附破坏面积，并计算附着界面的粘附强度、粘结强度和固结附着强度。10.一种附着界面固结强度的测定方法，基于权利要求9所述的一种附着界面固结强度的测定系统，其特征在于，包括以下步骤：s1.将测定装置水平放置，用固定钢夹将粘附试件固定，粘结布上涂抹粘结材料，将粘
结布上的粘结材料与粘附试件粘合；s2.将温度与湿度控制在模拟环境条件下，待粘结材料冷却至模拟环境条件的温度，静置；s3.启动牵引机通过牵引钢绞线拉动粘结布，待恰好拉直钢绞线与粘结布时，归零电子数显拉力计；s4.启动滑道驱动组件使滚筒和滑轮的平移速度与粘结布的脱附速度一致，待粘结布与粘结材料整体开始从粘附试件上脱附时，记录电子数显拉力计读数，直至所述粘结布从粘附试件上完全脱附；s5.待粘结布从粘附试件上完全脱附后，计算拉力计读数的平均值即为固结力；s6.取下粘附试件采集脱附后的图像，基于图像识别技术对所述图像进行阈值分割与面积计算，计算出粘结破坏面积和粘附破坏面积，重复步骤s1-s5，计算附着界面的粘附强度、粘结强度和固结附着强度。

技术总结
本发明公开了一种附着界面固结强度的测定装置、系统及方法，该装置包括：箱体、牵引机、滑轮、滚筒、滑道驱动组件、粘接布、钢绞线和电子数显拉力表；该系统包括测定装置、图像识别装置和计算机；通过在粘结布上涂抹粘结材料与粘附试件贴合，牵引带动粘结布使粘结材料从试件上脱附，实时读取开始脱附至完全脱附的拉力表读数；通过图像识别装置扫描、区分并计算脱附界面中粘结与粘附破坏面积，进而重复实验，计算分析出附着界面的粘附粘结强度和固结附着强度，本发明通过滑轮滚筒结构控制拉力角度固定实现测量拉伸剪切多种模式组合的受力情况，并精确区分多环境下粘附破坏界面与计算粘结强度，得出粘结材料的粘结以及粘附性能，结果精确直观。果精确直观。果精确直观。


技术研发人员：郭威 喻言 陈伍兴 田伟 徐丽娜 张姜羿 黄明星 杨继先 张凯 刘鹏辉 顾凯鹏 赵书雷
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/13