本實(shí)用新型屬于土木工程領(lǐng)域,具體涉及一種廢舊輪胎片體抗剪強(qiáng)度測(cè)試裝置。
背景技術(shù):
汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展的今天,廢舊輪胎污染問(wèn)題正越來(lái)越嚴(yán)重地威脅著人類生存的環(huán)境。作為最大輪胎生產(chǎn)國(guó)及消費(fèi)國(guó)之一,我國(guó)每年報(bào)廢輪胎數(shù)量達(dá)2.5億之多。其傳統(tǒng)處理方式諸如:焚燒、填埋、堆存、土法煉油等。這不僅造成了大量資源浪費(fèi),也帶來(lái)了環(huán)境污染、消防安全、疾病傳播等諸多問(wèn)題。橡膠材料具有壽命長(zhǎng)、重量輕、透水性強(qiáng)、防凍、抗震性能好等工程特性,近年來(lái),很多研究人員將廢舊輪胎片體運(yùn)用到土木工程領(lǐng)域,該方法能夠改善土體透水性,通過(guò)增大土體內(nèi)摩擦角,提高抗剪強(qiáng)度;同時(shí)減輕了土體自重,使得路基不均勻沉降問(wèn)題得到緩解。該片體作為擋墻回填土填料時(shí),能顯著減小靜止、被動(dòng)土壓力,優(yōu)化土體結(jié)構(gòu)。此外,不同于現(xiàn)有的橡膠膠粉應(yīng)用技術(shù),對(duì)輪胎片體的直接土工利用更具有施工工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)、維修成本低廉等優(yōu)點(diǎn),具備更為廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景,將廢舊輪胎運(yùn)用到土木工程領(lǐng)域也可減少環(huán)境污染、循環(huán)利用,發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)。
目前沒(méi)有直接對(duì)廢舊輪胎片體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試的裝置或系統(tǒng),無(wú)法對(duì)廢舊輪胎片體的抗剪強(qiáng)度給出評(píng)價(jià),無(wú)法將不同的廢舊輪胎片體按需求應(yīng)用到不同的狀況中去,無(wú)法對(duì)廢舊輪胎片體得到很好的利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種廢舊輪胎片體抗剪強(qiáng)度測(cè)試裝置,本裝置是廢舊輪胎片體大型直剪儀,能準(zhǔn)確測(cè)出大尺寸廢舊輪胎片體和混合砂、混凝土等材料的廢舊輪胎片體混合物的抗剪強(qiáng)度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
廢舊輪胎片體抗剪強(qiáng)度測(cè)試裝置,包括用于盛裝試樣的上部剪切箱和下部剪切箱,所述下部剪切箱設(shè)置于導(dǎo)軌上,所述上部剪切箱頂部設(shè)有對(duì)其施加豎向作用力的豎向力施加裝置,所述下部剪切箱側(cè)部設(shè)有對(duì)其施加橫向作用力的橫向力施加裝置;所述上部剪切箱和豎向力施加裝置之間設(shè)置第一壓力檢測(cè)元件,所述下部剪切箱和橫向力施加裝置之間設(shè)置第二壓力檢測(cè)元件,所述第一壓力檢測(cè)元件和第二壓力檢測(cè)元件均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信。
將下部剪切箱設(shè)置于導(dǎo)軌上,在進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí),橫向力施加裝置推動(dòng)下部剪切箱,下部剪切箱沿導(dǎo)軌移動(dòng),豎向力施加裝置對(duì)上部剪切箱施加豎向作用力,第一壓力檢測(cè)元件和第二壓力檢測(cè)元件分別采集豎向作用力和下部剪切箱橫向的抵抗力,最終獲得試樣的抗剪強(qiáng)度。
優(yōu)選的,所述上部剪切箱頂部設(shè)置有承壓板,所述豎向力施加裝置放置于承壓板上。豎向力施加裝置通過(guò)承壓板給上部剪切箱提供豎向作用力,避免豎向力施加裝置直接給上部剪切箱施加力,而導(dǎo)致上部剪切箱受到的壓力不均。
所述下部剪切箱側(cè)部與位移監(jiān)測(cè)元件連接,位移監(jiān)測(cè)元件與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信。位移監(jiān)測(cè)元件監(jiān)測(cè)采集下部剪切箱的水平位移量。
所述上部剪切箱為下部開(kāi)口的箱體結(jié)構(gòu),所述下部剪切箱為上部開(kāi)口的箱體結(jié)構(gòu),所述上部剪切箱和下部剪切箱相對(duì)設(shè)置。上部剪切箱的下部開(kāi)口和下部剪切箱的上部開(kāi)口相對(duì)設(shè)置,構(gòu)成整體剪切箱,在剪切試驗(yàn)時(shí)帶動(dòng)下部剪切箱移動(dòng),在上部剪切箱和下部剪切箱之間進(jìn)行試樣剪切。
優(yōu)選的,所述上部剪切箱和下部剪切箱的箱體均為鋼材制成。保證上部剪切箱和下部剪切箱能夠承受較大的水平和垂直荷載。
進(jìn)一步優(yōu)選的,所述上部剪切箱和下部剪切箱的箱體外壁設(shè)置有膠合板。確保上部剪切箱和下部剪切箱的外壁不會(huì)發(fā)生扭曲。
進(jìn)一步優(yōu)選的,所述上部剪切箱和下部剪切箱的箱體內(nèi)壁嵌有塑料平板??梢詼p少上部剪切箱和下部剪切箱內(nèi)的垂直摩擦。
廢舊輪胎片體抗剪強(qiáng)度測(cè)試方法,包括以下步驟:
(1)將上部剪切箱和下部剪切箱對(duì)應(yīng)設(shè)置,并固定下部剪切箱;
(2)將被測(cè)試樣分多次填滿上部剪切箱和下部剪切箱,并分別壓實(shí);
(3)用豎向力施加裝置對(duì)上部剪切箱施加設(shè)定豎向作用力;
(4)松開(kāi)下部剪切箱,用橫向力施加裝置以恒定的設(shè)定速率移動(dòng)下部剪切箱;
(5)測(cè)試結(jié)束,釋放豎向作用力,將下部剪切箱返回至初始位置,并取出被測(cè)試樣。
所述步驟(4)中,若出現(xiàn)實(shí)際豎向作用力值在設(shè)定豎向作用力值周圍波動(dòng),則對(duì)橫向力施加裝置進(jìn)行調(diào)整。
所述測(cè)試方法還包括以下步驟:以多個(gè)設(shè)定豎向作用力,進(jìn)行多次測(cè)試,獲得每次測(cè)試的最大剪切強(qiáng)度并記錄。
本實(shí)用新型的有益效果為:
本實(shí)用新型的測(cè)試裝置通過(guò)豎向力施加裝置提供豎向作用力,通過(guò)橫向力施加裝置給試樣提供剪切力,很方便的進(jìn)行剪切試驗(yàn),同時(shí)由壓力監(jiān)測(cè)元件和位移監(jiān)測(cè)元件采集相關(guān)壓力、位移數(shù)據(jù),能更為準(zhǔn)確的測(cè)出廢舊輪胎片體的抗剪強(qiáng)度。
本實(shí)用新型測(cè)試裝置剪切箱的強(qiáng)度高,能夠承受較大的水平和垂直載荷,且其內(nèi)壁垂直摩擦小,外壁不會(huì)發(fā)生扭曲,更大程度的保證測(cè)試裝置的安全性,保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本實(shí)用新型的測(cè)試方法,操作簡(jiǎn)單,同時(shí)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集相關(guān)數(shù)據(jù),可以方便、準(zhǔn)確的測(cè)試廢舊輪胎片體的抗剪強(qiáng)度。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
圖中,1為上部剪切箱,2為下部剪切箱,3為承壓板,4為導(dǎo)軌,5為豎向力施加裝置,6為壓力監(jiān)測(cè)元件,7為位移監(jiān)測(cè)元件,8為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),9為橫向力施加裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示,廢舊輪胎片體抗剪強(qiáng)度測(cè)試裝置,用于盛裝試樣的上部剪切箱1和下部剪切箱2,上部剪切箱1和下部剪切箱2的尺寸均為79cm寬,80cm長(zhǎng),61cm高。下部剪切箱2設(shè)置于導(dǎo)軌4上,上部剪切箱1頂部設(shè)有對(duì)其施加豎向作用力的豎向力施加裝置5,下部剪切箱2側(cè)部設(shè)有對(duì)其施加橫向作用力的橫向力施加裝置9;上部剪切箱1和豎向力施加裝置5之間設(shè)置壓力檢測(cè)元件6,測(cè)量垂直覆蓋力;下部剪切箱2和橫向力施加裝置9之間設(shè)置壓力檢測(cè)元件6,測(cè)量剪切試驗(yàn)時(shí)的水平剪切抵抗力;壓力檢測(cè)元件6與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通信,能夠在剪切試驗(yàn)中自動(dòng)記錄位移量,水平抗剪抵抗力和垂直覆蓋力。本實(shí)施例中壓力監(jiān)測(cè)元件采用壓力傳感器,位移監(jiān)測(cè)元件采用線性變量位移變壓器,承壓板采用混凝土承載板,豎向力施加裝置和橫向力施加裝置均采用液壓千斤頂。
將下部剪切箱2設(shè)置于導(dǎo)軌4上,在進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí),橫向力施加裝置9推動(dòng)下部剪切箱2,下部剪切箱2沿導(dǎo)軌4能在水平方向平穩(wěn)滑動(dòng),豎向力施加裝置5對(duì)上部剪切箱1施加豎向作用力,壓力檢測(cè)元件6分別采集豎向作用力和下部剪切箱橫向的抵抗力,最終獲得試樣的抗剪強(qiáng)度。
上部剪切箱1頂部設(shè)置有承壓板3,豎向力施加裝置5放置于承壓板3上。豎向力施加裝置5通過(guò)承壓板3給上部剪切箱1提供豎向作用力,避免豎向力施加裝置5直接給上部剪切箱1施加力,而導(dǎo)致上部剪切箱1受到的壓力不均。
下部剪切箱2側(cè)部與位移監(jiān)測(cè)元件7連接,位移監(jiān)測(cè)元件7與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通信。位移監(jiān)測(cè)元件7監(jiān)測(cè)采集下部剪切箱2的水平位移量。
上部剪切箱1為下部開(kāi)口的箱體結(jié)構(gòu),下部剪切箱2為上部開(kāi)口的箱體結(jié)構(gòu),上部剪切箱1和下部剪切箱2相對(duì)設(shè)置。上部剪切箱1的下部開(kāi)口和下部剪切箱2的上部開(kāi)口相對(duì)設(shè)置,構(gòu)成整體剪切箱,在剪切試驗(yàn)時(shí)帶動(dòng)下部剪切箱移動(dòng),在上部剪切箱1和下部剪切箱2之間進(jìn)行試樣剪切。
上部剪切箱1和下部剪切箱2的箱體均為建筑鋼材制成。保證上部剪切箱和下部剪切箱能夠承受較大的水平和垂直荷載。
上部剪切箱1和下部剪切箱2的箱體外壁設(shè)置有膠合板??梢圆捎?.54mm的膠合板,確保上部剪切箱和下部剪切箱的外壁不會(huì)發(fā)生扭曲。
上部剪切箱1和下部剪切箱2的箱體內(nèi)壁嵌有光滑的塑料平板??梢詼p少上部剪切箱和下部剪切箱內(nèi)的垂直摩擦。
本實(shí)用新型的原理為:
當(dāng)土體在外部荷載作用下發(fā)生剪切破壞時(shí),作用在剪切面上的極限剪應(yīng)力就稱為土的抗剪強(qiáng)度。進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí),先由加荷板施加法向壓力P ,土樣產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮ΔS,然后再在下盒施加水平向力,使其產(chǎn)生水平向位移ΔL,從而使土樣沿著上盒和下盒之間預(yù)定的橫截面承受剪切作用,直至土樣破壞。假設(shè)這時(shí)土樣所承受的水平向推力為T(mén),土樣的水平橫斷面面積為A,那么,作用在土樣上的法向應(yīng)力則為σ=P/A,而土的抗剪強(qiáng)度就可以表示為τf=T/A。然后,以τf作為縱坐標(biāo)軸,以σ作為橫坐標(biāo)軸,就可繪制出土的抗剪強(qiáng)度τf和法向應(yīng)力σ的關(guān)系曲線。
對(duì)于砂土而言,f與σ的關(guān)系曲線是通過(guò)原點(diǎn)的,而且,它是與橫坐標(biāo)軸呈φ角的一條直線。該直線方程為:
τf=σtgφ (1)
式中:τf——砂土的抗剪強(qiáng)度(kN/m2 );
σ——砂土試樣所受的法向應(yīng)力(kN/m2 );
φ——砂土的內(nèi)摩擦角(°)。
對(duì)于粘性土和粉土而言,τf和σ之間的關(guān)系基本上仍呈一條直線,但是,該直線并不通過(guò)原點(diǎn),而是與縱坐標(biāo)軸形成一截距c,其方程為:
τf=c+σtgφ (2)
式中:c ——粘性土或粉土的粘聚力(kN/m2 );
其余符號(hào)的意義與前相同。
本實(shí)用新型測(cè)試方法的具體實(shí)施步驟為:
砂的大型剪切試驗(yàn):
(1)對(duì)齊上下剪切箱,并固定下部剪切箱。
(2)分3次填滿并壓實(shí)下部剪切箱,使其達(dá)到預(yù)定的干密度(1810kg/m3)。砂保持4%的含水率以便壓縮。當(dāng)試樣分成壓縮的時(shí)候,確保剪切箱的剪切面大約在壓實(shí)層的中間。如果剪切面在兩個(gè)壓實(shí)層的交界面上的話,得到的剪切強(qiáng)度會(huì)偏小和不具有代表性。
(3)用第(2)步的方法填滿并壓實(shí)上部剪切箱。
(4)在上剪切箱中的砂上加載一個(gè)鋼筋混凝土板,并將一個(gè)壓力傳感器放在鋼筋混凝土板上,然后在壓力傳感器上的放置垂直液壓活塞。液壓油缸提供動(dòng)力壓動(dòng)活塞獲得想要得到的垂直壓力,并記錄垂直形變。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,由垂直方向的液壓千斤頂提供垂直壓力。
(5)把水平壓力傳感器和線性變量位移變壓器讀數(shù)清零。
(6)解開(kāi)下部剪切箱,用水平方向上的液壓千斤頂以22mm/min的恒定速率移動(dòng)下部剪切箱。水平方向上的抵抗力、下部剪切箱水平方向上位移量和垂直方向上的壓力會(huì)自動(dòng)被數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)記錄。數(shù)據(jù)采集速率大約為每水平位移1mm讀40個(gè)讀數(shù)。在每一次的剪切試驗(yàn)中,如發(fā)現(xiàn)實(shí)際的垂直壓力在目標(biāo)垂直壓力周圍浮動(dòng),應(yīng)對(duì)水平液壓活塞手動(dòng)調(diào)整,使垂直壓力接近目標(biāo)壓力。
(7)關(guān)注水平力的峰值,繼續(xù)測(cè)試,直到觀察到的剪切強(qiáng)度平穩(wěn)或達(dá)到最大的剪切位移。
(8)試驗(yàn)結(jié)束后,抬起垂直活塞并釋放垂直壓力,將下剪切箱返回到原來(lái)的位置,并去除剪切箱中的材料。
(9)對(duì)于每一個(gè)新的剪切試驗(yàn),材料不能重復(fù)使用。
試驗(yàn)采用3種垂直壓力:24kN/m3、48 kN/m3、96 kN/m3。對(duì)于每一個(gè)荷載下,剪應(yīng)力和剪切位移的關(guān)系圖都是能繪制出來(lái)的,最大剪切強(qiáng)度都能從這個(gè)曲線中得到。
然后摩爾-庫(kù)倫破壞包絡(luò)線就可以得到。
輪胎片體的大型剪切試驗(yàn):
和砂的大型剪切試驗(yàn)的步驟相同。每個(gè)剪切箱分3層壓實(shí),要達(dá)到的密度為673kg/m3。每次剪切試驗(yàn)后,剪切箱內(nèi)的輪胎片體都要被清除,下次試驗(yàn)時(shí)需重新添加并壓實(shí)。有3個(gè)垂直方向上的壓力:24kN/m2、48 kN/m2、96 kN/m2。輪胎片體在垂直方向的荷載下壓縮明顯,且密度明顯增加。
輪胎片體和砂的大型剪切試驗(yàn):
和砂的大型剪切試驗(yàn)的步驟相同。下部剪切箱用砂填滿,上部剪切箱用輪胎片體填滿。兩個(gè)剪切箱用相同的方法壓實(shí)。每次試驗(yàn)結(jié)束后,剪切箱內(nèi)的砂和輪胎片體都要被清除干凈,下次試驗(yàn)重新壓實(shí)。
輪胎片體和混凝土的大型剪切試驗(yàn):
這個(gè)試驗(yàn)?zāi)M的是輪胎片體和混凝土的接觸面?;炷涟彘L(zhǎng)79cm,寬78cm,厚15cm?;炷涟逍⌒牡姆胖迷谙虏考羟邢淅锏念A(yù)制混凝土塊上,并確保其在整個(gè)試驗(yàn)中不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。運(yùn)用預(yù)制混凝土塊是為了不需要讓下部剪切箱完全用混凝土填滿。上部剪切箱內(nèi)的輪胎片體的壓縮步驟和輪胎片體的剪切試驗(yàn)的步驟相同。每次試驗(yàn)結(jié)束后,上部剪切箱內(nèi)的輪胎片體都要被清除干凈,混凝土板也要清掃干凈。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述,但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白,在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。