NU-14(多功能材料试验机-道路材料使用)说明书

硬件介绍

气动连接:与空压机连接用Ф8X12高压气管.

储气罐顶开关(A):用于开关进入气动伺服单元的高压气体.

过滤/调节器(B):用于调节供给气动伺服单元的最大压力.>7BAR.5微米过滤器用于过滤水和杂质.

电磁阀(C)开关气动伺服单元的气压.电源24V,由0-10V电压控制.??

采集控制系统由接口单元和多功能板组成,多功能板插入计算机PCI扩展槽.接口单元含电源和荷载传感器(1),热电偶(2),及LVDT传感器(2)的信号调制电路. 测量伺服单元加载头位移的传感器有单独的电路板,也插入接口单元.构成闭环回路的伺服放大器也安装于本接口单元内.

多功能板有8个通道,是16位A/D转换.没个A/D转换器接收-10V到+10V内的电压,将其转换为-32768到+32767的数值和计算机可识别的-10到+10的电压.

软件介绍

在UTILS目录下的SERVO_CAL.TXT

日期 19-05-1998

LVDT D5/10G8 校正因数 357924

LVDT D5/10G8校正因数 360857

LVDT D5/200AG校正因数 6139

LVDT D5/200AG校正因数 6114

压力传感器校正因数 6000

V/P转换因数 1400

V/P转换因数 30

热电偶校正因数 30

热电偶校正因数 85

上述参数可通过执行CALCHECK.EXE程序检查和更改. SERVO_CAL.TXT文件中最后两个参数是K型热电偶的校正因数,在更换或重新校正时,使用THERMCAL.EXE更改.

注:当作间接拉伸测试时,不要运行CALTRY#.EXE程序,以免所加载荷损坏试样和LVDT.

CALTRY#.EXE用于校正NU-#系统,检查LVDT和荷载传感器的工作也及电磁阀和V/P转换器对计算机的输出响应.文件ADDRESS.TXT使用文本编辑器更改.

测试软件

ITSM—间接拉伸劲度模量.试样直径10或15厘米,厚3—8厘米. 测试要求选择目标载荷脉冲上升时间及目标水平变形量.

ITST---间接拉伸劲度测试. 除选择目标水平应力(而非目标水平应变)外,与ITSM相同.

CREEP—本软件用于实现10或15厘米直径,高150厘米试样的静太非轴向蠕变测试.

RLA---反复轴向加载测试. 试样直径10或15厘米,高150毫米.与真空三轴测试类似的软件.

ITFT---间接拉伸疲劳测试. 试样直径10厘米,厚4厘米.

INDENT---凹痕测试. 与RLA类似,但加在150毫米直径的试样上的轴向应力脉冲的顶盘接触面更小.

VRLA---真空三轴测试. 同RLA测试,只是用真空对试样作侧向.

测试

1．ITSM测试

ITSM是简单快速的劲度模量测试方法。劲度模量与许多因数有关，如沥青含量、沥青等级、压实度水平等。ITSM非常适合于质量控制及产品分类。劲度模量测量是在专用模具上对垂直放置的圆形试件施加脉冲压载荷、测量试件的水平变形。劲度模量是施加压力、水平变形、试件尺寸及泊松比的函数。泊松比对于我们的测试条件和材料可假定为0.35。

测试构件安装见图，先在对位夹上装好LVDT及支架，再放置于间接拉伸测试架上。保证试件放置于加载支撑盘上，两LVDT对称安装，四颗夹紧螺钉不要拧得太紧。

点击ITSM图标，按提示启动测试。

软件符合BS标准。在施加垂直脉冲载荷过程中，荷载和水平变形传感器信号被采集存储到计算机中。不同的沥青测试仪器加载脉冲的形状可以用加载因素量化。加载因素是加载脉冲曲线从起始到最大构成的面积与包络矩形面积之比。如果加载脉冲是正弦波的一部分，加载因素是0.6。

测试记录：试样直径、厚度、样品编号。

通常每个试样作两次ITSM测试，第二次加力方向与第一次加力方向成90度角。第二次测量的劲度模量通常低于第一次的测量结果。在劲度模量低、测试温度较高时，越加明显。

作沥青混合料测试时，应避免测试温度高于30或35摄氏度，否则测试材料太软，使劲度模量无法正常测试。实际的最大测量温度与混合料的类型和沥青等级有关。

避免在0摄氏度以下作测量，因为LVDT传感器会因为结冰而卡死导致损坏。

如果加载脉冲为平顶形状，可导至劲度模量和上升时间测量错误，软件可能检测到加载脉冲顶部的前沿或后沿，而非定义的峰值。

标准推荐，对于10cm直径的试样目标水平变形为5微米，15cm直径的试样目标水平变形为7微米。由于在英国引入Nottingham大学5KN的沥青试验机，混合料劲度明

显增大。主要是因为NAT（Nottingham沥青试验机）提供了测量劲度的方法，更高劲度的混合料得以发展。使用高劲度材料，5KN的测试测试机以特别的上升时间（通常124ms）所加载荷不够高，因而无法达到目标水平变形。因而容量更大的NU-10/14意味作这些高模量材料的劲度现在可以精确测量了。

2．ITST测试

ITST测试与ITSM测试实际上是等同的，只是在ITST测试时，用户可选择目标应力而不是水平变形。本测试与间接拉伸疲劳测试（ITFT）相关联，允许使用在接下来的疲劳测试中所使用的应力水平来测量试样的劲度模量。这使得计算应变成为可能（应变＝F（应力/劲度））。作本测试时，用户应预先估计材料的强度，避免施加太大的应力使试件断为两节，这可能会使LVDT传感器及其固定装置损坏。

3．单轴静态蠕变测试

静态蠕变测试有被动态蠕变测试替代的趋势。

蠕变测试是园筒形试样在特定温度下承受周期性的轴向应力，检测轴向应变并记录测试时间。在测试应力周期结束时，通常施加的轴向应力置为零，监测放松过程中的轴向应变。在预测试调制周期，经常以固定的时间间隔施加一个较低的调制应力。试样放在两个坚固、平整、磨光的接触表面的钢盘间加载。上钢盘质量应为在未加任和载荷时对试样施加的应力为2Kpa。钢盘接触面应加硅油保存，避免生锈。试样应平整，端面平行。厚度应尽量接近该种材料在道路中的实际厚度。加载钢盘两端面应加上适量的硅油和石墨，以减少摩擦。

测试数据可使用EXCEL等表格处理软件比较、画图。

4．反复轴向加载或动态蠕变测试（RLA）

试样安装同静态蠕变测试。载荷按1秒加载1秒间歇施加（方波）。英国标准是在30摄氏度下，载荷轴向应力幅值为100Kpa，作1800个循环。计算测试结束时的轴向应变作为耐永久变形能力的评价。

5．试样受测试

使用不受的RLA和静态蠕变测试，常引起争论。因为实际道路材料侧面是受到环境材料支撑的。对于多孔渗水沥青和SMA，未受测量的性能要比在道路中使用的性能差很多。为此使用将试样用橡皮薄膜包裹在加压室内作测试的三轴测试法。三轴测试通常只适用于实验室使用。

6．凹痕测试（IT）

凹痕测试本质上是使用15cm直径的试样用10cm直径的上钢盘的RLA测试。该类型的测试结果与车辙测试结果有很好的相关性。

7．真空三轴测试

试样用带图示端板的橡胶薄膜袋密封包装（上、下用O型圈栓牢密封），薄膜内外形成压差，构成简易的三轴测试。其余类同于常规的RLA测试。真空压力小于1bar。

8．间接拉伸疲劳测试ITFT

使用间接拉伸测试来评估抗疲劳断裂能力受到的主要批评是加载是单方向的（应力不能在拉、压间变换）。不过ITFT测试表明用它来对材料分级与使用两点弯曲和轴向拉压等复杂的疲劳测试得到的结果顺序一致。由此可期望间接拉伸疲劳测试作为日常抗疲劳能力的评估方法。间接拉伸疲劳测试分为受控应力和受控应变两类。受控应力测试是测试开始到疲劳损坏所加应力脉冲的幅值恒定。受控应变测试是测试过程应变大小维持恒定。目前NU-10/14因无法有效地监控水平变形只能实现受控应力测试。测试疲劳过程是在施加受控应力的条件下监测垂向永久变形直到该垂直永久变形达到某以水平，测试结束。试件直径100mm，厚度推荐值40mm。

疲劳测试步骤

a． 备相同材料的混合料试样10-12件，测量每个试件的尺寸并编号，测量混合料的密度并干燥。

b． 确定疲劳测试使用的应力水平。

c． 用ITST法测量每个试件的在目标应力水平下的劲度模量。

d． 用ITFT法在不同应力水平下作疲劳测试。如，1号试件400Kpa，2号试件200Kpa，3号试件600Kpa等。如果疲劳测试在200次脉冲应力作用之内完成，则施加应力太高；如果疲劳测试超过100,000次脉冲应力作用后方能完成，则施加应力太低。

e． 记录发生疲劳时的加载次数和水平应力，水平应力的对数（Log）和加载次数的对数（Log）应接近线性。（可用回归法求其直线方程）

9．四点弯曲疲劳测试

疲劳测试试件尺寸：50X50X370mm。

由于受控应变疲劳测试完成时不会有疲劳断裂现象出现，判别疲劳测试结束使用下面条件：要维持测试过程中应变恒定，施加应力应随试件劲度减小而减小，当施加应力减小到初使应力的50%时，判定疲劳测试完成。相应也可获得同批试件控制在的不同应变条件下疲劳测试结束时的测试循环次数与相对应变之间的关系。

测试结果会受下述因素影响：测试试样所处的环境温度控制的一致性，测试试样本身的一致性，材料类型。

测试过程及步骤

a． 提升NU-10/14伺服加力机构，位置大致为两门型支撑杆上端螺纹露出50-70mm。保证机构下锁紧螺母标志于伺服机构上标志对齐，锁紧两上螺母。

b． 连接弯曲梁变形测量传感器电缆到测控单元（安颜色）；连接四个试样垂直方向夹紧驱动电机电缆到电机控制器（按颜色）；连接两条试样横向夹紧及位移提升机构用气管（一条进气、一条出气）。

c． 打开计算机、梁夹紧控制器及测控单元，打开气源。在计算机中运行Caltry.exe文件。点击solenoid（电磁阀）按钮，用spin按钮送－0.1v电压到伺服阀，伺服加载杆应收回。

d． 将四点弯曲疲劳测试机构放入伺服机构支撑台，用Caltry.exe软件设置伺服输

出为0.1v按下spin按钮，放下伺服加载杆和荷载传感器，使之与四点弯曲机构上端加载螺钉对齐，将四点弯曲机构用四颗螺钉固定在支撑盘上。

e． （关闭）夹紧气路控制开关，横向夹紧应处于放松位置、位移传感器支撑机构应处于放下位置。

f． 插入PVC测试梁，用夹紧控制单元上的outer和inner开关夹紧PVC梁。

g． 启动beamstrain.exe测试软件，进行受控应变测试。（或beamstress.exe为受控应力测试）然后按软件提示完成测试。注意：如果LVDT指示在刻度范围内，说明LVDT设置正确。

h． 键入测试数据文件名，使用spin按钮键入被测梁的尺寸。设置测试温度和测试终止条件。（对受控应变测试，当劲度减小到初使劲度的50%时测试结束；对于受控应力测试，劲度减小到初使劲度的10%时，测试结束。测试终止条件可由spin按钮改变）调整测试频率（5－20Hz），通常为10Hz。

i． 放松夹紧装置，取出PVC梁，更换被测试件。先横向夹紧测试梁，再作垂直方

向夹紧，再提升LVDT夹紧支架。

j． 放低传感器加载单元，使传感器与四点疲劳测试连接螺钉之间间隔5mm左右，

点击Make Contact按钮，检测到小的荷载时传感器加载单元停止下降。将传感器与四点疲劳测试机构顶部螺钉拧紧连接。

k． 取下对准板和对准杆。保证各部件、试件卡紧到位，按下Start按钮。每20个

循环读一次数，直到应变（或应力）幅值达到选定水平，才记录劲度数值。

l． 测试完成时，软件前进到下一屏幕，对准杆和对准板重新插入，取开传感器与四

点疲劳测试机构之间的螺钉连接，再开始作下一次测试。

10．未处理的路基和基层材料的循环三轴测试

温控室

1．规格

控温范围：－10°C―60°C

容积：625ltr/22ft3

重量：180kg

制冷剂：395g R404a

制冷功率：560W；加热功率：1.1kw

电源：单相230V 50-60Hz/2.1kw

外部尺寸：2000mmX815mmX710mm

2．操作

操作面板

a． 按下开关4，打开电源和加热器。如需要，按下开关6，打开制冷装置电源。设定－10°C―40°C的温度，需要同时打开制冷和加热开关；40°C以上，只需打开加热开关即可。

b． 温度上限控制装置3。当该装置动作时，切断风扇、加热和制冷装置，控制面板上红色报警灯亮。通常上限控制装置3设定温度高于测试温度10°C。

c． 温度控制器1显示控温室的温度。按下*号显示设定温度。按下*号并按下△或▽按钮，调节设定温度。

三轴测试单元简介

1．1三轴测试单元的基本原理本质上是对圆形土壤试样加上各向均等的压力，通过适当的排水管实现饱和和固结，最后加上轴向载荷完成试样的破坏。

对试样加载，三轴单元需装满去气水，然后用适当的气、水装置保持压力到一个恒定的水平（见T478/A，/B，/C和附件）

CU测试的一个重要阶段就是通过改进和控制土壤试样的饱和来表达。这可以通过使用第二套水压供应系统（通常称为“背压”）对试样的顶部和底部排水管加压来实现。测试过程中，测试单元压力维持在高于背压的水平。

下列阀门连接到三轴单元的底部：（如图1）

A． CW阀（=试样水）连接到三轴室内，内部充满水并施加试样各向均等压力。

B． PWL阀门（=下空隙水）连接到底盘适配器，用于试样的下排水和背压。

C． PWU（=上空隙水）连接到上排水顶盘，用于背压。

D． PWL辅助阀门，连接到空隙水压测量的安装在去气块上的压力传感器的底部盘上。

在压力管上安装的阀门必须完全密封，开关时不能引起水的交换，以避免土壤试样内外的压力改变。通常使用无体变法。

1．2 根据不同类型的三轴测试和不同的测试阶段，阀门用于实现不同的测试条件：

--对于CU或CD测试，阀门B和C打开实现从土壤试件的顶部或底部的固结阶段。

--对于CU测试，在实现空隙水压测量时阀门B和C关闭，D打开。

--对于UU测试，只有阀门A用于施加试件压力。基于此原因，阀门C和D不需要：在标准配置中，三轴单元只提供两个阀门，其余两个阀门必须单独订购。（见表1）两个底盘入水口装有堵头。

1．3 底盘适配器安装在底盘上必需与试样尺寸一致。有不同直径的适配器可供选择，可以互换、易于安装，要注意同时安装合适的O型圈保证可承受水路加压。

2．三轴单元的组装

2．1 底座适配器

组装底座适配器，需要合适的O型圈和三轴单元专用螺钉。在底盘上插入O型圈，涂上一薄硅油层。小O型圈放入排水口，外O型圈保证底盘和适配器密封。然后放入选定的适配器，注意适当连接排水出口和栓紧两个部件的三个螺钉。需要4mm内六角扳手。

2．2 排水顶盖

顶盖足够坚固、能将轴向荷载传递到试件，设置有小孔可通过2。5mm小尼龙管连接到上排水阀。尼龙管足够柔软结实，不会产生体积改变。

插入连接到顶盖的小排水管到底盘上连接PWV阀的螺孔，栓紧压住小尼龙管口的小金属圈。同样检查尼龙管和顶盘之间的连接顶盘和底盘适配器均装有透水盘。

2．3 阀门

当三轴单元用于CU和CD测试时，C、D出口安装了两个T420/12阀。为此，松掉出水口堵塞，将密封黏结垫插入阀门，缠上封口胶将阀门插入到底盘出水口、拧紧，调节阀门把手到合适位置。

2．4 排气块

CU和CD测试，连接T477/4排气块到阀门（D）。为此，需从阀门取下1/4″快速插头，拧上排气块。建议使用封口胶避免压力泄漏。在连接合适的排气块上，装上1/4″快速接头和O型圈，插入压力传感器P349（或P350）。检查O型圈，保证在排气块中位置正常。

2．5 三轴单元试样室

组装试样室各部件，拧紧螺杆使底盘和与试样室连成整体。

2．6 液压接头

饱和和固结阶段通常通过连接到三轴测试室内的排水管实现。单元底座必须装有下列液压管：

1． 孔隙压力测量用的底座适配器（PWL阀）。

2． 连接上下的排水管和背压系统。（PWU和PWL）

3． 连接三轴单元的压力系统。（CW阀）

3．放置试样

3．1 在放置土壤试样到底盘适配器之前，建议采用下面处理：

-顶盘和底盘连接管灌满水；

-排气块和孔隙压力传感器组装好并灌满水。

3．2 放置下渗透盘和滤纸到底盘适配器上。

3．3 在试样的侧面放置合适的侧排水。

3．4 然后将试样放置到底盘适配器上，保证与渗透盘和底盘对齐。放置上滤纸和渗透盘。

3．5 使用薄膜伸展器将橡胶膜套入土壤试件。将橡胶膜用两个O型圈与上下基板密封。轻轻向上敲从薄膜和试样之间取下气袋（？）。

3．6 在连接顶部加载帽的排水管上装两个O型圈，将排水顶帽插入到渗透盘上方的薄膜内，不要引入空气。

3．7 使用合适的O型圈放置工具将薄膜与顶帽用两个O型圈密封。保证试样轴垂直对齐。安装时，注意不要损伤排水管、不要让试样受到撞击。

3．8 允许加载头自由落下接触顶帽，用水灌满三轴单元（建议使用去汽水），保证所有空气通过放气塞排出。通过合适的小阀门，在三轴单元顶部加载活塞村套的小空腔内加入少量的油脂。在压力达到预定加载前保持排气塞打开。

原样地基土和基层材料的循环三轴测试

本测试是按照TP46规范确定土壤和集料的回弹模量。测试试样直径100mm高200mm。用户需要准备未受干扰或代表现场条件的试样。

准备好的试样放入橡胶薄膜内，用O型圈密封到上下测试盘之间。通常在测试盘中要加入透水板，需要抽真空单元维持试样在成型和脱模时的形状，然后移开。

拧开螺钉、取下三轴单元上下连接杆（三轴部件上：TCUP，三轴部件下：TCB），提起TCUP。

放试样在三轴底座上。试样可以通过4mm管加上真空防止变形。本节使用橡胶试样演示。图13。1

一个大O型圈用于TCUP与TCB的密封。确认放置正确。（图13。2）

拉出三轴单元顶部的加载活塞，在放置到试样和底座过程中保持活塞在拉出位置。（图13。3）

放置TCUP到TCB上，不要接触安装的试样。（图13。4）

推下加载单元使加载头接触顶盘中心的凹位。（图13。6）

用栓紧螺杆将TCUP和TCB单元夹紧（图13。7）最好按单一方向逐个拧紧螺钉。

将LVDT放入夹板中，保证LVDT探头完全进入LVDT体内前加载杆可以推入10mm。在测试软件运行中会提示LVDT安装。（图13。8）

连接气源、运行测试软件，加载头应回退。

软件第一个信息框提示：在测试中不要存储数据到软盘上。否则可能导致时间低于仪器的临界操作时间。缺省数据记录目录为主机硬盘。

键入存储数据的文件名。数据将存储在c：\\a_servo\\cyctriaxdata\\目录下。键入测试试样的名称和参考号。键入测试材料的简要说明。使用选择按钮键入试样尺寸。

检查加载单元输出是否为零，如果需要使用零位螺钉调零。

上面画面保证LVDT安装在启始位置。当LVDT的显示变为红色，LVDT安装位置即为正确的起始位置。（显示在屏幕的右方）

该画面也用于检查其它部件的功能：压力传感器、伺服阀、电磁阀、V/P转换器和其它压力传感器。注意：不要将测试试件放置到加载头正下方，因为可能由于误动作产生过载受损。如果要试加载和加压功能，使用橡胶仿真试样。

上图表格使用户可以选择测试材料类型（基趁地基土或基层土壤），也可键入用户定义的测试条件。

上面屏幕显示按下基层土壤按钮后得到的测试顺序表格。

上面测试屏幕显示测试开始，在运行测试顺序前可以改变测试参数。在每个测试顺序结束时，可以选择打印测试结果表格。打印输出结果要求连接打印机且配置正确。