CN101975716B - 泡沫沥青发泡性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泡沫沥青发泡性能测试装置。本发明的目的在于提供一种操作简单、快速、能准确测试出泡沫沥青发泡特性的试验装置。本发明的特征在于：它包括底座、增压管、器皿座、水箱、进水管、支架、压盖、压紧扣环、螺杆、刻度管、导气管和增压泵，所述的底座上，固定有器皿座、水箱、支架和增压泵，水箱通过增压管与增压泵连通，进水管的一端与水箱连通，另一端与压盖内的喷头连通，压紧扣环和螺杆把压盖紧压在支架的下面，刻度管固定在支架上，它通过导气管与发泡皿连通，压盖上还安装有换气阀。本发明主要用于公路工程实验室检测泡沫沥青的发泡膨胀率和半衰期。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫沥青发泡性能测试装置，更具体地说，是涉及一种公路工程泡沫沥青实验室发泡性能测试的装置。
背景技术
泡沫沥青也叫膨胀沥青，是一种新型的沥青拌和物，泡沫沥青的主要用途是作为沥青路面冷再生技术中的基层。研究泡沫沥青的发泡性能有利于更深入的了解泡沫沥青各种特性，特别是在泡沫沥青冷再生技术对旧沥青路面的再生利用方面，具有重要的指导意义。
泡沫沥青的发泡性能主要包括膨胀率和半衰期两项指标。目前发泡性能测试的主要方法是让沥青在一个敞开的圆筒状容器中发泡，通过测量桶内沥青表面距桶边缘的距离与时间，然后换算成所需的两项指标。这种方法默认桶内沥青是均匀发泡，并且发泡时体积的增大是膨胀平面均匀上升。这样就改变了沥青的胀大是呈椭球型状胀大的事实，忽略了椭球之间的间隙体积，因而使得测试的结果误差比较大，不能反映出真实的发泡特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、快速、能较准确测试出泡沫沥青发泡性能的实验室测试装置，以填补本技术领域的空白。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种泡沫沥青发泡性能测试装置，其特征在于：它包括底座1、增压管2、器皿座4、水箱5、进水管7、支架8、压盖9、压紧扣环10、螺杆11、刻度管12、导气管13和增压泵16。所述的底座1上，固定有器皿座4、水箱5、支架8和增压泵16。水箱5通过增压管2与增压泵16连通，进水管7的一端与水箱5连通，另一端与压盖9内的喷头连通，压紧扣环10和螺杆11把压盖9压紧在支架8的下面，刻度管12固定在支架8上，它通过导气管13与发泡皿3连通，压盖9上还安装有换气阀14。
本发明的有益效果是：整个装置结构简单、易组装；测试方法不复杂，容易掌握，操作步骤少；更重要的是能较准确地测试出表征发泡特性的两项指标——膨胀率和半衰期。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明喷头的结构示意图。
图中：1-底座，2-增压管，3-发泡皿，4-器皿座，5-水箱，6-电磁阀，7-进水管，8-支架，9-压盖，10-压紧扣环，11-螺杆，12-刻度管，13-导气管，14-换气阀，15-器皿导轨，16-增压泵，17-进水孔，18-喷头进水管，19-出水针管，20-喷头座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。
参见图1和图2，本发明的特征在于：它包括底座1、增压管2、器皿座4、水箱5、进水管7、支架8、压盖9、压紧扣环10、螺杆11、刻度管12、导气管13和增压泵16，所述的底座1上，固定有器皿座4、水箱5、支架8和增压泵16，水箱5通过增压管2与增压泵16连通，进水管7的一端与水箱5连通，另一端与压盖9内的喷头连通，压紧扣环10和螺杆11把压盖9压紧在支架8的下面，刻度管12固定在支架8上，它通过导气管13与发泡皿3连通，压盖9上还安装有换气阀14。
本发明的设计原理及方案是在沥青发泡后的前提下，使得性能测试的方法和操作步骤简单、快速、准确，从而实现发明的目的。
将一定量的沥青置于一个容器之中，加热到能发泡的温度，在一个密闭的容器内往热的沥青高压注水，水进入沥青后吸热蒸发成水蒸汽。由于热沥青具有一定流动性和粘度，可以在水蒸汽的外表面形成一层沥青膜，这样就通过水的吸热蒸发、沥青包裹水蒸汽来实现沥青的发泡。沥青发泡后会将密闭容器内的沥青膜外的气体排出，排出的气体体积即为沥青发泡的膨胀量。为得到排出气体的体积，把密闭容器里排出的气体外接到一根透明、内置水滴且带有刻度的导管，排出的气体会把导管中的水滴推动一段距离，然后根据推动的距离和导管横截面积算出容器中排除气体的体积，于是沥青发泡的膨胀量就由如下公式得到：
V＝A0×ΔS
式中，V：沥青的体积改变量；
A0：外接刻度管的横截面积；
ΔS：刻度管中水滴的移动距离。
参数的确定：测量出排出气体的体积，便可以得到沥青发泡的膨胀量，从而可以计算得沥青发泡膨胀率；再通过测出排出气体体积与时间的关系，便可以得到沥青发泡的半衰期。
沥青的发泡温度是一项控制指标，故试验时应该有有效的温度控制。为方便沥青加热，更好的控制加热温度，本测试方法采用电磁炉加热器。采用电磁炉加热器的好处有：不仅可以快速加热沥青，而且加热结束后也不会产生余热，方便试验的进行，同时也不会产生大的测试误差。试验开始前，用增压泵16对水箱5加压，目的是解决注水的压力不够，水不能射入到热沥青内的情况。由于热沥青本身具有一定的稠度，常压注水不可能完全把水射入到热沥青中；而且，没有射入沥青中的水会在沥青表面蒸发，会产生附加的水蒸汽压强，必然会加大水滴在刻度管中的运动量，直接对测试结果产生影响，使得测试结果偏大，故需严格控制射水，应尽可能的使水全部射入到热沥青中；为此，加大射水压力，减少射水的水量损失，确保试验的准确性。
测试装置的密封性能也决定试验能否成功，为保证装置的密封性能，在压盖9的内侧加一块耐高温的硅胶密封圈，由于扣环10的挤压的作用，使得发泡皿3、硅胶密封圈、压盖9三者紧密的贴在一起，共同保证密封性能，使得沥青的发泡完全在一个密闭的容器中进行，同时也保证了排出的气体完全被排到刻度管中推动水滴的运动。为产生很好的发泡的效果，采用特制喷头；水箱中的水在高压的作用下，通过电磁阀6、进水管7和特制喷头后，从出水针管19产生均匀、高速的三注细水注；当电磁阀6关闭后，水就停止注射。由于电磁阀6的存在，可以实现快速通水和断水，并且通过电子控制器控制的时间间隔来控制射水量，以确保发泡效果。水箱5、电磁阀6和特制喷头的配合，共同完成快速高压射水的全过程。沥青发泡时，沥青膜包裹的体积逐渐增大，势必挤压周围的气体往刻度管12中运动，这样沥青发泡的体积的变化，能及时、准确的通过刻度管12显示出来。为防止密闭容积过大而导致体积变化反应的延后发生，发泡皿4的容积应接近沥青发泡后的体积，尽可能的减少沥青膜外的气体所占容器的空间；同时也应减少连通管13的长度。
整个发泡过程的时间比较短，密闭容器内的温度可以近似认为不变，所得的试验数据不做修正，直接求出泡沫沥青的膨胀率和半衰期。
下面给出本发明的实施例：称取30克的试验沥青倒入发泡皿3，电磁炉加热，用温度计测量沥青的加热温度，当加到发泡温度的时候(160℃左右)，用坩埚钳把装有热沥青的发泡皿3转移到装置的器皿导轨15上，并推进到器皿座4上，打开压盖9中的换气阀14，扳动压紧扣环10，盖紧压盖9。停留片刻后(待发泡皿中的气压稳定，主要使反应容器的内外压强相等)，关闭换气阀14，让电磁阀6通电一瞬间，这样水箱5中的水通过导水管7和特制喷头瞬间注入热的沥青中(试验前用增压泵给水箱加压)，开始发泡。同时当看到刻度管12中水滴开始运动时就用秒表开始计时，并记录初始刻度值L0，当水滴停止运动，并且开始返回时，记下该时刻的刻度值L1和时间t0，当数值减少到(L1-L0)/2时，再次记下该时刻的时间t1，然后通过有关公式计算得出相关的性能测试指标，即泡沫沥青的发泡率(膨胀率)和半衰期。
计算公式说明如下：
发泡率(膨胀率)W＝(L1-L0)×A0/V0
V0＝m0/ρ
其中：W：泡沫沥青的膨胀率；
L1：刻度管的最大刻度值读数；
L0：试验前刻度管的初始刻度值读数；
A0：刻度管的横截面，设计为1cm2；
V0：实验沥青的体积；
m0：实验沥青的质量；
ρ：实验沥青的密度。
半衰期：ΔT＝t1-t0
其中：ΔT：泡沫沥青的发泡半衰期；
t1：刻度管的刻度值为(L1-L0)/2时的秒表读数；
t0：刻度管的刻度值L1时的秒表读数。
需水量：M＝3×v0×Δt×A1×ρw
其中：M：泡沫沥青的发泡需水量；
v0：射流速度，由试验前设定；
Δt：射流时间，由试验前设定；
A1：单个射水孔的横截面积；
ρw：水的密度。
实例1：称取30g的试验沥青，加热到160℃，同时把水箱内的压强加到0.2MPa，电磁阀开关间隔时间设定为2s(2秒)，射流速度设定为5m/s，开始实验。
所得数据如下：
L0＝1.5，L1＝403.8，t0＝36，t1＝49。
则
需水量为：M＝3×v0×Δt×A1×ρw＝3×5×2×0.3×1＝9g
发泡率(膨胀率)：W＝(L1-L0)×A0/V0
＝(403.8-1.5)×1/(30/1.15)
＝15.4
半衰期：ΔT＝t1-t0＝49-36＝13s(13秒)
实例2：称取50g的试验沥青，加热到160℃，同时把水箱内的压强加到0.2MPa，电磁阀开关间隔时间设定为3s(3秒)，射流速度设定为5m/s，开始实验。
所得数据如下：
L0＝2.0，L1＝680.8，t0＝62，t1＝75。
则
需水量为：M＝3×v0×Δt×A1×ρw＝3×5×3×0.3×1＝13.5g
发泡率(膨胀率)：W＝(L1-L0)×A0/V0
＝(680.8-2)×1/(50/1.15)
＝15.6
半衰期：ΔT＝t1-t0＝75-62＝13s(13秒)
实例3：称取80g的试验沥青，加热到160℃，同时把水箱内的压强加到0.2MPa，电磁阀开关间隔时间设定为5s(5秒)，射流速度设定为5m/s，开始实验。
所得数据如下：
L0＝1.2，L1＝1028.8，t0＝87，t1＝101。
则
需水量为：M＝3×v0×Δt×A1×ρw＝3×5×5×0.3×1＝22.5g
发泡率(膨胀率)：W＝(L1-L0)×A0/V0
＝(1028.8-1.2)×1/(80/1.15)
＝14.7
半衰期：ΔT＝t1-t0＝101-87＝14s(14秒)
Claims (1)
1.一种泡沫沥青发泡性能测试装置，其特征在于：它包括底座(1)、增压管(2)、器皿座(4)、水箱(5)、进水管(7)、支架(8)、压盖(9)、压紧扣环(10)、螺杆(11)、刻度管(12)、导气管(13)和增压泵(16)，所述的底座(1)上，固定有器皿座(4)、水箱(5)、支架(8)和增压泵(16)，水箱(5)通过增压管(2)与增压泵(16)连通，进水管(7)的一端与水箱(5)连通，另一端与压盖(9)内的喷头连通，压紧扣环(10)和螺杆(11)把压盖(9)压紧在支架(8)的下面，刻度管(12)固定在支架(8)上，它通过导气管(13)与发泡皿(3)连通，压盖(9)上还安装有换气阀(14)。
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