CN104297294A - 一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置及检测方法，检测装置包括壳体和标准试样筒；壳体内安装有温度传感器、搅拌器、变速电动机、电流表、拌和锅和电动装置；拌和锅内设有加热保温装置；温度传感器安装在主轴、搅拌叶片内部和拌和锅内；壳体上安装有控制面板和显示屏，控制面板包括温度按钮、电动装置按钮和控制按钮。检测方法包括检测装置标定步骤和试验标准步骤；试验标准步骤包括将拌和锅加热至试验所需温度，记录搅拌器匀速搅拌时温度值及电流值；拌和锅降为试验所需另一温度，记录降温过程中各个温度下的电流值；对所有记录的温度及电流进行分析。本发明可评价沥青混合料和易性优劣，能够确定沥青混合料最佳拌和温度。

Description

一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种沥青混合料施工和易性检测装置及检测方法，具体涉及一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置及检测方法，用于评价沥青混合料施工和易性的优劣。

背景技术

沥青混合料和易性是施工过程中的一个重要参数，直接影响混合料拌和、压实的效果，从而决定沥青路面的路用性能及使用寿命。

2008年，侯曙光利用研发的沥青混合料和易性指数测试仪测试在不同温度和不同搅拌转速下、不同级配类型的热拌和温拌沥青混合料的和易性指数。研究结果表明：影响沥青混合料和易性指数的因素有搅拌转速、温度、最大公称粒径等。长安大学郭平，段凌云采用沥青混合料试验仪对Sasobit温拌沥青混合料的施工和易性进行研究，在不同温度和不同频率下测定其施工和易性，并与热拌沥青混合料进行对比分析，试验结果表明掺加了Sasobit的沥青混合料在拌合温度降低30℃的情况下，具有与热拌沥青混合料相同的施工和易性。

1978年，Mavillet和Bougault在路用沥青工作者协会中提出了测定沥青混合料施工和易性的尝试研究。其研究成果可以概括为以下四点：第一，沥青胶结料粘度等级减低则沥青混合料的施工和易性变好；第二，沥青含量的变化对施工和易性没有直接影响；第三，沥青混合料中填料含量增加，则混合料整体施工和易性降低；第四，组成混合料的骨料颗粒棱角性越好则混合料施工和易性越差。

2003年，美国奥本大学Jagan M.Gudimettla，L.Allen cooley等人对热拌沥青混合料的和易性进行了相关研究，利用研发的混合料施工和易性检测装置进行和易性测试，试验的结果说明：研发的标准和易性检测设备能够反映热拌沥青混合料和易性的优劣。2009年，Tao和Mallick利用研发的扭矩扳手和易性检测装置研究了Sasobit H8和Advera zeolite这两种温拌剂对再生沥青混凝土路面材料施工和易性以及力学性能的影响。研究发现：添加温拌剂Sasobit H8和Adverazeolite均有助于降低再生沥青混凝土路面材料的粘度，从而提高再生沥青混凝土路面材料的施工和易性。2010年，美国马萨诸塞大学的Magawer和Austerman利用研发的马萨诸塞大学沥青混合料和易性检测装置对温拌沥青混合料施工和易性和压实性能进行了评估，研究中采用不同温拌剂以不同的掺量掺入PG76-22等级的沥青胶结料。结果显示掺入2％的Rediset和0.6％的Evotherm 3G能够提高沥青混合料的施工和易性和压实特性。2013年，美国俄亥俄州亚克朗大学的Ayman Ail等人利用研发的亚克朗大学沥青混合料检测装置对泡沫温拌沥青混合料和易性进行研究，试验采用PG64-28、PG70-22两种等级的沥青胶结料，两种类型集料以及两种最大公称粒径混合料。研究发现：无论是热拌沥青混合料还是泡沫温拌沥青混合料，其施工和易性都受到胶结料等级、集料类型、最大公称粒径等因素影响；使用石灰岩的热拌沥青混合料比使用压碎砾石的热拌沥青混合料和易性要差，而泡沫沥青混合料恰好相反，这说明集料类型对于热拌和温拌沥青混合料的施工和易性具有不同的影响效果。

国内对于沥青混合料和易性的研究并不多，在为数不多的研究中，没有提出一个得到广泛认可的评价指标和评价方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置及检测方法，可评价沥青混合料施工和易性的优劣，能够确定沥青混合料最佳的拌和温度。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

发明的思路如下，在沥青混合料拌和过程中，搅拌器会受到阻力，阻力越大说明混合料越难拌和，施工时不易摊铺和碾压，因此驱动搅拌器转动的变速电动机需要输出更大功率，根据物理学P＝U*I，电流值与功率成正比，从而搅拌电路中电流值会随着电动机输出功率增大而增大，因此，可以通过测定搅拌电路中电流值大小来间接反映沥青混合料的施工和易性。因此本发明的检测装置有以下作用：在某一确定温度下，比较不同混合料在拌和过程中搅拌电路中变速电动机内流过的电流值大小，反应不同材料的拌和难易程度；根据混合料在不同拌和温度时搅拌电路中变速电动机内流过的电流值大小，从而确定最佳拌和温度。

本发明的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，包括壳体，还包括用于确定试验材料用量的标准试样筒；壳体内安装有温度传感器、搅拌器、用于驱动搅拌器转动的变速电动机、与变速电动机的电路串联的电流表、设置在搅拌器下方的拌和锅和可使拌和锅上下移动的电动装置；搅拌器的主轴上设有至少两片搅拌叶片，拌和锅内设有加热保温装置；温度传感器安装在主轴、搅拌叶片内部和拌和锅内；壳体上安装有控制面板和用于显示电流值及温度值的显示屏，控制面板包括用于控制加热保温装置的温度按钮、用于控制电动装置带动拌和锅上下移动的电动装置按钮和用于控制变速电动机的控制按钮。

上述壳体内侧设有滑槽，电动装置包括与拌和锅固定连接的滑块和用于推动滑块沿滑槽上下移动的电动推杆；所述电动推杆包括电动机和与电动机输出轴相连接的撑杆，撑杆的另一端与滑块相连接。

上述变速电动机通过减速机与搅拌器相连接，变速电动机的输出轴通过联轴器与减速机的输入端相连接，所述减速机的输出端与搅拌器的输入端相连接。

上述搅拌器的主轴上设有三片搅拌叶片，三片所述搅拌叶片分别设置在主轴上中下三个位置，用于降低在搅拌过程中形成剪切面的概率；位于上面的搅拌叶片的倾斜角度设置为与旋转方向成135°角，位于中间的搅拌叶片的倾斜角度设置为与旋转方向保持垂直，位于下面的搅拌叶片的倾斜角度设置为与旋转方向成45°角。

上述拌和锅上设有用于控制拌和锅90度旋转的拌和锅手柄。

上述壳体的底部设有便于检测装置移动的轮子。

本发明的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置的检测方法，包括以下几个步骤：

(1)检测装置标定：检测标定所得的结果用于参照，相当于参照物，下文沥青混合料的试验结果与检测标定的结果比较，便可知沥青混合料的和易性优劣。试验标准是做沥青混合料和易性试验的标准步骤，在标定试验得出结果后进行。

(1a)接通电源，在所述拌和锅空置情况下，通过所述控制按钮启动搅拌器，记录所述搅拌器空转时电流表的电流值；

(2a)将标准标定材料倒入标准试样筒内，利用刮刀齐筒顶刮平集料，并将所述标准试样筒内的集料转移倒入拌和锅中，通过所述控制按钮启动搅拌器开始搅拌，记录搅拌所述标准标定材料时电流表的电流值；

(2)试验标准：

(1b)按照试验需要预先拌制好待测的沥青混合料试样，置于烘箱中保温，所述标准试样筒也置于烘箱中保温，同时提前通过所述温度控制按钮打开加热保温装置，将所述拌和锅加热至试验所需温度；

(2b)将所述沥青混合料试样倒入标准试样筒内，利用刮刀齐筒顶刮平沥青混合料试样，并将所述标准试样筒内的沥青混合料试样转移倒入拌和锅中，按下所述电动装置按钮，所述电动装置将拌和锅向上推至上限点，通过所述控制按钮启动搅拌器开始搅拌；

(3b)启动拌和后，待所述搅拌器匀速搅拌时，记录所述显示屏上的温度值及电流表上的电流值，然后，通过所述温度控制按钮控制加热保温装置，使拌和锅温度下降至试验所需另一温度，启动所述搅拌器搅拌沥青混合料试样，随着所述沥青混合料试样温度的下降，记录降温搅拌过程中各个温度下的电流值；

(4b)待试验结束时，按下所述电动装置按钮，所述电动装置将拌和锅下降至下限点，所述拌和锅复位，最后关闭电源；

(5b)对所有记录的温度及相应温度下的电流进行分析(分析方法：根据相应温度下的电流值的大小来评价沥青混合料的和易性优劣，如下文实例的分析，检测方法不包括分析步骤)，用于评价沥青混合料的和易性。

步骤(2a)中，所述标准标定材料具体采用的是2.36mm～4.75mm档石灰岩集料，所述标准标定材料在使用后收集起来以备再次使用，用于避免因不同批次所述标准标定材料特性的不同而影响检测装置的标定。

步骤(2a)中，每十次和易性检测试验后对检测装置进行再次标定，用于确保试验结果的准确性。

本发明通过可视化搅拌电流值和相应的温度，从而可以直观地评价沥青混合料的施工和易性好坏，并且能够确定沥青混合料最佳的拌和温度。

附图说明

图1为本发明的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置结构示意图；

图2为本发明的标准试样筒结构示意图；

图3为基质沥青SUP13混合料不同温度下和易性电流值检测图；

图4为SBS改性沥青SUP13混合料不同温度下和易性电流值检测图；

图5为SUP13混合料(基质&改性)不同温度下和易性电流值检测图。

图中各编号：1、壳体，2、变速电动机，3、联轴器，4、减速机，5、搅拌叶片，6、滑槽，7、撑杆，8、电动机，9、显示屏，10、搅拌器，11、拌和锅手柄，12、拌和锅，13、轮子，14、电流表，15、标准试样筒，16、滑块。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明的一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，包括壳体1和标准试样筒15，标准试样筒15可以确定试验材料用量。本实施例中，标准试样筒15内径为30cm，高度为40cm。

壳体1内部安装有温度传感器、搅拌器10、用于驱动搅拌器10转动的变速电动机2、与变速电动机2的电路串联的电流表14(电流表14最大量程10A，精度0.5级)、设置在搅拌器10下方的拌和锅12和可使拌和锅12上下移动的电动装置。

搅拌器10的主轴上设有三片设置在不同高度并且与旋转方向形成不同角度的搅拌叶片5。拌和锅12内设有加热保温装置。

温度传感器安装在主轴、搅拌叶片5内部和拌和锅12内部；用于全方位测定温度，减小温度检测误差。

壳体1上安装有控制面板和用于显示电流值及温度值的显示屏9(显示试验过程中实时温度，在相应温度下读取电流表14屏幕中电流值即可采集试验数据)，控制面板包括用于控制加热保温装置的温度按钮、用于控制电动装置带动拌和锅12上升至上限点及下限点的电动装置按钮和用于控制变速电动机2的控制按钮。

变速电动机2通过减速机4与搅拌器10相连接，变速电动机2的输出轴通过联轴器3与减速机4的输入端相连接，减速机4的输出端与搅拌器10的输入端相连接。

壳体1内侧设有滑槽6，电动装置包括与拌和锅12固定连接的滑块16和用于推动滑块16沿滑槽6上下移动的电动推杆；电动推杆包括电动机8和与电动机8输出轴相连接的撑杆7，撑杆7的另一端与滑块16相连接。

三片搅拌叶片5分别设置在主轴上中下三个位置，用于降低在搅拌过程中形成剪切面的概率；位于上面的搅拌叶片5的倾斜角度设置为与旋转方向成135°角，用于保证在搅拌过程中搅拌叶片5能将拌和锅12底部的混合料铲起来搅拌；位于中间的搅拌叶片5与旋转方向保持垂直，并且搅拌叶片5在旋转方向的反方向形成一个较小的弧度，防止较大粒径的骨料在搅拌过程中发生离析，跑向拌和锅12的边缘，保证较大粒径骨料能继续与其余混合料均匀拌和；位于下面的搅拌叶片5的倾斜角度设置为与旋转方向成45°角，用于促使混合料形成向下方落下的趋势。

拌和锅12上还设有用于控制拌和锅1290度旋转的拌和锅手柄11。

壳体1的底部设有便于检测装置移动的轮子13，机器移动方便省力，大大提高了移动便携性。

本实施例中，变速电动机2可实现三种不同转速，分别为10rpm/min、20rpm/min、30rpm/min。

本实施例中，壳体1为刚性金属结构，是整台装置的工作平台。

本发明的检测方法如下：

(1)首先是检测装置的标定方法：

(1a)接通电源，在拌和锅12中不盛放任何料子，搅拌器10空转时，电流值约为2.9—3.0A，搅拌器10转速选为20rpm/min；

(2a)利用标准试样筒15称取烘干专用标准标定材料2.36mm～4.75mm档石灰岩集料，倒入搅拌锅中，启动搅拌器10搅拌，电流值为3.0A～3.2A(标定检测装置所用集料在使用后收集起来以备再次使用，避免因不同批次集料的特性不同而影响标准检测装置的鉴定)；每10次和易性检测试验后对检测装置进行标定。

(2)然后是试验标准方法：

(1b)将准备好的沥青混合料及试样标准筒置于烘箱中加热保温；预先加热拌和锅12至170℃；

(2b)将沥青混合料试样倒入标准试样筒15内，并利用刮刀齐筒顶细心刮平沥青混合料试样，并转移倒入拌和锅12中，按下电动装置按钮，所述电动装置将拌和锅12向上推至上限点，通过控制按钮启动搅拌器10开始搅拌；

(3b)启动拌和后，待搅拌器10匀速搅拌时，记录所述显示屏9上的温度值及电流表14上的电流值；通过温度控制按钮控制加热保温装置使拌和锅12温度下降至90℃，启动搅拌器10搅拌沥青混合料试样，随着所述沥青混合料试样温度从170℃降至90℃，记录降温搅拌过程中各个温度下的电流值；

(4b)待试验结束时，按下电动装置按钮，电动装置将拌和锅12下降至下限点，拌和锅12复位，最后关闭电源；

(5b)对记录温度及相应温度下的电流进行分析，用于评价沥青混合料的和易性。搅拌电流值大则说明沥青混合料试样和易性差，搅拌电流值小则说明沥青混合料试样和易性好。

分析图3～图5可知：

不论基质沥青还是改性沥青，随着沥青混合料温度升高、搅拌电流值减小，沥青混合料和易性变好。

基质沥青SUP13混合料在160℃与170℃时拌和电路中电流值接近，可认为基质沥青SUP13混合料在两种温度下的和易性几乎相同。

当基质沥青混合料温度低于100℃时，基质沥青SUP13混合料和易性急剧下降，拌合困难，表现为搅拌电流值区间扩大。

当改性沥青混合料温度低于110℃时，改性沥青混合料和易性急剧下降，拌合困难，表现为搅拌电流值区间扩大。

当拌和温度为170℃时，基质沥青和改性沥青的SUP13混合料搅拌电流值接近，可认为两者和易性接近。

当温度低于160℃时，在相同温度下，基质沥青混合料比SBS改性沥青混合料拥有较好的和易性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，包括壳体(1)其特征在于，还包括用于确定试验材料用量的标准试样筒(15)；所述壳体(1)内安装有温度传感器、搅拌器(10)、用于驱动搅拌器(10)转动的变速电动机(2)、与变速电动机(2)的电路串联的电流表(14)、设置在搅拌器(10)下方的拌和锅(12)和可使拌和锅(12)上下移动的电动装置；

所述搅拌器(10)的主轴上设有至少两片搅拌叶片(5)，所述拌和锅(12)内设有加热保温装置；

所述温度传感器安装在主轴、搅拌叶片(5)内部和拌和锅(12)内；

所述壳体(1)上安装有控制面板和用于显示电流值及温度值的显示屏(9)，所述控制面板包括用于控制加热保温装置的温度按钮、用于控制电动装置带动拌和锅(12)上下移动的电动装置按钮和用于控制变速电动机(2)的控制按钮。

2.根据权利要求1所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，其特征在于，

所述壳体(1)内侧设有滑槽(6)，所述电动装置包括与拌和锅(12)固定连接的滑块(16)和用于推动滑块(16)沿滑槽(6)上下移动的电动推杆；所述电动推杆包括电动机(8)和与电动机(8)输出轴相连接的撑杆(7)，所述撑杆(7)的另一端与滑块(16)相连接。

3.根据权利要求1所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，其特征在于，

所述变速电动机(2)通过减速机(4)与搅拌器(10)相连接，所述变速电动机(2)的输出轴通过联轴器(3)与减速机(4)的输入端相连接，所述减速机(4)的输出端与搅拌器(10)的输入端相连接。

4.根据权利要求1所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，其特征在于，

所述搅拌器(10)的主轴上设有三片搅拌叶片(5)，三片所述搅拌叶片(5)分别设置在主轴上中下三个位置，用于降低在搅拌过程中形成剪切面的概率；

位于上面的搅拌叶片(5)的倾斜角度设置为与旋转方向成135°角，位于中间的搅拌叶片(5)的倾斜角度设置为与旋转方向保持垂直，位于下面的搅拌叶片(5)的倾斜角度设置为与旋转方向成45°角。

5.根据权利要求1所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，其特征在于，

所述拌和锅(12)上设有用于控制拌和锅(12)90度旋转的拌和锅手柄(11)。

6.根据权利要求1所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置，其特征在于，

所述壳体(1)的底部设有便于检测装置移动的轮子(13)。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)检测装置标定：

(1a)接通电源，在所述拌和锅(12)空置情况下，通过所述控制按钮启动搅拌器(10)，记录所述搅拌器(10)空转时电流表(14)的电流值；

(2a)将标准标定材料倒入标准试样筒(15)内，利用刮刀齐筒顶刮平集料，并将所述标准试样筒(15)内的集料转移倒入拌和锅(12)中，通过所述控制按钮启动搅拌器(10)开始搅拌，记录搅拌所述标准标定材料时电流表(14)的电流值；

(2)试验标准：

(1b)按照试验需要预先拌制好待测的沥青混合料试样，置于烘箱中保温，所述标准试样筒(15)也置于烘箱中保温，同时提前通过所述温度控制按钮打开加热保温装置，将所述拌和锅(12)加热至试验所需温度；

(2b)将所述沥青混合料试样倒入标准试样筒(15)内，利用刮刀齐筒顶刮平沥青混合料试样，并将所述标准试样筒(15)内的沥青混合料试样转移倒入拌和锅(12)中，按下所述电动装置按钮，所述电动装置将拌和锅(12)向上推至上限点，通过所述控制按钮启动搅拌器(10)开始搅拌；

(3b)启动拌和后，待所述搅拌器(10)匀速搅拌时，记录所述显示屏(9)上的温度值及电流表(14)上的电流值，然后，通过所述温度控制按钮控制加热保温装置，使拌和锅(12)温度下降至试验所需另一温度，启动所述搅拌器(10)搅拌沥青混合料试样，随着所述沥青混合料试样温度的下降，记录降温搅拌过程中各个温度下的电流值；

(4b)待试验结束时，按下所述电动装置按钮，所述电动装置将拌和锅(12)下降至下限点，所述拌和锅(12)复位，最后关闭电源；

(5b)对所有记录的温度及相应温度下的电流进行分析，用于评价沥青混合料的和易性。

8.根据权利要求7所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置的检测方法，其特征在于，

步骤(2a)中，所述标准标定材料具体采用的是2.36mm～4.75mm档石灰岩集料，所述标准标定材料在使用后收集起来以备再次使用，用于避免因不同批次所述标准标定材料特性的不同而影响检测装置的标定。

9.根据权利要求7所述的基于搅拌电流值的沥青混合料和易性检测装置的检测方法，其特征在于，

步骤(2a)中，每十次和易性检测试验后对检测装置进行再次标定，用于确保试验结果的准确性。