CN108918242A - 用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置及方法，该装置包括温控***、搅拌***、载物台和鼓风***；温控***包括控制箱、环境箱、红外温度探头、微波发生器和控制面板，搅拌***包括照明灯、电机和转子；转子包括一号转子和二号转子，鼓风***包括鼓风窗、风机、过滤器、加热器和冷却器；利用上述试验装置进行微波老化沥青的过程中，载物台上设有试模，试模用于盛放试样，采用微波发生器对试样进行加热，并通过红外温度探头实时监测试模的温度。利用上述试验装置进行搅拌沥青和制备改性沥青时，转子选用二号转子，通过控制面板控制二号转子对试验样品搅拌。本发明提高了老化沥青的制备效率与产量，实现了多功能的试验需求。

Description

用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种沥青搅拌和沥青老化的试验装置及方法，具体涉及用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置及方法。
背景技术
现有的沥青搅拌装置主要有机械搅拌器和高速剪切乳化机，一般用于沥青的搅拌与改性沥青的制备。由于沥青的搅拌和改性沥青制备时需要控制较高的温度，一般在150℃以上，因此，在进行试验时需要配置额外的加热装置。一方面，需要配置额外的加热装置且温度不易控制；另一方面，现有研究表明：微波加热沥青速度最快,红外加热次之,电炉丝烘箱最慢，红外加热对加速沥青老化影响最大,电炉丝烘箱加热次之,微波加热最小。此外，现有应用于沥青材料的微波技术主要为微波加热沥青混合料的再生装置、沥青路面裂缝修复。由此可得出现有技术主要存在以下缺点：(1)控制箱搅拌沥青或制备改性沥青时，一般需要额外配置电炉加热，温度难以控制且不均匀，易造成沥青的老化；(2)微波老化沥青时，老化效率较低且每次老化沥青质量较少，难以满足大批量试验要求；(3)现有装置功能单一，无法实现多种试验需求。
此外，自然环境中的微波会引起沥青的老化，使得沥青***、变脆，降低了沥青及沥青混凝土的使用性能和寿命，需要对由微波引起的沥青老化加以评价。鉴于此，本发明设计了一种多功能沥青试验装置，可用于沥青搅拌、改性沥青制备和评价微波对沥青老化的影响，并提出了具体试验方法和沥青微波老化的评价指标，该装置可以更为高效地集搅拌沥青、改性沥青的制备和沥青微波老化于一体，仅需根据试验要求更换该装置中的部件即可。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置及方法，在搅拌沥青、改性沥青的制备过程中可以有效减弱沥青的老化，温度控制更加准确，在进行微波老化沥青时，可以更为高效老化沥青和制备满足大量试验需求的试模。
本发明第一个目的提供了用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，包括：温控***、搅拌***、载物台和鼓风***；所述温控***包括控制箱、环境箱、红外温度探头、微波发生器和控制面板，所述搅拌***包括照明灯、电机和转子；所述转子包括一号转子和二号转子，所述鼓风***包括鼓风窗、风机、过滤器、加热器和冷却器，所述风机、过滤器、加热器和冷却器设置在所述控制箱的内部；
所述控制箱的上部设有环境箱，所述控制箱的前侧设有控制面板，所述环境箱的顶部设有电机，所述电机的输出轴贯穿所述环境箱并通过联轴器连接有转子，所述环境箱的底部设有高度可调且能够旋转的载物台，所述载物台上设有微波测量仪，所述环境箱的顶壁两侧对称设有微波发生器，所述环境箱的侧壁设有鼓风窗，所述环境箱的侧壁正对载物台一侧设有红外温度探头，所述环境箱侧壁的顶部还设有照明灯。
优选地，所述载物台为圆盘结构。
优选地，所述转子材质为耐高温、高强度的玻璃或陶瓷灯损耗系数小的物质。
优选地，所述一号转子用于微波老化沥青，所述二号转子用于沥青的搅拌和改性沥青的制备。
优选地，所述一号转子包括第一转轴和第一转轴末端对称设有的搅拌叶，所述二号转子包括第二转轴和第二转轴末端设有的三片式搅拌扇叶。
本发明第二个目的是提供一种利用上述用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置进行微波老化沥青的方法，在进行微波老化沥青的过程中，所述转子选用一号转子，所述载物台上设有试模，所述试模用于盛放试样，所述试模中盛放的试样不能高于一号转子，通过控制面板控制一号转子的转速，采用微波发生器对试样进行加热，并通过红外温度探头实时监测试样的温度。
本发明第三个目的是提供一种利用上述用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置进行搅拌沥青和制备改性沥青的方法，在进行搅拌沥青和制备改性沥青时，所述转子选用二号转子，通过控制面板控制二号转子对试验样品搅拌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明集搅拌装置、加热***与老化源结合为一个整体结构后，便于精确控制温度、转子转速、微波辐射强度等环境参数；
(2)本发明采用微波加热时，降低了沥青在搅拌过程中的老化；制备改性沥青的制备过程中，既起到了加热作用，又可以活化改性剂，以制备性能更优的改性沥青；
(3)本发明提高了老化沥青的制备效率与产量，实现了多功能的试验需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明沥青微波老化装置的示意图；
图3为一号转子的结构示意图；
图4为二号转子的结构示意图。
附图标记说明：
1、控制箱；2、环境箱；3、红外温度探头；4、微波发生器；5、控制面板；6、照明灯；7、电机；8、转子；8-1、一号转子；8-11、第一转轴；8-12、搅拌叶；8-2、二号转子；8-21、第二转轴；8-22、搅拌扇叶；9、鼓风窗；10、载物台；11、微波测量仪；12、试模；13、试样。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。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的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。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供了用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，包括：温控***、搅拌***、载物台10和鼓风***；温控***包括控制箱1、环境箱2、红外温度探头3、微波发生器4和控制面板5，搅拌***包括照明灯6、电机7和转子8；转子8包括一号转子8-1和二号转子8-2，鼓风***包括鼓风窗9、风机、过滤器、加热器和冷却器，风机、过滤器、加热器和冷却器设置在控制箱1的内部；
控制箱1的上部设有环境箱2，控制箱1的前侧设有控制面板5，环境箱2的顶部设有电机7，电机7的输出轴贯穿环境箱2并通过联轴器连接有转子8，环境箱2的底部设有高度可调且能够旋转的载物台10，载物台10上设有微波测量仪11，环境箱2的顶壁两侧对称设有微波发生器4，环境箱2的侧壁设有鼓风窗9，环境箱2的侧壁正对载物台10一侧设有红外温度探头3，环境箱2侧壁的顶部还设有照明灯6。
进一步地，载物台10为圆盘结构。
进一步地，转子8材质为耐高温、高强度的玻璃或陶瓷灯损耗系数小的物质。
进一步地，一号转子8-1用于微波老化沥青，二号转子8-2用于沥青的搅拌和改性沥青的制备。
进一步地，一号转子8-1包括第一转轴8-11和第一转轴8-11末端对称设有的搅拌叶8-12，所述二号转子8-2包括第二转轴8-21和第二转轴8-21末端设有的三片式搅拌扇叶8-22。
利用上述的沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置进行微波老化沥青的方法，在进行微波老化沥青的过程中，转子8选用一号转子8-1，载物台10上设有试模12，试模12用于盛放试样13，试模12中盛放的试样13不能高于一号转子8-1，通过控制面板5控制一号转子8-1的转速，采用微波发生器4对试样13进行加热，并通过红外温度探头3实时监测试样13的温度。
利用上述的沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置进行搅拌沥青和制备改性沥青的方法，在进行搅拌沥青和制备改性沥青时，转子8选用二号转子8-2，通过控制面板5控制二号转子8-2对试验样品搅拌。
需要说明的是本发明所述的用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置能够通过外接导线和插头与供电电源连接。
以下通过具体的试验方法和评价指标进行详述本发明的试验方法：
一、微波老化沥青的试验方法和评价指标
(1)沥青试样的准备
首先把盛有沥青的玻璃或陶瓷容器放入环境箱中，开启设备，设置加热温度，待沥青加热至自由流动状态，采用电子天平称取一定质量的沥青试样倒入试模中。
(2)试验前准备工作：根据需要在控制面板上设置老化试验温度、时间、转子转速、微波强度等参数，控温一定时间待环境箱内各项参数稳定后放入试样。
(3)试验步骤：试验过程中，一号转子顺时针以设定的转速匀速搅拌，使沥青试样均匀接受微波辐射，进行沥青的老化，待设置老化时间后试验自动结束。
(4)试验结束后取样进一步进行沥青化学组分试验(四组分法)，测定饱和分和芳香分的质量，计算饱和分和芳香分的质量损失率，以质量损失率评价老化程度，即饱和分和芳香分的质量损失率越大，微波老化越严重。具体计算公式如下：
式中，S'、Ar'分别为饱和分和芳香分的质量损失率(％)；
mS1、mS2分别为饱和分微波老化前后的质量(g)；
mAr1、mAr2分别为芳香分微波老化前后的质量(g)。
二、改性沥青的制备
(1)沥青试样的准备
首先把盛有沥青的玻璃或陶瓷容器放入环境箱中，开启设备，设置加热温度，待沥青加热至自由流动状态，采用电子天平称取一定质量的沥青试样倒入试模中。
(2)试验前准备工作：根据需要在控制面板上设置改性温度、时间、转子转速等参数，确定改性剂的掺加比例，称取需要添加的改性剂质量，控温一定时间待环境箱内各项参数稳定后放入试样。
(3)试验步骤：试验过程中，二号转子顺时针以较低的转速匀速搅拌，并以确定的掺配质量将改性剂均匀、缓慢加入热沥青中，直至改性剂添加结束，此时以较高的转速继续搅拌至改性剂分散均匀后停止搅拌，并根据需要决定是否进一步进行高速剪切乳化机搅拌，改性沥青制备结束。
(4)试验结束后，对制备的改性沥青取样，测试其针入度、软化点、延度、黏度等性能指标，检验改性沥青的性能。
二、活化胶粉沥青的制备
(1)沥青试样的准备
首先把盛有沥青的玻璃或陶瓷容器放入环境箱中，开启设备，设置加热温度，待沥青加热至自由流动状态，采用电子天平称取一定质量的沥青试样倒入试模中。
(2)试验前准备工作：根据需要在控制面板上设置制备活化橡胶粉的微波强度和时间，称取一定质量的橡胶粉，放置在载物台上，关闭环境箱，待到达设定的活化时间后，自动关闭设备；设定制备活化胶粉沥青的温度、时间、转子转速等参数，在确定活化橡胶粉掺加比例的基础上，称取需要添加活化橡胶粉的质量。
(3)试验步骤：试验过程中，二号转子顺时针以较低的转速匀速搅拌，并根据确定的掺配质量将活化橡胶粉均匀、缓慢加入热沥青中，直至活化橡胶粉添加结束，继续搅拌一段时间后停止搅拌，保证在设定温度条件下静置活化胶粉沥青0.5h，使活化胶粉沥青充分溶胀，制备过程结束。
(4)试验结束后，对制备的活化胶粉沥青取样，测试其针入度、软化点、延度、黏度等性能指标，检验活化胶粉沥青的性能。
综上，本发明集搅拌装置、加热***与老化源结合为一个整体结构后，便于精确控制温度、转子转速、微波辐射强度等环境参数；本发明采用微波加热时，降低了沥青在搅拌过程中的老化；制备改性沥青的制备过程中，既起到了加热作用，又可以活化改性剂，以制备性能更优的改性沥青；本发明提高了老化沥青的制备效率与产量，实现了多功能的试验需求。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，其特征在于，包括：温控***、搅拌***、载物台(10)和鼓风***；所述温控***包括控制箱(1)、环境箱(2)、红外温度探头(3)、微波发生器(4)和控制面板(5)，所述搅拌***包括照明灯(6)、电机(7)和转子(8)；所述转子(8)包括一号转子(8-1)和二号转子(8-2)，所述鼓风***包括鼓风窗(9)、风机、过滤器、加热器和冷却器，所述风机、过滤器、加热器和冷却器设置在所述控制箱(1)的内部；
所述控制箱(1)的上部设有环境箱(2)，所述控制箱(1)的前侧设有控制面板(5)，所述环境箱(2)的顶部设有电机(7)，所述电机(7)的输出轴贯穿所述环境箱(2)并通过联轴器连接有转子(8)，所述环境箱(2)的底部设有高度可调且能够旋转的载物台(10)，所述载物台(10)上设有微波测量仪(11)，所述环境箱(2)的顶壁两侧对称设有微波发生器(4)，所述环境箱(2)的侧壁设有鼓风窗(9)，所述环境箱(2)的侧壁正对载物台(10)一侧设有红外温度探头(3)，所述环境箱(2)侧壁的顶部还设有照明灯(6)。
2.如权利要求1所述的用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，其特征在于，所述载物台(10)为圆盘结构。
3.如权利要求1所述的用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，其特征在于，所述转子(8)材质为耐高温、高强度的玻璃或陶瓷灯损耗系数小的物质。
4.如权利要求1所述的用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，其特征在于，所述一号转子(8-1)用于微波老化沥青，所述二号转子(8-2)用于沥青的搅拌和改性沥青的制备。
5.如权利要求1所述的用于沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置，其特征在于，所述一号转子(8-1)包括第一转轴(8-11)和第一转轴(8-11)末端对称设有的搅拌叶(8-12)，所述二号转子(8-2)包括第二转轴(8-21)和第二转轴(8-21)末端设有的三片式搅拌扇叶(8-22)。
6.利用权利要求1所述的沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置进行微波老化沥青的方法，其特征在于，在进行微波老化沥青的过程中，所述转子(8)选用一号转子(8-1)，所述载物台(10)上设有试模(12)，所述试模(12)用于盛放试样(13)，所述试模(12)中盛放的试样(13)不能高于一号转子(8-1)，通过控制面板(5)控制一号转子(8-1)的转速，采用微波发生器(4)对试样(13)进行加热，并通过红外温度探头(3)实时监测试样(13)的温度。
7.利用权利要求1所述的沥青搅拌、制备和微波老化的多功能试验装置进行搅拌沥青和制备改性沥青的方法，在进行搅拌沥青和制备改性沥青时，所述转子(8)选用二号转子(8-2)，通过控制面板(5)控制二号转子(8-2)对试验样品搅拌。
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