CN106324013B - 一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法。所述试验仪器分为左侧和右侧，左侧为环境箱，右侧顶部为控制箱；控制箱下方为交流发电机；交流发电机的左下方往下依次为风热控温装置和连接杆控制装置，右下方往下依次为轨道运行装置、控制系统和激光信号处理器；环境箱内在顶部设有电磁发射装置，两侧壁设有轨道，底部设有盛放试件的试模；轨道有两个，均设置有刻度，其中一个轨道与激光发射器连接，另一个轨道与激光接收器连接；两个轨道的两侧共设置有四个温度传感器；红外热成像仪设在温度传感器D的下方，通过角度调节装置与环境箱内侧壁连接。与现有技术相比，本发明操作简便、测定快速，并且感应加热过程易于控制。

Description

一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法

技术领域

本发明属于沥青混合料室内试验技术领域，具体来说，涉及一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法。

背景技术

沥青混凝土路面在常温下可以自愈合，但速度非常缓慢，且要求没有行车荷载的循环作用。当沥青混合料中的黏结剂在间歇期受到高温时，沥青的愈合率会提高，沥青愈合会修复沥青混凝土路面由低温、疲劳和基层反射所导致的裂缝松散等病害，因此会提高沥青混凝土路面的服务寿命，减少路面的养护和修复，带来经济和交通等方面的益处。沥青混凝土路面自愈合技术与密封剂等修复措施相比，不会给修复路面带来负面影响，如抗滑性能等。因此国内外学者广泛开展了沥青路面感应加热自愈合技术研究。

沥青路面感应加热自愈合技术是通过掺加导电纤维的沥青路面在电磁发射装置产生的的磁场里做切割磁感线的运动时，掺加导电纤维的沥青路面中就会产生电流，从而升温，愈合已有的损伤。但是感应加热是否会使得沥青路面的体积发生较大变化，而引起拥包等病害的发生是我们关心的关键问题之一。但是，目前仍然没有很好的一体化的室内试验设备用于路面自愈合技术中评价沥青路面拥包风险，并且缺乏相应的试验方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法。该试验仪器结构简单、操作简便、能简便、快速测定感应加热过程沥青路面温度变化过程及拥包程度变化过程，并且感应加热过程易于控制。

本发明所述的一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器，所述试验仪器包括分为左侧和右侧，左侧为环境箱24，右侧顶部为控制箱22；控制箱22下方为交流发电机17；交流发电机17的左下方往下依次为风热控温装置19和连接杆控制装置20，右下方往下依次为激光发射器与激光接收器的轨道运行装置8、激光发射器与激光接收器的控制系统9和激光信号处理器18；环境箱24内在顶部设有电磁发射装置1，两侧壁设有轨道12，底部设有盛放试件的试模11；电磁发射装置1的两端通过两根可伸缩导电连接杆2与环境箱24的两侧壁水平连接，其还与交流发电机17连接；电磁发射装置1在两根可伸缩导电连接杆2的引导下，做水平运动；可伸缩导电连接杆2与连接杆控制装置20连接；轨道12有两个，均设置有刻度10，分别竖直设置在环境箱24的两内侧壁上，其中一个轨道12与激光发射器13连接，另一个轨道12与激光接收器14连接；激光发射器13和激光接收器14可以沿着各自的轨道12上下滑动；激光发射器13与激光接收器14的连线保持与试模11的水平垂直平分线平行；激光发射器13与激光接收器14保持高度在任何时刻均相同；激光发射器13与激光接收器14与控制系统9连接；环境箱24内在两个轨道12的两侧共设置有四个温度传感器，分别是温度传感器B4、温度传感器C5、温度传感器D6、温度传感器E7；红外热成像仪3设在温度传感器D6的下方，通过角度调节装置与环境箱24内侧壁连接；四个温度传感器及红外热成像仪3与风热控温装置19连接；控制箱22包括箱体、箱体内的电子线路板以及箱体外侧壁上的屏幕15和控制键盘16；电子线路板上安装有控制器23；红外热成像仪3、四个温度传感器、轨道运行装置8、控制系统9、屏幕15、控制键盘16、交流发电机17、激光信号处理器18和连接杆控制装置20与控制器23连接。

本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验仪器，所述试模11是包括底面和四个侧面的长方体。

本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验仪器，所述试模11的底面是正方形；所述试模的侧面是四个完全相同的矩形，壁厚为5cm。

本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验仪器，所述试模11由聚四氟乙烯制成，能够盛放长1m×宽1m×高15cm的沥青混合料试件。

本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验仪器，所述试模11通过环境箱24底面上的卡槽固定在环境箱24的底面上。

本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验方法，所述试验方法具体步骤为：

1)、将成型好的长1m×宽1m×高15cm的沥青混合料试件置于试模11中；将试模11连同沥青混合料试件一同置于环境箱24底面上卡槽内；

2)通过角度调节装置调节红外热成像仪3的角度，使得红外热成像仪3能够反映试件表面的温度；

3)设定环境箱24温度，环境箱24的温度采用沥青混合料感应加热修复工程的现场大气温度，将固定好的沥青混合料试件在环境箱24中保温8h；

4)通过轨道运行装置8调节激光发射器13与激光接收器14的高度，以激光信号处理器18的反馈数据为依据，将激光发射器13与激光接收器14的高度控制在激光线不受干扰的最小高度,即试件表面对应的高度；

5)关闭环境箱24，待环境箱24温度回升至设置温度时，开启交流发电机17，在电磁发射装置1产生固定强度的电磁波信号，开启连接杆控制装置20，让电磁发射装置1做水平向的匀速运动；这相当于沥青混合料试件在磁场中做切割磁感线运动，这时如果沥青混合料试件中掺加有导电介质，沥青混合料试件内部就会产生电流，从而升温，加速修复已有的损伤；

6)随着沥青混合料试件表面的升温，根据红外热成像仪3传输的温度情况，控制器23实时采集感应加热时间、沥青混合料试件表面温度；随着沥青混合料试件的升温，沥青混合料试件表面形态也会发生变化，当激光信号处理器18反馈激光接收器14无法接收到激光发射器13发射的激光信号时，激光发射器13与激光接收器14沿着轨道12上升一个步长，激光信号处理器18继续反馈激光接收器14是否能够接收到激光发射器13发射的激光信号，当激光接收器14能够接收到激光发射器13发射的激光信号时，则激光发射器13与激光接收器14暂时稳定在这一高度，同时这个高度与初始高度的差值即为沥青混合料试件的拥包高度，控制器23采集拥包高度，当激光信号处理器18反馈激光接收器14还不能接收到激光发射器13发射的激光信号时，激光发射器13与激光接收器14沿着轨道12继续上升一个步长，直到激光接收器14能够接收到激光发射器13发射的激光信号，这时激光发射器13与激光接收器14暂时稳定在这一高度，同时这个高度与初始高度的差值即为沥青混合料试件的拥包高度，控制器23采集拥包高度；在这个动态过程中控制器23实时采集激光信号处理器18和激光发射发射器与激光接收器的轨道运行装置8反馈的拥包高度数据；最后试验得到感应加热时间、沥青混合料试件表面温度分布、拥包高度于一体的试验数据；试验过程中，当试件表面温度大于沥青软化点温度时，设备自动会通过交流发电机17、红外热成像仪3与控制器23的协同工作将试件表面的温度恒定在沥青软化点温度；

7)采用沥青混合料试件表面温度稳定在沥青软化点温度的时间为3h时的拥包高度作为测量感应加热过程中沥青路面拥包的试验的评价指标，拥包高度越大表明感应加热过程会给路面带来的影响越大，拥包高度越小表面感应加热过程会给路面带来的影响越小。

与现有技术相比，本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法具有以下优点：

1)试验仪器结构简单、设计合理且安装及使用操作简便，投入成本较低，安装紧凑，占用空间较小。

2)试验仪器参数调整简便，能对环境箱温度、感应加热速度、沥青混合料试件表面感应加热温度等参数进行调整，并且设置有控制箱，控制简易，能精确控制环境箱温度、感应加热速度、沥青混合料试件表面感应加热温度，精确地模拟了一定现场使用条件下的沥青路面不同感应加热修复过程中沥青路面拥包程度的变化规律。

3)试验仪器设置有环境箱、风热控温装置、温度传感器B、温度传感器C、温度传感器D、温度传感器E，形成了特定路面的大气环境条件，模拟了沥青路面感应修复工程的大气环境。

4)试验仪器在沥青混合料试件表面设置有红外热成像仪，并将红外热成像仪与控制器连接，试验过程中能够精确地采集沥青混合料试件表面温度，并控制感应加热一段时间后沥青混合料试件表面的温度恒定在沥青软化点温度。

5)试验仪器设置有轨道、激光发射器、激光接收器、刻度、激光发射器与激光接收器控制系统、激光发射器与激光接收器的轨道运行装置、激光信号处理器，它们在控制器的连接下协同工作，实现了沥青混合料试件拥包程度的精确测量与计算。

6)使用效果好且实用价值高，外形美观且环保，极大程度上方便了感应加热过程中沥青路面拥包程度变化过程的测量，并且模拟感应加热过程易于控制，具有一体化操作方便等优点。

7)试验方法简单易行，评价指标明确，能够帮助我们更好的判断感应加热过程中是否会因为沥青路面材料体积变化带来拥包病害以及更好的确定可能带来的拥包病害的程度。

附图说明

图1：本发明所述试验仪器示意图；图2：电磁发射装置示意图；图3：试模示意图；图4：控制器电路原理示意图；1-电磁发射装置；2-可伸缩导电连接杆；3-红外热成像仪；4-温度传感器B；5-温度传感器C；6-温度传感器D；7-温度传感器E；8-轨道运行装置；9-控制系统；10-刻度；11-试模；12-轨道；13-激光发射器；14-激光接收器；15-屏幕；16-控制键盘；17-交流发电机；18-激光信号处理器；19-风热控温装置；20-连接杆控制装置；22-控制箱；23-控制器；24-环境箱。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验仪器及试验方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器，所述试验仪器包括分为左侧和右侧，左侧为环境箱24，右侧顶部为控制箱22；控制箱22下方为交流发电机17；交流发电机17的左下方往下依次为风热控温装置19和连接杆控制装置20，右下方往下依次为激光发射器与激光接收器的轨道运行装置8、激光发射器与激光接收器的控制系统9和激光信号处理器18；环境箱24内在顶部设有电磁发射装置1，两侧壁设有轨道12，底部设有盛放试件的试模11；电磁发射装置1的两端通过两根可伸缩导电连接杆2与环境箱24的两侧壁水平连接，其还与交流发电机17连接；电磁发射装置1在两根可伸缩导电连接杆2的引导下，做水平运动；可伸缩导电连接杆2与连接杆控制装置20连接；轨道12有两个，均设置有刻度10，分别竖直设置在环境箱24的两内侧壁上，其中一个轨道12与激光发射器13连接，另一个轨道12与激光接收器14连接；激光发射器13和激光接收器14可以沿着各自的轨道12上下滑动；激光发射器13与激光接收器14的连线保持与试模11的水平垂直平分线平行；激光发射器13与激光接收器14保持高度在任何时刻均相同；激光发射器13与激光接收器14与控制系统9连接；环境箱24内在两个轨道12的两侧共设置有四个温度传感器，分别是温度传感器B4、温度传感器C5、温度传感器D6、温度传感器E7；红外热成像仪3设在温度传感器D6的下方，通过角度调节装置与环境箱24内侧壁连接；四个温度传感器及红外热成像仪3与风热控温装置19连接；控制箱22包括箱体、箱体内的电子线路板以及箱体外侧壁上的屏幕15和控制键盘16；电子线路板上安装有控制器23；红外热成像仪3、四个温度传感器、轨道运行装置8、控制系统9、屏幕15、控制键盘16、交流发电机17、激光信号处理器18和连接杆控制装置20与控制器23连接。

所述试模11是包括底面和四个侧面的长方体。所述试模11的底面是正方形；所述试模的侧面是四个完全相同的矩形，壁厚为5cm。所述试模11由聚四氟乙烯制成，能够盛放长1m×宽1m×高15cm的沥青混合料试件。所述试模11通过环境箱24底面上的卡槽固定在环境箱24的底面上。

本发明所述的评价沥青路面拥包风险的试验方法，所述试验方法具体步骤为：

1)、将成型好的长1m×宽1m×高15cm的沥青混合料试件置于试模11中；将试模11连同沥青混合料试件一同置于环境箱24底面上卡槽内；

2)通过角度调节装置调节红外热成像仪3的角度，使得红外热成像仪3能够反映试件表面的温度；

3)设定环境箱24温度，环境箱24的温度采用沥青混合料感应加热修复工程的现场大气温度，将固定好的沥青混合料试件在环境箱24中保温8h；

4)通过轨道运行装置8调节激光发射器13与激光接收器14的高度，以激光信号处理器18的反馈数据为依据，将激光发射器13与激光接收器14的高度控制在激光线不受干扰的最小高度,即试件表面对应的高度；

5)关闭环境箱24，待环境箱24温度回升至设置温度时，开启交流发电机17，在电磁发射装置1产生固定强度的电磁波信号，开启电连接杆控制装置20，让电磁发射装置1做水平向的匀速运动；这相当于沥青混合料试件在磁场中做切割磁感线运动，这时如果沥青混合料试件中掺加有导电介质，沥青混合料试件内部就会产生电流，从而升温，加速修复已有的损伤；

6)随着沥青混合料试件表面的升温，根据红外热成像仪3传输的温度情况，控制器23实时采集感应加热时间、沥青混合料试件表面温度；随着沥青混合料试件的升温，沥青混合料试件表面形态也会发生变化，当激光信号处理器18反馈激光接收器14无法接收到激光发射器13发射的激光信号时，激光发射器13与激光接收器14沿着轨道12上升一个步长，激光信号处理器18继续反馈激光接收器14是否能够接收到激光发射器13发射的激光信号，当激光接收器14能够接收到激光发射器13发射的激光信号时，则激光发射器13与激光接收器14暂时稳定在这一高度，同时这个高度与初始高度的差值即为沥青混合料试件的拥包高度，控制器23采集拥包高度，当激光信号处理器18反馈激光接收器14还不能接收到激光发射器13发射的激光信号时，激光发射器13与激光接收器14沿着轨道12继续上升一个步长，直到激光接收器14能够接收到激光发射器13发射的激光信号，这时激光发射器13与激光接收器14暂时稳定在这一高度，同时这个高度与初始高度的差值即为沥青混合料试件的拥包高度，控制器23采集拥包高度；在这个动态过程中控制器23实时采集激光信号处理器18和激光发射发射器与激光接收器的轨道运行装置8反馈的拥包高度数据；最后试验得到感应加热时间、沥青混合料试件表面温度分布、拥包高度于一体的试验数据；试验过程中，当试件表面温度大于沥青软化点温度时，设备自动会通过交流发电机17、红外热成像仪3与控制器23的协同工作将试件表面的温度恒定在沥青软化点温度；

7)采用沥青混合料试件表面温度稳定在沥青软化点温度的时间为3h时的拥包高度作为测量感应加热过程中沥青路面拥包的试验的评价指标，拥包高度越大表明感应加热过程会给路面带来的影响越大，拥包高度越小表面感应加热过程会给路面带来的影响越小。

Claims (2)

1.一种评价沥青路面拥包风险的试验仪器，其特征在于，所述试验仪器分为左侧和右侧两部分，左侧为环境箱(24)，右侧顶部为控制箱(22)；控制箱(22)下方为交流发电机(17)；交流发电机(17)的左下方往下依次为风热控温装置(19)和可伸缩导电的连接杆控制装置(20)，右下方往下依次为激光发射器与激光接收器的轨道运行装置(8)、激光发射器与激光接收器的控制系统(9)和激光信号处理器(18)；环境箱(24)内在顶部设有电磁发射装置(1)，两侧壁设有轨道(12)，底部设有盛放试件的试模(11)；电磁发射装置(1)的两端通过两根可伸缩导电连接杆(2)与环境箱(24)的两侧壁水平连接，其还与交流发电机(17)连接；电磁发射装置(1)在两根可伸缩导电连接杆(2)的引导下，做水平运动；可伸缩导电连接杆(2)与连接杆控制装置(20)连接；轨道(12)有两个，均设置有刻度(10)，分别竖直设置在环境箱(24)的两内侧壁上，其中一个轨道(12)与激光发射器(13)连接，另一个轨道(12)与激光接收器(14)连接；激光发射器(13)和激光接收器(14)可以沿着各自的轨道(12)上下滑动；激光发射器(13)与激光接收器(14)的连线保持与试模(11)的水平垂直平分线平行；激光发射器(13)与激光接收器(14)保持高度在任何时刻均相同；激光发射器(13)与激光接收器(14)与控制系统(9)连接；环境箱(24)内在两个轨道(12)的两侧共设置有四个温度传感器，分别是温度传感器B(4)、温度传感器C(5)、温度传感器D(6)、温度传感器E(7)；红外热成像仪(3)设在温度传感器D(6)的下方，通过角度调节装置与环境箱(24)内侧壁连接；四个温度传感器及红外热成像仪(3)与风热控温装置(19)连接；控制箱(22)包括箱体、箱体内的电子线路板以及箱体外侧壁上的屏幕(15)和控制键盘(16)；电子线路板上安装有控制器(23)；所述红外热成像仪(3)、四个温度传感器、轨道运行装置(8)、控制系统(9)、屏幕(15)、控制键盘(16)、交流发电机(17)、激光信号处理器(18)和连接杆控制装置(20)与控制器(23)连接；

所述试模(11)是包括底面和四个侧面的长方体；

所述试模(11)的底面是正方形；所述试模的侧面是四个完全相同的矩形，壁厚为5cm；

所述试模(11)由聚四氟乙烯制成，能够盛放长1m×宽1m×高15cm的沥青混合料试件；

所述试模(11)通过环境箱(24)底面上的卡槽固定在环境箱(24)的底面上。

2.一种评价沥青路面拥包风险的试验方法，其特征在于，所述试验方法具体步骤为：

1)、将成型好的长1m×宽1m×高15cm的沥青混合料试件置于试模(11)中；将试模(11)连同沥青混合料试件一同置于环境箱(24)底面上卡槽内；

2)通过角度调节装置调节红外热成像仪(3)的角度，使得红外热成像仪(3)能够反映试件表面的温度；

3)设定环境箱(24)温度，环境箱(24)的温度采用沥青混合料感应加热修复工程的现场大气温度，将固定好的沥青混合料试件在环境箱(24)中保温8h；

4)通过轨道运行装置(8)调节激光发射器(13)与激光接收器(14)的高度，以激光信号处理器(18)的反馈数据为依据，将激光发射器(13)与激光接收器(14)的高度控制在激光线不受干扰的最小高度,即试件表面对应的高度；

5)关闭环境箱(24)，待环境箱(24)温度回升至设置温度时，开启交流发电机(17)，在电磁发射装置(1)产生固定强度的电磁波信号，开启连接杆控制装置(20)，让电磁发射装置(1)做水平向的匀速运动；这相当于沥青混合料试件在磁场中做切割磁感线运动，这时如果沥青混合料试件中掺加有导电介质，沥青混合料试件内部就会产生电流，从而升温，加速修复已有的损伤；

6)随着沥青混合料试件表面的升温，根据红外热成像仪(3)传输的温度情况，控制器(23)实时采集感应加热时间、沥青混合料试件表面温度；随着沥青混合料试件的升温，沥青混合料试件表面形态也会发生变化，当激光信号处理器(18)反馈激光接收器(14)无法接收到激光发射器(13)发射的激光信号时，激光发射器(13)与激光接收器(14)沿着轨道(12)上升一个步长，激光信号处理器( 18) 继续反馈激光接收器(14)是否能够接收到激光发射器(13)发射的激光信号，当激光接收器(14)能够接收到激光发射器(13)发射的激光信号时，则激光发射器(13)与激光接收器(14)暂时稳定在这一高度，同时这个高度与初始高度的差值即为沥青混合料试件的拥包高度，控制器(23)采集拥包高度，当激光信号处理器(18)反馈激光接收器(14)还不能接收到激光发射器(13)发射的激光信号时，激光发射器(13)与激光接收器(14)沿着轨道(12)继续上升一个步长，直到激光接收器(14)能够接收到激光发射器(13)发射的激光信号，这时激光发射器(13)与激光接收器(14)暂时稳定在这一高度，同时这个高度与初始高度的差值即为沥青混合料试件的拥包高度，控制器(23)采集拥包高度；在这个动态过程中控制器(23)实时采集激光信号处理器(18)和激光发射发射器与激光接收器的轨道运行装置(8)反馈的拥包高度数据；最后试验得到感应加热时间、沥青混合料试件表面温度分布、拥包高度于一体的试验数据；试验过程中，当试件表面温度大于沥青软化点温度时，设备自动会通过交流发电机(17)、红外热成像仪(3)与控制器(23)的协同工作将试件表面的温度恒定在沥青软化点温度；

7)采用沥青混合料试件表面温度稳定在沥青软化点温度的时间为3h时的拥包高度作为测量感应加热过程中沥青路面拥包的试验的评价指标，拥包高度越大表明感应加热过程会给路面带来的影响越大，拥包高度越小表面感应加热过程会给路面带来的影响越小。