CN108872301A - 一种沥青路面热风加热试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面试样的加热试验装置，包括鼓风机、试验台、热风加热器、升降装置、热流传感器和温度传感器；升降装置调节沥青路面试样与热风出口距离，采用鼓风机将热风加热器产生的热量吹送到沥青路面试样上进行加热，上位机实时采集沥青路面试样加热过程中的加热风速、加热温度和加热时间，根据多次试验的参数得到一种沥青路面加热效率最高、加热温度均匀的方案，所测得试验数据结论能对实践起到理论指导作用。

Description

一种沥青路面热风加热试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及公路工程技术领域，具体为一种沥青路面热风加热试验装置及试验方法。

背景技术

随着我国公路的高速发展，以前修建的沥青公路，由于受交通量迅速增长、车辆大型化、超载严重以及施工质量等因素影响，致使沥青路面远未达到使用年限即出现了裂缝、坑槽、车辙、沉陷等病害，因此急需适当的沥青路面养护技术对此加以适当的养护。而传统的养护方法是翻挖、铣刨、灌缝有病害的沥青路面，这种方法在实施工程中不仅会污染环境，而且也会造成大量优质的沥青的浪费。面对这种情况，如何采用更环保、更节约、影响小的沥青路面养护方法，所以就出现多种养护方式，主要有红外线辐射加热、热风循环加热、微波加热等方式。其中，使用热风加热有病害的沥青路面时，产生的热烟气喷射在旧沥青路面进行加热，热风加热旧沥青路面时，旧沥青路面不会老化，整个过程加热均匀，具有热风加热的显著特点。

热风加热方式是通过燃烧燃料油生成高温烟气，然后通过循环装置使热烟气不断地对旧沥青路面进行循环加热的方式。这种方法既能有效地加热沥青路面较深层次的部位，又不会引起路面过热燃烧，具有加热功率高、加热均匀等特点，克服了红外加热的不足；且由于热风可以重复循环使用，热效率高，节能效果显著。再者该加热方式可以通过安装在热风发生装置出口处的温度传感器检测热风的温度，实现变频控制功率来控制燃烧量。

在使用热风加热沥青旧路面的实施过程中，可以通过调整燃气的用量和鼓风机的功率来控制加热的温度和风速，而风机的风速及功率的不同会对整个热风加热过程产生很大的影响，因此需要合适的风速和加热功率对沥青路面再生加热。

因此，很有必要设计一种试验装置来进一步对热风加热沥青路面的技术进行优化研究。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种沥青路面热风加热试验装置及试验方法，采用在沥青试验块的不同深度处埋设多个温度传感器，根据不同的风速和温度对沥青路面试样进行多次加热测试，上位机实时采集测试的数据，根据采集的数据得到一种加热效率最高、加热温度均匀的方案。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种沥青路面试样的加热试验装置，包括鼓风机、试验台、热风加热器、升降装置、热流传感器和温度传感器；

其中，所述鼓风机与热风加热器连接，热风加热器设置在试验台的顶面，用于对沥青路面试样进行加热；升降装置设置在试验台的内部，用于调节沥青路面试样与热风加热器的距离，热流传感器用于测量热风加热器产生的热流量，多个温度传感器设置在沥青路面试样的不同深度位置，上位机用于采集温度传感器和热流传感器的数据。

优选的，所述多个温度传感器等间距设置在沥青路面试样的对角线上，且位于沥青路面试样的不同深度。

优选的，所述鼓风机上还连接有变频器，用于调节鼓风机的转速。

优选的，试验台顶面的底部还设置有风量均分器，风量均分器的进风口与热风加热器的出风口连通，风量均分器的出风口设置有多个出风孔。

优选的，所述热风加热器通过功率控制器与电源连接，功率控制器用于调节热风加热器的加热功率。

优选的，所述鼓风机与热风加热器之间还设置有风速测量仪，用于检测鼓风机的输出风速。

优选的，所述升降装置的顶部还设置有隔热水箱，沥青路面试样通过试样块托盘设置在隔热水箱的顶部。

优选的，所述沥青路面试样与试样块托盘之间还设置有隔温层。

优选的，所述试验台为可拆卸结构，包括试验台框架和连接板；试验台框架包括上支架、左支撑架、右支撑架和横梁；

连接板卡接在上支架中，左支撑架和右支撑架分别卡接在上支架的两端，左支撑架和右支撑架的下部通过横梁连接，所述升降装置设置在横梁上，热风加热器与连接板的顶面连接。

本发明还提供了一种沥青路面试样的加热试验装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将若干个温度传感器分别布置在沥青路面试样的表面和内部的不同深度处；

步骤2，通过升降装置调节沥青路面试样与热风加热器的距离至10mm～20mm；

步骤3，采用不同的加热温度和风速对多个沥青路面试样进行再生加热，沥青路面试样的表面温度加热至160℃～180℃，内部温度加热至70℃～100℃；

步骤4，上位机采集步骤3中沥青路面试样再生加热的加热温度、风速、加热功率和加热时间；

步骤5，根据步骤4采集的数据，得到沥青路面试样最快达到再生温度，能耗最小的加热方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的试验装置，在沥青路面试样的不同深度处设置多个温度传感器，通过升降装置调节沥青路面试样与热风出口距离，采用鼓风机将热风加热器产生的热量吹送到沥青路面试样上进行加热，上位机实时采集沥青路面试样加热过程中的加热风速、加热温度和加热时间，根据多次试验的参数得到一种沥青路面加热效率最高、加热温度均匀的方案，所测得试验数据结论能对实践起到理论指导作用，该试验装置模拟性强、易于操作。

沥青试验块上表面中心设置温度温度传感器，沥青试验块对角线上等距设置有不同深度的温度传感器，这样布置温度传感器可以更直观的反应沥青试验块的温度梯度，准确反映沥青试验块的表面和内部不同位置的温度，使试验的结果具有指导性，提高了试验的可靠性。

通过变频器调节鼓风机的转速，操作简单且成本低廉。

采用风量均分器能够将热风均匀的喷射在沥青路面试样的表面，使沥青路面试样受热更加均匀，提高加热效率。

将隔热水箱放置在升降装置的上面，用水管分别接隔热水箱的进端水和出水端口，而连接进水端口的水管与自来水水龙头相连，利用隔热水箱对试验块托盘进行冷却，避免了热风温度过高加热试验块托盘及升降装置，保证了整个装置的可靠性。

在沥青路面试样和试样块托盘之间设置隔热材料，防止了试验块托盘的热量传导给试验块，影响试验的精度。

本发明提供的试验方法，首先将多个温度传感器设置在沥青路面试样的不同位置上，采用不同的温度和风速对沥青路面试样进行多次加热试验，上位机实时采集试验过程中的风速、温度和记录加热时间，根据该参数得到一种加热效率最高，加热均匀的方法。

附图说明

图1为试验装置的结构示意图；

图2为试验台的结构示意图；

图3为试验台框架上支架的结构示意图；

图4为试验台框架左支撑架的结构示意图；

图5为试验台框架右支撑架的结构示意图；

图6为试验台框架横梁的结构示意图；

图7为试验块托盘的结构示意图；

图8为本发试验块托盘的俯视图；

图9为连接板的仰视图；

图10为连接板的侧视图；

图11为本发明风量均分器的主视图；

图12为本发明风量均分器的仰视图；

图13为本发明温度传感器的布置示意图。

图中：1-交流电源；2-变频器；3-鼓风机；4-通风管道；5-法兰；6-热风加热器；7-铁板；8-试验台框架；9-风量均分器；10-试样块托盘；11-隔热水箱；12-升降装置；13-摇柄；14-热流传感器；15-热电偶温度补偿块；16-数据采集仪；17-上位机；18-电源；19-功率控制器；20-挡板；21-风速测量仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1和2所示，一种热风加热试验装置，包括鼓风机3、热风加热器6、连接板7、试验台框架8、风量均分器9、升降装置12、热流传感器14、上位机17和风速测量仪21。

其中，试验台框架8的顶部设置有连接板7，如图9所示，连接板7的中心设置有通孔，该通孔大小与热风加热器6热风出口大小一致，连接板7中心通孔的四周还圆周均布有两圈螺丝孔，内圈的螺丝孔位置与热风加热器6出风口的螺丝孔位置相匹配，外圈螺丝孔的位置与风量均分器9进风口上螺丝孔的位置相匹配。

如图5所示，热风加热器6设置在连接板的顶面，热风加热器6的出风口通过螺栓与连接板7通孔位置的内圈螺丝孔连接，热风加热器6的进风口通过法兰5与通风管道4的一端连接，通风管道4的另一端与鼓风机3的出风口连接，鼓风机3通过变频器2与交流电源1连接，通过变频器2调节频率从而实现鼓风机3不同的转速，即产生不同的风速。

热风加热器6通过功率控制器19与电源18连接，热风加热器6通过电加热来实现对空气加热的，其中功率控制器19上有旋钮可以调节热风加热器6的功率，以实现不同的加热温度。

如图11和12所示，风量均分器9安装在连接板7的底面，风量均分器9的进风口通过螺栓与连接板7的通孔四周外圈螺丝孔连接，风量均分器9下表面均匀分布的有出风小孔，目的是让从热风加热器6出来的热风可以均匀地喷在沥青路面试样上。风量均分器下端布置有热电偶，能够检测风量均分器9出风口的温度。

升降装置12安装在试验台框架8的横梁上，升降装置12上设置有摇柄13，升降装置12是通过摇柄13来抬升或下降的，用于调节风量均分器9和沥青路面试样6上表面之间的距离。

升降装置12的顶部设置有隔热水箱11，隔热水箱11有两个接口，一个接进水管，另一个接出水管；隔热水箱11是不锈钢材料焊接成的，目的是用来防止风温过高加热升降装置12，影响升降装置12的支撑强度。

如图3-6所示，试验台框架8为可拆卸框架，包括上支架、右支撑架、左支撑架、两个横梁；上支架的四个角上分别设置有卡槽，右支撑架和左支撑架的顶部卡在卡槽中，两个横梁位于右支撑架和左支撑架的下部，两个横梁通过螺栓分别将右支撑架和左支撑架的两个支撑柱连接，以保证试验台框架8的稳定性。

如图9和10所示，试验台框架的上支架为矩形空心结构，连接板7的底部对称设置有四块挡板20，挡板20与上支架内壁相接触，将连接板7固定在上支架上，右支撑架、右支撑架、两个横梁是通过螺栓连接起来的，上支架是直接卡在右支撑架和右支撑架上，整个框架易于拆卸，方便运送，而且闲置时还能节省存储空间。

如图7和8所示，试验块托盘10放置在隔热水箱11的顶面，且在试验块托盘10边沿上钻有一个M20的螺栓孔，用来安装热流流传感器14，而且在试验块托盘10部还开有直径为40mm的中心通孔，用于通过温度传感器的导线。沥青路面试样被放置在托盘上，并在沥青路面试样和托盘周围以及底部都铺有隔热材料玻璃纤维，防止试验块托盘10的热量传导给沥青路面试样。

沥青路面试样(尺寸为300mm×300mm)，试验时讲沥青路面试样托盘10中，沥青路面试样的表面和内部共布置了17个温度传感器，温度传感器为贴片式热电偶温度传感器。温度传感器的热电偶导线和K型热电偶补偿线通过公母插头相连，热电偶补偿线连接热电偶温度补偿块15，然后用21针的数据传输线连接热电偶温度补偿块15和数据采集仪16，数据采集仪16采用型号为HBM的eDAQ lite的数据采集仪，并通过RJ45通讯口的网线直接与上位机17进行连接通讯，上位机17内安装有能采集温度以及进行数据后处理的CatmanAP软件。

数据采集仪16采用的型号是HBM系列的SoMat eDAQlite采集仪，并通过带有RJ45插头的网线，直接与上位机17的RJ45插座相连，然后通过TCP/IP协议进行之间信息通讯。热流流传感器14采用的型号是HT-50-C-M20。

参见图13，沥青路面试样为正方形，温度传感器的布置应正确反映沥青路面试样的表面和内部不同位置的温度，沥青路面试样与风量均分器9正对的一侧为加热侧，与隔热水箱11相对的一侧为非加热侧，温度传感器分别布设在沥青路面试样的加热侧表面以及距加热侧表面不同深度处。

17个温度传感器，其中一个设置在沥青路面试样的中心，其余的温度传感器等间距设置在沥青路面试样的两条对角线上。具体的设置方法如下。

首先从非加热侧的两条对角线交点处打一个通孔，然后把温度传感器的接点从这个通孔引出，在加热侧的对角线交点处布设第一个温度传感器测量沥青路面试样的表面温度。

在热风加热器6加热沥青路面试样时，为了测到沥青路面试样的表面实时温度，还考虑到加热的影响因素及边界效应，以沥青路面试样的两条对角线的交点为中心，向每条对角线的两端等间距且对称设置8个温度传感器，即以两条对角线的交点为中心，每相隔30～40mm分别在沥青路面试样钻一个10mm、20mm、30mm、40mm深的盲孔，共16个孔，并且两条对角线上相距中心点距离相等的4个孔的深度不同，4个孔的深度安装顺时针方法逐步加深，然后在沥青路面试样内部不同深度的盲孔内布置16个温度传感器，这样布置温度传感器可以更直观的反应沥青路面试样的温度梯度，离中心点最远处的温度传感器与沥青路面试样的边缘的距离大于30mm，能够有效减小边界效应对测量精度的影响。

还可以根据测量的需要调整温度传感器的安装位置。

下面对本发明提供的一种沥青路面热风加热试验装置的试验方法进行详细的描述。

本发明方法的具体操作步骤如下：

1)首先用十字圆头螺钉将试验台框架8各个部分连接起来，然后把连接板7通过挡板20固定在试验台框架8的内侧，再将热风加热器6下表面的螺纹孔与铁板7上表面的内层螺纹孔对齐，通过螺栓实现连接固定；再将风量均分器9与连接板7下表面的外层螺纹孔对齐，通过螺栓实现连接固定。

2)将热风加热器6与功率控制器19相连接，再将功率控制器19与直流电源18连接；

3)将法兰5上的螺纹孔与热风加热器6的进风口的螺纹孔对齐，通过螺栓实现连接，再将通风管道4的一端与法兰5相连，再将通风管道4的另一端与鼓风机3的出风口相连接；

4)将变频器2与鼓风机3相连接，完成后再将变频器2与交流电源1相连接；

5)将升降装置12在试验台框架8横梁上，并用螺栓固定住，通过转动摇柄13调节升降装置12的高度到合适的位置；

6)将隔热水箱11放置在升降装置12的上面，用水管分别接隔热水箱11的进端水和出水端口，而连接进水端口的水管与自来水水龙头相连；

7)按照沥青路面试样的温度传感器设计的布置要求，布置好沥青路面试样上的17个温度传感器；

8)将温度传感器布置好的沥青路面试样放置到试验块托盘10里面，在沥青路面试样与试验块托盘10之间铺设隔热材料玻璃丝棉，温度传感器的K型热电偶导线从预留在试验块托盘10底部的通孔中引出，与K型热电偶补偿线15相连，然后用21针的数据传输线连接热电偶温度补偿块15和eDAQ lite数据采集仪16；同时将热流传感器14设置在试验块托盘10侧面的通孔之中，热流传感器14与eDAQ lite数据采集仪16相连；再将eDAQ lite数据采集仪16与上位机17的通讯端口相连接；

9)将放有沥青路面试样的试验块托盘10放置到隔热水箱11的上面，至此整套试验装置连接完成；

10)测试仪器调试，试验装置安装完毕后要对装置的工作状况进行测试，测试各仪器的工作性能是否稳定；

11)调试完成后，断开所有设备的电源，通过升降装置12调整沥青路面试样上表面和风量均分器9出风口之间的距离；

12)接通所有设备的电源，打开变频器2，打开功率控制器19，先选定一个频率和一个功率，然后用上位机17上安装的测试软件显示并记录整个试验过程的数据，并对试验数据进行后处理；

13)调节沥青路面试样的上表面与均热器的距离在10mm～20mm范围内，根据不同的加热风速和加热温度对多个沥青路面试样进行再生加热试验，并采集每个沥青路面试样再生加热过程中的数据，具体再生加热方法如下：

在变频器2上设定一个频率，鼓风机3就会对应一个转速，即会产生不同的风速；然后再将功率控制器19设定一个功率，热风加热器6就会对应一个加热温度，即会产生不同的温度；改变风速和加热温度其中的一个变量或者两者同时改变都会对沥青路面试样的加热过程产生影响。

当沥青路面试样表面温度达到130℃～150℃时，则需要降低风速或者降低温度，来降低热风所带来的热量，防止沥青路面吸收的过多的热量而炭化；当沥青路面试样的30～40mm深度处的温度达到70℃～100℃时，而表面温度通常不超过180℃，停止加热，上位机实时采集加热时间、风速和加热温度。

当鼓风机频率一定时即风速一定时，使热风加热器6所产生的温度按一定梯度上升对沥青路面试样进行加热，观察对沥青路面试样加热速率的影响；或当热风加热器的温度一定时即风温一定时，调节变频器2使得鼓风机3的频率在20Hz～50Hz范围内按一定的梯度增加或减小风速对沥青路面试样进行加热，观察对沥青试样块加热速率的影响；或者同时按一定梯度改变风速和风温对沥青路面试样进行加热，观察对沥青试样块加热速率的影响。

上位机根据多次加热测量的结果，选取加热过程中沥青试件表面最快达到所需温度180℃，表面下4cm处达到100℃时，所耗电能最小的数据为最佳数据，在此最佳数据下的再生加热过程为最佳加热方案。

该试验装置试验时，沥青路面试样上以及内部安装有多个与数据采集仪相连接的温度传感器，数据采集仪与上位机连接，在试验块托盘的边沿上还安装有与检测热流的传感器，能够采集热流量，热风加热沥青路面试样时，能够根据温度传感器反馈的温度信号，利用升降装置来改变沥青试验块和风量均分器之间的距离，使沥青试验块能够达到更好的加热效果，避免沥青路面吸收的过多的热量而炭化或者加热不彻底的问题。

温度传感器通过热电偶温度补偿块连接至数据采集仪，利用热电偶温度补偿块能够更精确的测量试验时的温度数据，提高了试验的精度，对工程实践具有更好的指导意义。

本发明的试验方法利用电加热，通过变频器来控制风机的转速从而控制风速，通过功率控制器来控制热风加热器的温度从而来控制风温，热流传感器采集热风加热器所产生的热流量，同时沥青试验块上的温度传感器采集沥青试验块上表面以及内部的温度，鼓风机通过变频器控制空气的进气量，本发明的试验方法模拟性强、易于操作。

试验中使用的K型热电偶温度传感器其接点埋在沥青路面试样的内部，在风速、风温一定的情况下，可以在上位机中直观地反映出每个测点的温度变化，并根据温度的变化情况相应的调整通气量，在通过多次尝试性地试验后，总结出一种效率最高、加热效果最好的方案，所测得试验数据结论能对实践起到理论指导作用。

本发明的装置模拟性强、易于操作，在利用热风加热沥青路面时，能够在所用能源最少的情况下使路面达到就地热再生的要求，并且使工作效率达到最高，测得试验数据结论能对实践起到理论指导作用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，包括鼓风机(3)、试验台、热风加热器(6)、升降装置(12)、热流传感器(14)和温度传感器；

其中，所述鼓风机(3)与热风加热器(6)连接，热风加热器(6)设置在试验台的顶面，用于对沥青路面试样进行加热；升降装置(12)设置在试验台的内部，用于调节沥青路面试样与热风加热器(6)的距离，热流传感器(14)用于测量热风加热器产生的热流量，多个温度传感器设置在沥青路面试样的不同深度位置，上位机用于采集温度传感器和热流传感器(14)的数据。

2.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述多个温度传感器等间距设置在沥青路面试样的对角线上，且位于沥青路面试样的不同深度。

3.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述鼓风机(3)上还连接有变频器(2)，用于调节鼓风机(3)的转速。

4.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，试验台顶面的底部还设置有风量均分器(9)，风量均分器(9)的进风口与热风加热器(6)的出风口连通，风量均分器(9)的出风口设置有多个出风孔。

5.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述热风加热器(6)通过功率控制器(19)与电源连接，功率控制器(19)用于调节热风加热器(6)的加热功率。

6.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述鼓风机(3)与热风加热器(6)之间还设置有风速测量仪(21)，用于检测鼓风机(3)的输出风速。

7.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述升降装置(12)的顶部还设置有隔热水箱(11)，沥青路面试样通过试样块托盘(10)设置在隔热水箱(11)的顶部。

8.根据权利要求7所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述沥青路面试样与试样块托盘(10)之间还设置有隔温层。

9.根据权利要求1所述一种沥青路面试样的加热试验装置，其特征在于，所述试验台为可拆卸结构，包括试验台框架(8)和连接板(7)；试验台框架(8)包括上支架、左支撑架、右支撑架和横梁；

连接板(7)卡接在上支架中，左支撑架和右支撑架的上端分别卡接在上支架的两端，左支撑架和右支撑架的下部通过横梁连接，所述升降装置设置在横梁上，热风加热器(6)与连接板(7)的顶面连接。

10.一种权利要求1所述沥青路面试样的加热试验装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将若干个温度传感器分别布置在沥青路面试样的表面和内部的不同深度处；

步骤2，通过升降装置调节沥青路面试样与热风加热器(6)的距离至10mm～20mm；

步骤3，采用不同的加热温度和风速对多个沥青路面试样进行再生加热，沥青路面试样的表面温度加热至160℃～180℃，内部温度加热至70℃～100℃；

步骤4，上位机采集步骤3中沥青路面试样再生加热的加热温度、风速、加热功率和加热时间；

步骤5，根据步骤4采集的数据，得到沥青路面试样最快达到再生温度，能耗最小的加热方法。