CN110057972B - 一种测定融雪剂合理用量的试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测定融雪剂合理用量的试验装置及试验方法,试验装置由控制系统、温控装置、供水装置及压力测试装置组成。温控装置由制冷装置、冷冻试验槽、温控箱壳体等组成,用于控制融雪剂溶液试样的温度;压力测试装置由支柱、升降杆、升降马达、贯入杆、千分表等组成,用于测定贯入融雪剂试样时的压力,进而判断融雪剂的合理用量。试验方法利用上述试验装置,按照试验准备、测定和结果整理三个步骤进行。通过上述试验装置和试验方法可以准确测定保证行车安全前提下,不同温度时单位降水量所需的融雪剂合理用量,试验结果能够为现场融雪除冰作业中准确确定融雪剂的撒布量提供依据。
Description
技术领域
本发明属于城市道路、机场道路和公路等的融雪除冰技术领域,具体涉及到一种准确测定融雪剂合理用量的试验装置及试验方法。
背景技术
我国大部分地区的公路、城市道路和机场道路等在冬季都会受到冰雪影响。道路的积雪结冰不仅导致交通中断,还容易引发交通事故,带来严重的经济和生命财产损失。近年来,由于全球气候变暖等因素的影响,持续强降雪等极端恶劣天气呈现不断增加的趋势。道路积雪结冰时,路面的摩擦系数降低,使得车辆行驶、制动困难,极易发生交通事故。目前,全世界范围内采用最多的融雪除冰方式是撒布融雪剂,据不完全统计,全球每年大约使用3000万吨融雪剂,且融雪剂用量还呈现逐年增加的趋势。根据形态不同,融雪剂可分为固态和液态融雪剂两类。融雪剂的使用使人们出行方便,在快速融化道路积雪、保障人们出行和交通运输安全等方面发挥着重要的作用。但另一方面,在工程实践中,融雪剂的用量通常按照经验进行判断和确定,无法准确计算或测定。融雪剂的撒布量偏低,则无法达到融雪除冰的效果,这使得实际应用过程中,广大养护人员为保证行车安全,往往过度使用融雪剂,融雪剂撒布过多,不仅会造成严重的资源浪费,而且对工程构造物、周边植被及土壤等产生巨大的危害。
融雪剂通过降低冰点达到融雪除冰的目的,可以根据降水量、环境温度以及融雪剂的种类测定冰点达到环境温度时的融雪剂溶液浓度,进而计算出冰雪融化时所需的融雪剂使用量。但申请人通过大量的调查和研究发现,通过上述方法得出的融雪剂用量远远超过其合理用量。冰雪对道路的危害主要在于显著降低路面的抗滑能力,进而影响行车安全;撒布融雪剂后,融雪剂(固体)快速溶化或直接(液体融雪剂)与路表降水形成了融雪剂溶液;随着环境温度的不断降低,融雪剂溶液开始结冰,温度越低,结冰的强度越高,路表的抗滑能力也越低。因此,融雪剂的合理用量是在某环境温度和路表降水量条件下,在保证行车安全的前提下,某种融雪剂的最低撒布量。融雪剂的合理用量显著低于按照冰点计算得出的使用量,约为其用量的⅓~¼,按照该合理用量进行融雪除冰作业,不仅可以降低成本,节约资源,还能够避免融雪剂过度使用带来的危害。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种测定融雪剂合理用量的试验装置和试验方法,通过该装置和方法能够准确测定出在保证行车安全的前提下,融雪除冰作业所需的融雪剂最低用量,即融雪剂的合理用量。通过合理控制的融雪剂使用量,既能够保证道路安全和畅通,又可以减少资源浪费,保护工程构造物和周边环境。
一种测定融雪剂合理用量的试验装置,由控制系统、供水装置、温控装置和压力测试装置组成;所述的控制系统由总电源开关3、温控装置开关4、压力测试装置开关5、数据处理与控制单元、数据接口2和散热窗1组成;所述的数据处理与控制单元主要由中央处理器6、压力传感器10组成;所述的压力传感器10用于感应并测试贯入量为2.5mm时冰块所承受的压力。
所述的总电源开关3对整个试验装置供电并控制;压力测试装置开关5单独控制压力测试装置的供电;温控装置开关4单独控制温控装置的供电。
所述的供水装置主要由注水容器19、电动二通阀20及出水管组成。
所述的温控装置主要由制冷装置、冷冻试验槽13、温控箱壳体组成,制冷装置由制冷剂容器16、蒸发器15、风机14及组成,通过管道阀门连接。
所述的冷冻试验槽13用于放置并冷冻盛样筒17中的试样,通过制冷装置使制冷剂循环对其进行降温,中间留有循环孔18。
所述的温控箱壳体包括保温层与不锈钢外壳。
所述的压力测试装置由升降马达9、支架7、升降杆8、贯入杆12、千分表11组成,用于测试贯入融雪剂试样时的压力。
一种利用上述试验装置测定融雪剂合理用量的试验方法,包括以下步骤:
(1)试验准备
① 称取质量为m1的融雪剂,加入盛样筒中,再加入质量为m2的水配制成融雪剂溶液试样,将盛样筒放入冷冻试验槽中;
② 接通电源并打开仪器开关,查看温控装置与压力测试装置是否运转正常;
③ 将温度调至所设定的试验温度,启动冷却装置,开动升降马达,升降杆向下移动,使贯入杆下端与试样的上表面刚好接触;
④ 设定贯入杆贯入深度为2.5mm时试样所承受的标准压力值,即4000N。
(2)测定
① 当试样达到设定温度时,启动试验装置;
② 贯入杆以1mm/min的加载速率不断贯入试样,直至贯入量达到2.5mm;测试此过程中测得的最大压力值,若小于设定压力值,则关闭冷却装置;待试样完全融化后,打开电动二通阀,向盛样筒中注入一定量的水,启动冷却装置;待试样达到设定温度时,重新对试样进行测定,如此重复,直至当加入一定量的水后,控制系统面板显示所测得的压力值与所设定的压力值相等,记录试验过程中加入水的总量m3;
③ 测定完毕,清洗贯入杆与盛样筒,并放回原处,关闭仪器开关和总电源。
(3)结果整理
融雪剂的合理用量以K计,无量纲,试验结果应注明试验温度(℃)、贯入深度(mm)与设定最大荷载(N)等试验条件,K按以下公式计算:
K=m1/m2+m3
式中:
K-单位降水量的融雪剂合理用量,无量纲;
m1-融雪剂用量(g);
m2-配制融雪剂溶液所用水量(g);
m3 -试验过程中加入水的总量(g)。
冬季路面发生结冰时,路表的抗滑能力会显著下降,路面的抗滑能力取决于表面冰块强度的大小,冰块强度越高,路面的抗滑能力越低,行车安全性越差,反之亦然。冰块强度则取决于环境温度、融雪剂种类和融雪剂的使用量,当环境温度和融雪剂种类确定时,冰块强度则只与融雪剂的用量有关。本发明的试验装置和试验方法通过设定贯入杆贯入标准深度时的压力值表征此时冰块的强度,申请人经大量试验发现,贯入杆以1mm/min的加载速率不断贯入冰块,当贯入深度达2.5mm时,若贯入杆承受的压力≤4000N,则此时冰块的强度不足以使道路路面的抗滑性能衰减至影响行车安全,因此,按照此条件测定出的融雪剂用量为合理用量。
本发明的有益效果包括以下几个方面:
(1)解决了因融雪剂的成分复杂而无法按照冰点计算不同条件下的融雪剂用量的问题,能够快速和准确的测定出特定融雪剂在不同环境温度使用条件的合理用量,使得融雪除冰作业中有据可依;
(2)本发明试验装置和试验方法根据道路路面冰层强度测定出融雪剂的合理用量,与路面表面抗滑能力及行车安全直接相关,符合工程实际;与按照冰点计算出的用量相比,该用量显著降低,不仅节约能够节约资源,而且能够减轻环境污染,保护道路基础设施;
(3)本发明试验装置和试验方法操作简单,试验结果稳定性和准确性高,便于推广和应用。
附图说明
图1和图2是本发明的结构示意图。图1为本发明的整体结构示意图,其中:1散热窗,2数据接口,3总电源开关,4温控装置开关,5压力测试装置开关,6中央处理器,7支架,8升降杆,9升降马达,10压力传感器,11千分表,12贯入杆,13冷冻试验槽,14风机,15蒸发器,16制冷剂容器,17盛样筒,18循环孔,19注水容器,20电动二通阀。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示,本发明装置的左上部分是压力测试装置,整个装置固定于温控装置的上部,其中,支架7用来固定支撑整个压力测试装置,通过升降杆8上下移动来调节压力测试装置的位置,升降马达9为升降杆8的工作提供动力,压力传感器10用来感应并传递所测得的压力,千分表11用来测定并显示试验时贯入杆12的贯入深度;供水装置置于温控装置平台上,注水容器19通过电动二通阀20的控制水流的通断;右半部分是控制系统,其中散热窗1用于控制系统的散热,数据接口2用于将数据导出,总电源开关3用于启动和关闭仪器,温控装置开关4用于启动温控装置,压力测试装置开关5用于启动压力测试装置,中央处理器6可输入、处理和显示数据。
如图2所示,压力测试装置固定在温控装置的平台上,试验时,盛样筒17置于试验槽13中,其中,制冷剂容器16中的防冻液通过循环孔18进入冷冻试验槽13对盛样筒17进行降温,风机14、蒸发器15、制冷剂容器16之间通过管路连接。
测定融雪剂合理用量时,打开温控装置开关4,在中央处理器6的控制下,制冷剂容器16中的防冻液通过蒸发器15的蒸发而温度不断下降,经循环孔18循环至冷冻试验槽13,使盛样筒17降温。此时,温度传感器实时采集融雪剂试样的温度,并将采集的数据传输至中央处理器6。待融雪剂试样的温度达到中央处理器6中所设定的温度值时,保持此时温度不变,进行试样的压力测试试验;打开压力测试装置开关5,升降杆8在升降马达9的驱动下向下移动,使贯入杆12底部与冰面刚好接触,此时,千分表11实时记录贯入杆12贯入深度,压力传感器10将感应到的压力传至中央处理器6,当贯入深度达到2.5mm时,若测得的压力值小于所设定的压力值时,升降马达9带动升降杆8向上移动,当上升至一定的高度后,关闭压力测试装置开关5和温控装置开关4,盛样筒17中的试样升温融化,在中央处理器6的显示屏上设定需要注入的水量后,电动二通阀20打开,注水容器19中的水自动流入到盛样筒17中,待达到所设定的注水量之后,电动二通阀20自动关闭,打开温控装置开关4,温控装置工作将盛样筒17中的试样冷冻至试验温度后,打开压力测试装置开关5,测定此时贯入量为2.5mm时试样所承受的压力,如此重复,直至所测得压力与所设定的压力值相同,关闭所有开关并关闭总电源3,记录并整理好试验数据。
试验方法的实施方式:
为验证本发明测定融雪剂合理用量的试验装置及试验方法的可靠性与有益效果,下面结合实施例对本发明进一步详细说明,但本发明不限于以下实施例。
实施例
按照本发明的技术方案,本实施例给出不同的温度条件下测定不同种类融雪剂合理用量的试验方法,试验选取3种融雪剂,即融雪剂A、融雪剂B、融雪剂C,试验温度分别为-5℃、-10℃和-15℃,具体试验步骤如下:
(1)试验准备
① 称取质量为m1的融雪剂,加入盛样筒中,再加入质量为m2的水配制成融雪剂溶液试样,将盛样筒放入冷冻试验槽中;
② 接通电源并打开仪器开关,查看温控装置与压力测试装置是否运转正常;
③ 将温度调至所设定的试验温度,启动冷却装置,开动升降马达,升降杆向下移动,使贯入杆下端与试样的上表面刚好接触;
④ 设定贯入杆贯入深度为2.5mm时试样所承受的标准压力值,即4000N。
(2)测定
① 当试样达到设定温度时,启动试验装置;
② 贯入杆以1mm/min的加载速率不断贯入试样,直至贯入量达到2.5mm;测试此过程中测得的最大压力值,若小于设定压力值,则关闭冷却装置;待试样完全融化后,打开电动二通阀,向盛样筒中注入一定量的水,启动冷却装置;待试样达到设定温度时,重新对试样进行测定,如此重复,直至当加入一定量的水后,控制系统面板显示所测得的压力值与所设定的压力值相等,记录试验过程中加入水的总量m3;
③ 测定完毕,清洗贯入杆与盛样筒,并放回原处,关闭仪器开关和总电源。
(3)结果整理
融雪剂的合理用量以K计,无量纲,试验结果应注明试验温度(℃)、贯入深度(mm)与设定最大荷载(N)等试验条件,K按以下公式计算:
K=m1/m2+m3
式中:
K-单位降水量的融雪剂合理用量,无量纲;
m1-融雪剂用量(g);
m2-配制融雪剂溶液所用水量(g);
m3 -试验过程中加入水的总量(g)。
不同温度条件下,不同融雪剂的合理用量试验结果见表1。
表1 融雪剂的合理用量试验结果表
试验结果表明:随着环境温度的降低,单位降水量需要的融雪剂合理用量不断增大;不同种类的融雪剂在相同试验条件下的合理用量也不同。通过本发明的试验装置与试验方法可以测定不同温度条件下不同种类融雪剂的合理用量,以确保行车安全,测试结果准确、稳定、区分度高。
按照上述试验结果,在2017年山东某高速公路管理处冬季除雪防滑作业中进行了应用,该管理处所辖某高速路段为双向六车道,路面宽度为30m,路段长度为20km,某次降水量实测为0.9kg/㎡,环境最低温度为-10℃,使用的融雪剂为A,可以计算得出该融雪剂的合理用量为96.3g/㎡,该路段总的融雪剂用量为57.78t,若按照冰点计算上述融雪剂的用量约为135t,远高于其合理用量。最终依据本发明确定的融雪剂合理用量在上述路段进行撒布作业,结果表明能够达到预期的融雪除冰效果,保证了过往车辆的行车安全。
需要说明的是,以上实施例仅是为了理解本发明,本发明不仅局限于该实施例,凡在本发明的技术方案基础上所做的技术特征的添加、等同替换或修改,均应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种测定融雪剂合理用量的试验装置,其特征在于,由控制系统、供水装置、温控装置和压力测试装置组成;
所述的控制系统由总电源开关(3)、温控装置开关(4)、压力测试装置开关(5)、中央处理器(6)、数据接口(2)和散热窗(1)组成;
所述的供水装置由注水容器(19)、电动二通阀(20)及出水管组成;注水容器(19)通过电动二通阀(20)控制水流的通断;
所述的温控装置由制冷装置、冷冻试验槽(13)、温控箱壳体组成,制冷装置由制冷剂容器(16)、蒸发器(15)及风机(14)组成,通过管道阀门连接;所述的冷冻试验槽(13)用于放置并冷冻盛样筒(17)中的试样,通过制冷装置使制冷剂循环对其进行降温,中间留有循环孔(18);
所述的压力测试装置由升降马达(9)、支架(7)、升降杆(8)、贯入杆(12)、千分表(11)、压力传感器(10)组成,支架(7)用来固定支撑整个压力测试装置,通过升降杆(8)上下移动来调节压力测试装置的位置,压力传感器(10)用来感应并传递所测得的压力,千分表(11)用来测定并显示试验时贯入杆(12)的贯入深度;所述的压力传感器(10)用于感应并测试贯入杆在盛样筒(17)中贯入量为2.5mm时盛样筒(17)中试样所承受的压力。
2.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于,所述的总电源开关(3)对整个试验装置供电并控制;压力测试装置开关(5)单独控制压力测试装置的供电;温控装置开关(4)单独控制温控装置的供电。
3.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于,所述的温控箱壳体包括保温层与不锈钢外壳。
4.一种利用权利要求1所述的试验装置测定融雪剂合理用量的试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)试验准备
① 称取质量为m1的融雪剂,加入盛样筒中,再加入质量为m2的水配制成融雪剂溶液试样,将盛样筒放入冷冻试验槽中;
② 接通电源并打开仪器开关,查看温控装置与压力测试装置是否运转正常;
③ 将温度调至所设定的试验温度,启动冷却装置,开动升降马达,升降杆向下移动,使贯入杆下端与试样的上表面刚好接触;
④ 设定贯入杆贯入深度为2.5mm时试样所承受的标准压力值,即4000N;
(2)测定
①当试样达到设定温度时,启动试验装置;
②贯入杆贯入试样,直至贯入量达到2.5mm;测试此过程中测得的最大压力值,若小于设定压力值,则关闭冷却装置;待试样完全融化后,打开电动二通阀(20),向盛样筒(17)中注入一定量的水,启动冷却装置;待试样达到设定温度时,重新对试样进行测定,如此重复,直至当加入一定量的水后,控制系统面板显示所测得的压力值与所设定的压力值相等,记录试验过程中加入水的总量m3;
③测定完毕,清洗贯入杆与盛样筒,并放回原处,关闭仪器开关和总电源;
(3)结果整理
融雪剂的合理用量以K计,无量纲,试验结果应注明试验温度(℃)、贯入深度(mm)与设定最大荷载(N)试验条件,K按以下公式计算:
K=m1/m2+m3
式中:
K-单位降水量的融雪剂合理用量,无量纲;
m1-融雪剂用量(g);
m2-配制融雪剂溶液所用水量(g);
m3 -试验过程中加入水的总量(g)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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