CN110108598B - 一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置及方法，用以解决目前判断乳化沥青破乳速度受主观性影响大，且没有统一指标来评价乳化沥青的破乳速度以及破乳率的问题。测试装置包括环境箱，环境箱的底部固定有第一基座和第二基座，第二基座上设有盛液器皿，第一基座上设有拌和锅，拌和锅的下部固定有加热装置，加热装置设置在第一基座的上部；环境箱的上部设有楔形板，楔形板的最低位置设置在盛液器皿的正上方；所述第一基座和第二基座上均设有压力传感器，加热装置和两个压力传感器与控制器相连接，控制器与显示屏相连接。本发明可以实现定量分析乳液的破乳效果，试验结果更加准确可信，更具说服力。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程的技术领域，尤其涉及一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置及方法，用于道路建设过程中乳化沥青破乳过程的检测。
背景技术
乳化沥青类沥青混合料因其具有低碳、节能、环保、使用空间巨大、性价比优良等优点，已经广泛应用于道路工程中。
沥青本来就是一种黏稠状的黏结物质，破乳就是将沥青从乳液中分离出来使颗粒间相互聚集，在集料和路面上形成薄层覆盖。破乳控制问题已经成为乳化沥青类冷拌混合料使用过程中一个重要问题。
乳化沥青的破乳受内因与外因两方面的影响。内因是乳化剂的化学结构，外在的环境温度、酸碱度、湿度会显著影响乳化沥青的破乳。外在的集料拌也会对乳化沥青的破乳过程产生明显的影响。
目前关于乳化沥青破乳过程的试验主要是依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20—2011）T0685—1993，规范中采用乳液与级配矿料拌和后，通过矿料表面被乳液薄膜裹覆的均匀情况来判断乳液的破乳速度。该方法不足之处为乳化沥青破乳试验结果受试验操作者的主观性强，不同的试验操作者可能会产生不同的试验结论。该试验只能定性分析，不能给出定量试验结果，没有统一的指标来评价乳化沥青的破乳速度以及破乳率。
发明内容
针对目前判断乳化沥青破乳速度受主观性影响大，且没有统一指标来评价乳化沥青的破乳速度以及破乳率的技术问题，本发明提出一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置及方法，利用楔形板收集拌和锅蒸发的水分，当收集的水分和拌和锅的质量均不再发生改变作为破乳完成的标准，可以用于评价乳化沥青破乳过程，对乳液的破乳效果进行定量分析。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，包括环境箱，环境箱的底部固定有第一基座和第二基座，所述第二基座上设有盛液器皿，第一基座上设有拌和锅，拌和锅的下部固定有加热装置，加热装置设置在第一基座的上部。所述环境箱的上部设有楔形板，楔形板的最低位置设置在盛液器皿的正上方；所述第一基座和第二基座上均设有压力传感器，加热装置和两个压力传感器与控制器相连接，控制器与显示屏相连接。
所述拌和锅内设有拌和叶，拌和叶与旋转电机相连接，旋转电机和控制器相连接。
所述旋转电机固定在电动伸缩杆上，电动伸缩杆与控制器相连接，电动伸缩杆的上部固定在环境箱上。
所述环境箱的外部固定有立柱，立柱上固定有立杆，立杆下部固定在环境箱的上部，立杆的底部与电动伸缩杆固定连接。
所述拌和叶上设有转速传感器，转速传感器与控制器相连接。
所述拌和锅的侧部设有转轴，转轴活动设置在环境箱的一侧，转轴端部固定有拌和手柄，拌和手柄与控制器相连接。
所述环境箱内还设有湿度控制装置、制冷装置和制热装置，湿度控制装置、制冷装置和制热装置均与控制器相连接。
一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置的测试方法，其步骤如下：
步骤S1：将环境箱内的温度调节为105±5℃，对环境箱内部烘干4-6小时；
步骤S2：利用控制器调节加热装置的温度对拌合锅进行预热，使拌合锅内的温度为115±5℃；
步骤S3：准备试验测试所需的两组相同级配且质量相同的A组矿料与B组矿料，并将A组矿料与B组矿料分别置于烘箱中加热至120±5℃；并采用比表面积测试仪器分别测定A组矿料与B组矿料比表面积为sam2/g和sb m2/g，利用天平分别测量A组矿料与B组矿料的质量为m1ag和m1b g；
步骤S4：将拌和锅内的温度和环境箱内的环境温度均调节为105±5℃；将A组矿料加入拌和锅中，控制器控制电动伸缩杆伸出使拌和叶伸入拌和锅中；同时向拌和锅中注入乳液，控制旋转电机转动，使拌和叶对A组矿料和乳液搅拌；
步骤S5：第一基座和第二基座上的压力传感器实施监测其上的压力，并传送到显示屏上；当楔形板上无液体聚集与滴落，且第一基座和第二基座上的压力传感器检测的压力不再变化时，破乳完成；拌和叶继续拌和5min；
步骤S6：控制器控制电动伸缩杆缩回使拌和叶离开拌和锅内，且控制器打开拌和手柄使拌和锅旋转90度，将拌和锅内的A组矿料的集料倒出，利用天平称重A组矿料的集料的质量记为m2a g；
步骤S7：将拌和锅内的温度和环境箱内的环境温度均调节为B组矿料的拌和温度；将B组矿料加入拌和锅中，控制器控制电动伸缩杆伸出使拌和叶伸入拌和锅中；同时向拌和锅中注入乳液，控制旋转电机转动，使拌和叶对B组矿料和乳液搅拌；当无液体聚集与滴落时，控制器控制旋转电机停止使拌和叶停止搅拌，利用计时器测量B组矿料和乳液搅拌的时间t，控制器控制电动伸缩杆缩回使拌和叶离开拌和锅内，且控制器打开拌和手柄使拌和锅旋转度，将拌和锅内的B组矿料的集料倒出，利用天平称重B组矿料的集料的质量记为m2b g；
步骤S8：根据公式计算破乳速率为：；
破乳率为：。
当A组矿料和B组矿料为改性沥青时，拌合锅下部的加热装置的加热温度增加；当A组矿料和B组矿料均为阳离子乳化沥青时，在步骤S4向拌和锅内添加乳液前，用烧杯量取一定体积V的蒸馏水并注入拌和锅内，通过拌和叶搅拌均匀后再注入乳液对A组矿料进行拌和；在步骤S7中向拌和锅内添加乳液前，用烧杯量取相同体积V的蒸馏水加入并注入拌和锅内，通过拌和叶搅拌均匀后再注入乳液对B组矿料进行拌和。
本发明的有益效果：克服了目前试验方法或装置存在的弊端，提出乳液破乳效果的评价指标---破乳速率和破乳率，使试验结果不再受试验操作者的主观性影响，建立了统一的评价指标，定量分析乳液的破乳效果，试验结果更加准确可信，更具说服力。本发明可以通过改变乳化剂自身特性（乳化剂种类、用量以及PH等）、集料特性（级配、集料类型）以及环境箱中的温度、湿度、拌和锅的搅拌强度、搅拌时间，探究乳液自身特性（乳化剂种类、用量以及PH等）、集料特性（级配、集料类型）、以及外在环境因素（温度、湿度、搅拌强度以及搅拌时间等）对乳液破乳效果的影响，设置不同工况，定量分析不同因素对乳液破乳过程的影响，为实际工程应用提供数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的原理框图。
图中，1为环境箱，2为第一基座，3为加热装置，4为第二基座，5为拌合锅，6为拌和叶，7为盛液器皿，8为湿度控制装置，9为制冷装置，10为制热装置，11为立柱，12为支杆，13为电动伸缩杆，14为楔形板，15为控制器，16为拌和手柄，17为固定块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动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。
如图1和图2所示，一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，包括环境箱1，环境箱1的底部固定有第一基座2和第二基座4，第一基座2和第二基座4两者相互独立。所述第二基座4上设有盛液器皿7，盛液器皿7用于盛乳化过程中产生的水分，第一基座2上设有拌和锅5，拌和锅5用于对矿料和乳液进行加热和搅拌，拌和锅5的下部固定有加热装置3，加热装置3是封闭的，其质量也是确定不变的，对拌合锅底部进行稳定的加热，保证乳化过程中温度的稳定，从而对矿料进行稳定的乳化。加热装置3设置在第一基座2的上部，加热装置3固定在第一基座2上。所述环境箱1的上部设有楔形板14，楔形板14为环境箱1的上盖，楔形板14的最低位置设置在盛液器皿7的正上方。第一基座2位于环境箱1的侧部，第二基座4位于环境箱1另一侧的中部，楔形板14的最高处位于拌和锅5的正上方。楔形板14不是水平的即与水平方向有一定的倾斜角度，水等液体通过环境箱1上的楔形板14落入第二基座4的盛液器皿7中，盛液器皿7收集乳化过程中蒸发的水等液体。楔形板14的最低位置位于第二基座4的中心位置正上方，方便楔形板14将水等液体落入盛液器皿并收集。所述第一基座2和第二基座4上均设有压力传感器，压力传感器为天沐传感器中的NS-P22压力传感器压力传感器分别测量第一基座2和第二基座4上的质量变化，即盛液器皿7内液体和拌和锅5内总体集料的质量变化，加热装置3和两个压力传感器均与控制器15相连接，控制器15与显示屏相连接，显示屏用于实时显示两个压力传感器测量的压力。
所述拌和锅5内设有拌和叶6，拌和叶6与旋转电机相连接，旋转电机和控制器15相连接。旋转电机固定在环境箱1的顶部。
所述旋转电机固定在电动伸缩杆13上，电动伸缩杆13与控制器15相连接，电动伸缩杆13的上部固定在环境箱1的顶部。通过电动伸缩杆13可以调节拌和叶6的高度，电动伸缩杆13伸长，拌和叶6可以伸长深入拌和锅5内对其中的集料进行搅拌，不进行搅拌可通过控制器缩短电动伸缩杆13，使拌和叶6离开拌和锅5并悬空在拌合锅5的上部，且不影响拌合锅5内集料的倒出。
所述环境箱1的尾部固定有立柱11，立柱11上固定有立杆12，立杆12下部固定在环境箱1的上部，立杆12的底部与电动伸缩杆13固定连接。立杆12为L型杆，L型杆的水平部通过固定块17与立柱11的上部固定连接，L型杆的竖直部的下部穿过环境箱1的顶部，并通过橡胶套固定在环境箱1上。
所述拌和叶6上设有转速传感器，转速传感器与控制器15相连接。转速传感器选用Hydrotechnik公司的HySense RS110-DS03转速传感器。通过转速传感器可以实时检测拌和叶6的转速，然后控制旋转电机的转速即可实时调整拌和叶6的转速，控制搅拌速率，从而可以对矿料和乳液进行合适转速的搅拌。
所述拌和锅5的侧部设有转轴，转轴活动设置在环境箱1的一侧，转轴端部固定有拌和手柄16，拌和手柄16与控制器15相连接。拌和手柄转动90度使拌和锅5的开口从上部转化为侧部，方便从环境箱内将集料取出。
所述环境箱1内还设有湿度控制装置8、制冷装置9和制热装置10，湿度控制装置8、制冷装置9和制热装置10均与控制器15相连接，通过湿度控制装置8、制冷装置9和制热装置10可以调节环境箱1中的温度和湿度，从而达到合适的环境温度。控制器15通过驱动电路板控制各个执行部件的启停。根据实际需要模拟不同的工况，探究环境因素对乳液破乳过程的影响。
湿度控制装置8为蒸汽式加湿器系统，采用外置电加热加湿方法，不锈钢铠装电加热器。加湿器控制方式为PID控制方式，使用无触点等周期脉冲调宽SSR（固态继电器），设有水位控制装置，加热器防干烧。制冷装置9采用双级复叠式制冷系统，复叠式系统包含一个高压制冷循环和一个低压制冷循环，其连接容器为蒸发冷凝器，蒸发冷凝器的功能是为将低压循环的蒸发器在高压循环的时候做冷凝之用风冷式盘管冷凝器、鳍片式多段式蒸发器。制热装置10为镍铬合金鳍片式加热器，内嵌式加热元件安装于不锈钢腔体夹层中极为安全，升温快，寿命长。
一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置的测试方法，其步骤如下：
步骤S1：控制器15通过驱动电路打开湿度控制装置8和制热装置10，将环境箱1内的温度调节为105±5℃，对环境箱内部烘干不少于4-6小时，使环境箱1内的水分进行烘干。
步骤S2：利用控制器15调节加热装置3的温度对拌合锅5预热，并预热至使拌合锅5内的温度为115±5℃；提前预热至高于拌和温度10℃左右，若为改性沥青则适当提升拌和温度。
步骤S3：准备试验测试所需的两组相同级配且质量相同的A组矿料与B组矿料，并将A组矿料与B组矿料分别置于烘箱中加热至120±5℃，加热至拌和温度以上约15℃。并采用比表面积测试仪器分别测定A组矿料与B组矿料比表面积为sam2/g和sb m2/g，利用天平分别测量A组矿料与B组矿料的质量为m1ag和m1b g。A组矿料与B组矿料是两份完全相同的矿料，A组矿料与B组矿料所用矿料颗粒的组分如表1所示，质量均为200g，
表1 拌和试验用矿料颗粒组成比例（%）
步骤S4：将拌和锅5内的温度和环境箱1内的环境温度均调节为A组矿料的拌和温度；将A组矿料加入拌和锅5中，控制器15控制电动伸缩杆13伸出使拌和叶6伸入拌和锅5中将A组矿料加入拌和锅中拌和均匀；同时向拌和锅5中注入乳液，控制旋转电机转动，使拌和叶6对A组矿料和乳液搅拌；搅拌叶自转速度为70-80r/min，控制拌和温度与环境温度均为105±5℃。
步骤S5：第一基座2和第二基座4上的压力传感器实施监测其上的压力，并传送到显示屏上；第一基座2测量的是拌和锅内矿料、乳液以及加入水的质量，第二基座4测量的是通过楔形板14收集的水的质量。当楔形板14上无液体聚集与滴落，且第一基座2和第二基座4上的压力传感器检测的压力不再变化时，破乳完成；拌和叶6继续拌和5min，拌和结束；测量拌和锅以及第二基座4上水的质量，若两者上边的示数不再发生变化，则表明拌和锅内破乳过程完成，主要用来判断A组矿料破乳完全。
步骤S6：控制器15控制电动伸缩杆缩回使拌和叶6离开拌和锅5内，且控制器15打开拌和手柄16使拌和锅旋转90度，将拌和锅内的A组矿料的集料倒出，利用天平称重A组矿料的集料的质量记为m2a g；采用外部的天平称重，拌和锅和拌和叶会残存少量的集料，属于试验正常误差。
步骤S7：将拌和锅5内的温度和环境箱1内的环境温度均调节为B组矿料的拌和温度；根据实际需要设置B组矿料的环境温度、湿度以及拌和锅的拌和速率及拌和温度。将B组矿料加入拌和锅5中，控制器15控制电动伸缩杆13伸出使拌和叶6伸入拌和锅5中将B组矿料加入拌和锅中拌和均匀；同时向拌和锅5中注入乳液，控制旋转电机转动，使拌和叶6对B组矿料和乳液搅拌；可以根据实际工况需求设定搅拌叶自转速度。当楔形板14上无液体聚集与滴落时，控制器控制旋转电机停止使拌和叶6停止搅拌，利用计时器测量B组矿料和乳液搅拌的时间t，此时，B组矿料和乳液并未完全乳化，控制器15控制电动伸缩杆缩回使拌和叶6离开拌和锅5内，且控制器15打开拌和手柄16使拌和锅旋转90度，将拌和锅内的B组矿料的集料倒出，利用天平称重B组矿料的集料的质量记为m2b g。B组为测量试验，不用达到完全乳化状态，主要用以计算不同条件下破乳率及破乳速率的。
步骤S8：根据公式计算破乳速率为：；
破乳率为：。
其中， m1a为A组矿料的质量； m1b为B组矿料的质量；sa为A组矿料的比表面积；m2a为A组矿料及其裹覆沥青的总质量；m2b为B组矿料及其裹覆沥青的总质量；sb为B组矿料的比表面积；t为拌和时间。
当A组矿料和B组矿料为改性沥青时，拌合锅5下部的加热装置3的加热温度增加；当A组矿料和B组矿料均为阳离子乳化沥青时，在步骤S4向拌和锅5内添加乳液前，用烧杯量取一定体积V的蒸馏水并注入拌和锅内，通过拌和叶6搅拌均匀后再注入乳液对A组矿料进行拌和；在步骤S7中向拌和锅5内添加乳液前，用烧杯量取相同体积V的蒸馏水加入并注入拌和锅内，通过拌和叶6搅拌均匀后再注入乳液对B组矿料进行拌和。若A组矿料和B组矿料为阴离子乳化沥青时，则直接注入乳液进行拌和。
利用本发明乳化沥青破乳速度及破乳率的测试装置，提出采用破乳速率及破乳率评价指标。通过改变乳化剂的种类以及配置过程中用量以及PH值的大小进而改变乳化剂自身特性；通过改变集料的级配曲线以及集料的类型改变集料特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)
1.一种乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，包括环境箱（1），环境箱（1）的底部固定有第一基座（2）和第二基座（4），其特征在于，所述第二基座（4）上设有盛液器皿（7），第一基座（2）上设有拌和锅（5），拌和锅（5）的下部固定有加热装置（3），加热装置（3）设置在第一基座（2）的上部；所述环境箱（1）的上部设有楔形板（14），楔形板（14）的最低位置设置在盛液器皿（7）的正上方；所述第一基座（2）和第二基座（4）上均设有压力传感器，加热装置（3）和两个压力传感器与控制器（15）相连接，控制器（15）与显示屏相连接。
2.根据权利要求1所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，其特征在于，所述拌和锅（5）内设有拌和叶（6），拌和叶（6）与旋转电机相连接，旋转电机和控制器（15）相连接。
3.根据权利要求2所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，其特征在于，所述旋转电机固定在电动伸缩杆（13）上，电动伸缩杆（13）与控制器（15）相连接，电动伸缩杆（13）的上部固定在环境箱（1）上。
4.根据权利要求1或3所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，其特征在于，所述环境箱（1）的外部固定有立柱（11），立柱（11）上固定有立杆（12），立杆（12）下部固定在环境箱（1）的上部，立杆（12）的底部与电动伸缩杆（13）固定连接。
5.根据权利要求2所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，其特征在于，所述拌和叶（6）上设有转速传感器，转速传感器与控制器（15）相连接。
6.根据权利要求1或5所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，其特征在于，所述拌和锅（5）的侧部设有转轴，转轴活动设置在环境箱（1）的一侧，转轴端部固定有拌和手柄（16），拌和手柄（16）与控制器（15）相连接。
7.根据权利要求1所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置，其特征在于，所述环境箱（1）内还设有湿度控制装置（8）、制冷装置（9）和制热装置（10），湿度控制装置（8）、制冷装置（9）和制热装置（10）均与控制器（15）相连接。
8.根据权利要求1所述的乳化沥青破乳速度及破乳率测试装置的测试方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤S1：将环境箱（1）内的温度调节为105±5℃，对环境箱内部烘干4-6小时；
步骤S2：利用控制器（15）调节加热装置（3）的温度对拌合锅（5）进行预热，使拌合锅（5）内的温度为115±5℃；
步骤S3：准备试验测试所需的两组相同级配且质量相同的A组矿料与B组矿料，并将A组矿料与B组矿料分别置于烘箱中加热至120±5℃；并采用比表面积测试仪器分别测定A组矿料与B组矿料比表面积为sam2/g和sb m2/g，利用天平分别测量A组矿料与B组矿料的质量为m1ag和m1b g；
步骤S4：将拌和锅（5）内的温度和环境箱（1）内的环境温度均调节105±5℃；将A组矿料加入拌和锅（5）中，控制器（15）控制电动伸缩杆（13）伸出使拌和叶（6）伸入拌和锅（5）中；同时向拌和锅（5）中注入乳液，控制旋转电机转动，使拌和叶（6）对A组矿料和乳液搅拌；
步骤S5：第一基座（2）和第二基座（4）上的压力传感器实时监测其上的压力，并传送到显示屏上；当楔形板（14）上无液体聚集与滴落时，且第一基座（2）和第二基座（4）上的压力传感器检测的压力不再变化时，破乳完成；拌和叶（6）继续拌和5min；
步骤S6：控制器（15）控制电动伸缩杆缩回使拌和叶（6）离开拌和锅（5）内，且控制器（15）打开拌和手柄（16）使拌和锅旋转90度，将拌和锅内的A组矿料的集料倒出，利用天平称重A组矿料的集料的质量记为m2a g；
步骤S7：将拌和锅（5）内的温度和环境箱（1）内的环境温度均调节为B组矿料的拌和温度；将B组矿料加入拌和锅（5）中，控制器（15）控制电动伸缩杆（13）伸出使拌和叶（6）伸入拌和锅（5）中；同时向拌和锅（5）中注入乳液，控制旋转电机转动，使拌和叶（6）对B组矿料和乳液搅拌；当楔形板（14）上无液体聚集与滴落时，控制器控制旋转电机停止使拌和叶（6）停止搅拌，利用计时器测量B组矿料和乳液搅拌的时间t，控制器（15）控制电动伸缩杆缩回使拌和叶（6）离开拌和锅（5）内，且控制器（15）打开拌和手柄（16）使拌和锅旋转90度，将拌和锅内的B组矿料的集料倒出，利用天平称重B组矿料的集料的质量记为m2b g；
步骤S8：根据公式计算破乳速率为：；
破乳率为：。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，当A组矿料和B组矿料为改性沥青时，拌合锅（5）下部的加热装置（3）的加热温度增加；当A组矿料和B组矿料均为阳离子乳化沥青时，在步骤S4向拌和锅（5）内添加乳液前，用烧杯量取一定体积V的蒸馏水并注入拌和锅内，通过拌和叶（6）搅拌均匀后再注入乳液对A组矿料进行拌和；在步骤S7中向拌和锅（5）内添加乳液前，用烧杯量取相同体积V的蒸馏水加入并注入拌和锅内，通过拌和叶（6）搅拌均匀后再注入乳液对B组矿料进行拌和。
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