CN115343128A - 一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置及其运行工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置及其运行工艺，该装置包括温控箱、棘轮旋柄、微分旋钮、固定套管、伸缩压杆、集料板和空心底柱，棘轮旋柄和微分旋钮通过螺母套筒与固定套管竖向固接，固定套管与温控箱顶端固定，固定套筒下的伸缩压杆通过棘轮旋柄和微分旋钮在固定套管内竖向伸缩，集料板、滑动柱和支撑弹簧由上到下连接并内置于设有微分刻度的空心底柱内部，空心底柱与底座固接于温控箱底部。本发明的装置可按实验所需要求精确控制沥青薄膜厚度，操作工序简单便利，整个制膜过程可实现在恒温条件下进行，同时可避免集料表面纹理发生破坏产生碎集料粉末的问题，便于对沥青混合料中沥青膜厚度的性能特点和作用机理进行具体研究。

Description

一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置及其运行工艺

技术领域

本发明属于道路材料制备方法，具体涉及一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置及其运行工艺。

背景技术

近年来，沥青道路凭借其自身特点逐渐取代水泥混凝土路面成为现代交通道路的主要结构形式。在沥青混合料中，为了使沥青混合料具备抗车辙、抗开裂、抗水害和抗疲劳等性能，集料表面必须被一定厚度的沥青膜包裹，而包裹在集料表面的沥青必须达到一定的厚度才能保证沥青混合料的耐久性，因此选择合适的沥青膜厚度是确定沥青最佳用量的实质。并且通常沥青路面开裂主要由沥青-集料界面相损伤引起，界面相失效通常表现为粘附失效和黏聚失效的联合效应。沥青在沥青混合料中是以薄膜的形式存在，贯穿整个结构层。可见，沥青-集料界面的力学性能是沥青混合料的整体性能的关键因素，沥青膜厚度与沥青-集料界面失效过程中粘附失效和黏聚失效两种机制有着紧密的联系，研究沥青膜厚度对沥青-集料界面相失效力学行为的影响机制，对沥青混合料的耐久性设计有着重要理论意义。

目前对于可控厚度的微米级沥青薄膜的制备技术还未形成一个合理有效的方法，现有技术中的方法大体可归为两类：(1)荷载挤压法：将经过高温处理后的沥青液滴置于上下集料试件中间，通过对上集料试件施加荷载挤压沥青来制备沥青薄膜，荷载越大，得到的沥青膜越薄。但此方法在薄膜成型的过程中需要大量繁琐的手工操作，因此不能在温控箱内进行，一般在室温下进行，由于高温沥青液滴在室温下温度快速降低，成型结束时其温度一般已经降至100℃以下，会严重降低沥青与集料之间的粘附力。并且通过施加荷载来控制沥青膜厚度的方法受温度的影响较大，在荷载一定时，温度越高制作的沥青膜越厚，由于室温难以控制，因此沥青膜厚度难以精确控制，不能满足对沥青混合料中沥青膜性能的试验研究。(2)喷涂法：将经过高温处理后的沥青液滴置于喷涂装置内，在集料板上经过多次喷涂提取较为合适的沥青薄膜进行试验，此方法虽然操作简便，但需要大量多次试验寻找经验，同时不能精确控制沥青膜的厚度，对所得沥青膜的厚度比较随机，不能模拟沥青混合料中沥青膜的真实存在状态，所以不适合于沥青薄膜的制备试验。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置及其运行工艺，可按实验所需要求精确控制沥青薄膜厚度，操作工序简单便利，整个制膜过程可实现在恒温条件下进行，同时可避免集料表面纹理发生破坏产生碎集料粉末的问题，便于对沥青混合料中沥青膜厚度的性能特点和作用机理进行具体研究。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，包括温控箱、棘轮旋柄、微分旋钮、固定套管、伸缩压杆、集料板、滑动柱、支撑弹簧、空心底柱和底座；所述棘轮旋柄与所述微分旋钮相连，所述微分旋钮的下方设有微分筒，所述微分筒通过螺母套筒与所述固定套管竖向固接，所述固定套管固接于所述温控箱的箱体顶部；所述固定套管下方设有伸缩压杆，所述伸缩压杆位于所述温控箱的箱体内，所述螺母套筒与所述伸缩压杆相互连接组成可竖向移动的中心轴，固定套管下方的伸缩压杆通过棘轮旋柄和微分旋钮控制中心轴在固定套管内竖向伸缩；所述集料板、滑动柱和支撑弹簧由上到下依次连接，所述滑动柱和支撑弹簧设置于所述空心底柱的内部，所述滑动柱的顶端由空心底柱的顶部探出，所述支撑弹簧与空心底柱的底部固定连接，支撑滑动柱沿空心底柱的内壁竖向滑动；所述空心底柱的底面与底座相连，所述底座固接于所述温控箱的箱体内的底部。

优选地，所述棘轮旋柄和所述微分旋钮由中心杆贯穿连接，通过旋转棘轮旋柄和微分旋钮促使螺母套筒和微分筒发生转动，进而使得伸缩压杆在固定套管内上下运动；所述螺母套筒上设有螺母套筒刻度，用于精确记录伸缩压杆的移动距离；所述微分筒的圆盘上设有微分筒刻度，用于均分螺母套筒刻度，使其测量尺寸达到微米级。

优选地，所述固定套管固接在所述温控箱的箱体顶部圆心处，所述固定套管的管壁上设有锁紧装置，所述锁紧装置通过插入固定套管的管体内的螺栓限制中心轴的移动，从而限制伸缩压杆的运动，起到固定作用。

优选地，所述伸缩压杆由连接杆和功能杆组成；所述连接杆的一端与固定套管固接，其另一端设有螺纹接口，与所述功能杆的一端螺纹拼接；所述功能杆的中段套接有激光圈，利用激光圈发出的激光引导辅助沥青材料的摆放位置，同时校正伸缩压杆与集料板的接触面积。

优选地，可根据所需沥青薄膜厚度和面积更换不同大小和材质的功能杆，通过螺纹接口与连接杆进行拼接固定。

优选地，所述集料板的底面中心处设有滑柱固定件，所述滑柱固定件的底端与滑动柱的顶端通过螺纹拼接固定。

优选地，所述集料板可根据试验所需沥青薄膜厚度和面积来选择不同大小和材质进行更换。

优选地，所述滑动柱的侧壁上设有滑块刻度，所述滑动柱的侧壁与所述空心底柱的内壁接触，滑动柱可在压力作用下沿空心底柱的内壁上下滑动；所述滑块刻度记录滑动柱受力挤压时的移动距离。

优选地，所述空心底柱的外壁上设有锁位螺栓，所述锁位螺栓贯穿空心底柱的外壁和内壁紧抵滑动柱的侧壁，限制所述滑动柱的滑动，起到固定作用。

一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置的运行工艺，包括以下步骤：

步骤1)根据实验所需制备沥青薄膜的厚度和面积，选择合适的功能杆和集料板，完成制备装置的安装；所述功能杆一般采用不与沥青薄膜产生黏附作用的硅胶材料，所述集料板可根据实验者需求选用恰当材质进行；

步骤2)松开锁紧装置和锁位螺栓，通过滑块刻度记录滑动柱静置时的高度，以滑动柱底部位置为记录点X₀，旋转微分旋钮使得伸缩压杆竖直下移，在伸缩压杆与集料板接触后继续旋转微分旋钮，在压力的作用下滑动柱开始向下位移，支撑弹簧被逐渐压缩，滑动柱位移一定距离后，转动锁位螺栓固定滑动柱的位置，然后转动棘轮旋柄直到棘轮发出声音为止，使得伸缩压杆与集料板可以紧密接触，又不会使得接触面受损；记录此时滑块刻度读数X₁，则滑动柱的位移距离为X₁－X₀，记录此时螺母套筒刻度与微分筒刻度的读数Y₀，此时可认为伸缩压杆与集料板的间隙为0；

步骤3)旋转微分旋钮使得伸缩压杆竖直上升6mm，打开激光圈，将薄沥青片放入集料板表面的光圈内，沥青片的面积要略小于光圈面积，然后关闭温控箱的箱门，启动温控箱，将温控箱内的温度升高到160～180℃，使沥青薄片充分加热融化成粘稠状液体；

步骤4)若要制备的沥青薄膜厚度为Y₁，则需要旋转微分旋钮使伸缩压杆位置下降到螺母套筒刻度与微分筒刻度的读数为Y₀+Y₁处，然后转动锁紧装置固定伸缩压杆位置；

步骤5)关闭温控箱，待温度恢复到室温后，打开温控箱的箱门，松开锁紧装置和锁位螺栓取出沥青薄膜，即得到所需厚度的沥青薄膜试样。

和现有技术相比，本发明具有如下优势：

(1)本发明通过棘轮旋柄和微分旋钮共同控制伸缩压杆的竖向移动，并且通过螺纹套筒刻度和微分筒刻度精确记录伸缩压杆的移动位移，进而精确控制沥青薄膜厚度，使得制备薄膜厚度的精度达到微米级。

(2)本发明可根据所需沥青薄膜厚度和面积的不同，通过螺纹接口更换不同形状和大小的伸缩压杆功能杆，集料板也可根据实验要求自由伸缩，所以该装置可以制备实验研究所需的任何厚度和大小的沥青薄膜。

(3)本发明在伸缩压杆上设有激光圈，可以利用激光引导沥青材料在集料板上的摆放位置，同时校正伸缩压杆与集料板的接触面积，避免出现伸缩压杆倾斜导致沥青薄膜厚度不均的现象。

(4)本发明在滑动柱下设有支撑弹簧，当伸缩压杆与集料板接触时，支撑弹簧被压缩下移，使得上下试件可以充分接触而又不至于产生过大的接触力，破坏接触面，同时设有棘轮旋柄，更加确保伸缩压杆与集料板的充分接触。

(5)本发明实现温度-制备一体化，上下试件安装套均设置在温控箱内，而各控制旋钮和螺栓均设置在温控箱外，既可以保证恒温状态的制备条件又不影响制备过程的操作，且操作工序简单便利。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为棘轮旋柄、微分旋钮、微分筒和螺母套筒连接的结构示意图；

图3为固定套管与伸缩压杆连接的结构示意图；

图4为空心底柱的内部结构示意图；

图中：1、温控箱；2、棘轮旋柄；3、微分旋钮；4、微分筒；5、螺母套筒刻度；6、螺母套筒；7、固定套管；8、锁紧装置；9、螺纹接口；10、激光圈；11、伸缩压杆；12、集料板；13、滑动柱；14、滑块刻度；15、锁位螺栓；16、支撑弹簧；17、空心底柱；18、底座；19、滑柱固定件；20、箱门；21、中心杆；22、微分筒刻度；23、连接杆；24、功能杆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，如图1所示，包括温控箱1、棘轮旋柄2、微分旋钮3、固定套管7、伸缩压杆11、集料板12、滑动柱13、支撑弹簧16、空心底柱17和底座18；所述棘轮旋柄2与所述微分旋钮3相连，所述微分旋钮3的下方设有微分筒4，所述微分筒4通过螺母套筒6与所述固定套管7竖向固接，所述固定套管7固接于所述温控箱1的箱体顶部；所述固定套管7下方设有伸缩压杆11，所述伸缩压杆11位于所述温控箱1的箱体内，所述螺母套筒6与所述伸缩压杆11相互连接组成可垂直移动的中心轴，固定套管7下方的伸缩压杆11通过棘轮旋柄2和微分旋钮3控制中心轴在固定套管7内竖向伸缩。所述集料板12、滑动柱13和支撑弹簧16由上到下依次连接，所述滑动柱13和支撑弹簧16设置于所述空心底柱17的内部，所述滑动柱13的顶端由空心底柱17的顶部探出，所述支撑弹簧16与空心底柱17的底部固定连接，支撑滑动柱13沿空心底柱17的内壁竖向滑动；所述空心底柱17的底面与底座18相连，所述底座18固接于所述温控箱1的箱体内的底部。

如图1、图2所示，所述棘轮旋柄2和所述微分旋钮3由中心杆21贯穿连接，通过旋转棘轮旋柄2和微分旋钮3促使螺母套筒6和微分筒4发生转动，进而使得伸缩压杆11在固定套管7内上下运动；所述螺母套筒6上设有螺母套筒刻度5，用于精确记录伸缩压杆11的移动距离；所述微分筒4的圆盘上设有微分筒刻度22，用于均分螺母套筒的刻度，使其测量尺寸达到微米级。

如图1、图3所示，所述固定套管7固接在所述温控箱1的箱体顶部圆心处，所述固定套管7的管壁上设有锁紧装置8，所述锁紧装置8通过插入固定套管7的管体内的螺栓限制中心轴的移动，从而限制伸缩压杆11的运动，使其可以处于垂直悬停状态，在制备沥青薄膜的过程中起到固定伸缩压杆11的作用。

如图1、图3所示，所述伸缩压杆11由连接杆23和功能杆24组成；所述连接杆23的一端与固定套管7固接，其另一端设有螺纹接口9，与所述功能杆24的一端螺纹拼接(两者一端为内螺纹接口，一端为外螺纹柱，相互拼接螺纹固定)；可根据所需沥青薄膜厚度和面积更换不同大小和材质的功能杆24，通过螺纹接口9与连接杆23进行拼接固定。所述功能杆24的中段套接有激光圈10，利用激光圈10发出的激光引导辅助沥青材料的摆放位置，同时校正伸缩压杆11与集料板12的接触面积，避免出现由于受力不均导致的薄膜厚度不一致的现象。

如图1、图4所示，所述集料板12的底面中心处设有滑柱固定件19，所述滑柱固定件19的底端与滑动柱13的顶端通过螺纹拼接固定(两者一端为内螺纹接口，一端为外螺纹柱，相互拼接螺纹固定)，集料板12可根据试验所需沥青薄膜厚度和面积来选择不同大小和材质进行更换。

如图1、图4所示，所述滑动柱13的侧壁上设有滑块刻度14，所述滑动柱13的侧壁与所述空心底柱17的内壁接触，滑动柱13可在压力作用下沿空心底柱17的内壁上下滑动；所述滑块刻度14记录滑动柱13受力挤压时的移动距离。所述空心底柱17的外壁上设有锁位螺栓15，所述锁位螺栓15贯穿空心底柱17的外壁和内壁紧抵滑动柱13的侧壁，限制所述滑动柱13的滑动，起到固定作用。

一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置的运行工艺，具体步骤如下：

(1)根据实验所需制备沥青薄膜的厚度和面积，选择合适的功能杆24和集料板12，完成制备装置的安装；所述功能杆24一般采用不与沥青薄膜产生黏附作用的硅胶材料，所述集料板12可根据实验者需求选用恰当材质进行。

(2)松开锁紧装置8和锁位螺栓15，通过滑块刻度14记录滑动柱13静置时的高度，以滑动柱13底部位置为记录点X₀，旋转微分旋钮3使得伸缩压杆11竖直下移，在伸缩压杆11与集料板12接触后继续旋转微分旋钮3，在压力的作用下滑动柱13开始向下位移，支撑弹簧16被逐渐压缩，滑动柱13位移一定距离后，转动锁位螺栓15固定滑动柱13的位置，然后转动棘轮旋柄2直到棘轮发出声音为止，使得伸缩压杆11与集料板12可以紧密接触，又不会使得接触面受损；记录此时滑块刻度14的读数X₁，则滑动柱13的位移距离为X₁－X₀，记录此时螺母套筒刻度5与微分筒刻度22的读数Y₀，此时可认为伸缩压杆11与集料板12的间隙为0。

(3)旋转微分旋钮3使得伸缩压杆11竖直上升约6mm左右，通过激光圈10内侧开关开启激光，将薄沥青片放入集料板12表面的光圈内，沥青片的面积要略小于光圈面积，然后关闭箱门20，启动温控箱1，将温控箱1内的温度升高到160～180℃，使沥青薄片充分加热融化成粘稠状液体。

(4)若要制备的沥青薄膜厚度为Y₁，则需要旋转微分旋钮3使伸缩压杆11位置下降到螺母套筒刻度5与微分筒刻度22的读数为Y₀+Y₁处，然后转动锁紧装置8固定伸缩压杆11位置。

(5)关闭温控箱1，待温度恢复到室温后，打开箱门20，松开锁紧装置8和锁位螺栓15取出沥青薄膜，即得到所需厚度的沥青薄膜试样。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，包括温控箱、棘轮旋柄、微分旋钮、固定套管、伸缩压杆、集料板、滑动柱、支撑弹簧、空心底柱和底座；所述棘轮旋柄与所述微分旋钮相连，所述微分旋钮的下方设有微分筒，所述微分筒通过螺母套筒与所述固定套管竖向固接，所述固定套管固接于所述温控箱的箱体顶部；所述固定套管下方设有伸缩压杆，所述伸缩压杆位于所述温控箱的箱体内，所述螺母套筒与所述伸缩压杆相互连接组成可竖向移动的中心轴，固定套管下方的伸缩压杆通过棘轮旋柄和微分旋钮控制中心轴在固定套管内竖向伸缩；所述集料板、滑动柱和支撑弹簧由上到下依次连接，所述滑动柱和支撑弹簧设置于所述空心底柱的内部，所述滑动柱的顶端由空心底柱的顶部探出，所述支撑弹簧与空心底柱的底部固定连接，支撑滑动柱沿空心底柱的内壁竖向滑动；所述空心底柱的底面与底座相连，所述底座固接于所述温控箱的箱体内的底部。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述棘轮旋柄和所述微分旋钮由中心杆贯穿连接，通过旋转棘轮旋柄和微分旋钮促使螺母套筒和微分筒发生转动，进而使得伸缩压杆在固定套管内上下运动；所述螺母套筒上设有螺母套筒刻度，用于精确记录伸缩压杆的移动距离；所述微分筒的圆盘上设有微分筒刻度，用于均分螺母套筒刻度，使其测量尺寸达到微米级。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述固定套管固接在所述温控箱的箱体顶部圆心处，所述固定套管的管壁上设有锁紧装置，所述锁紧装置通过插入固定套管的管体内的螺栓限制中心轴的移动，从而限制伸缩压杆的运动，起到固定作用。

4.根据权利要求1所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述伸缩压杆由连接杆和功能杆组成；所述连接杆的一端与固定套管固接，其另一端设有螺纹接口，与所述功能杆的一端螺纹拼接；所述功能杆的中段套接有激光圈，利用激光圈发出的激光引导辅助沥青材料的摆放位置，同时校正伸缩压杆与集料板的接触面积。

5.根据权利要求4所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，可根据所需沥青薄膜厚度和面积更换不同大小和材质的功能杆，通过螺纹接口与连接杆进行拼接固定。

6.根据权利要求1所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述集料板的底面中心处设有滑柱固定件，所述滑柱固定件的底端与滑动柱的顶端通过螺纹拼接固定。

7.根据权利要求6所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述集料板可根据试验所需沥青薄膜厚度和面积来选择不同大小和材质进行更换。

8.根据权利要求1所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述滑动柱的侧壁上设有滑块刻度，所述滑动柱的侧壁与所述空心底柱的内壁接触，滑动柱可在压力作用下沿空心底柱的内壁上下滑动；所述滑块刻度记录滑动柱受力挤压时的移动距离。

9.根据权利要求8所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置，其特征在于，所述空心底柱的外壁上设有锁位螺栓，所述锁位螺栓贯穿空心底柱的外壁和内壁紧抵滑动柱的侧壁，限制所述滑动柱的滑动，起到固定作用。

10.权利要求1-9任一项所述的一种用于制备可控厚度的沥青薄膜的装置的运行工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)根据实验所需制备沥青薄膜的厚度和面积，选择合适的功能杆和集料板，完成制备装置的安装；所述功能杆一般采用不与沥青薄膜产生黏附作用的硅胶材料，所述集料板可根据实验者需求选用恰当材质进行；

步骤2)松开锁紧装置和锁位螺栓，通过滑块刻度记录滑动柱静置时的高度，以滑动柱底部位置为记录点X₀，旋转微分旋钮使得伸缩压杆竖直下移，在伸缩压杆与集料板接触后继续旋转微分旋钮，在压力的作用下滑动柱开始向下位移，支撑弹簧被逐渐压缩，滑动柱位移一定距离后，转动锁位螺栓固定滑动柱的位置，然后转动棘轮旋柄直到棘轮发出声音为止，使得伸缩压杆与集料板可以紧密接触，又不会使得接触面受损；记录此时滑块刻度读数X₁，则滑动柱的位移距离为X₁－X₀，记录此时螺母套筒刻度与微分筒刻度的读数Y₀，此时可认为伸缩压杆与集料板的间隙为0；

步骤3)旋转微分旋钮使得伸缩压杆竖直上升6mm，打开激光圈，将薄沥青片放入集料板表面的光圈内，沥青片的面积要略小于光圈面积，然后关闭温控箱的箱门，启动温控箱，将温控箱内的温度升高到160～180℃，使沥青薄片充分加热融化成粘稠状液体；

步骤4)若要制备的沥青薄膜厚度为Y₁，则需要旋转微分旋钮使伸缩压杆位置下降到螺母套筒刻度与微分筒刻度的读数为Y₀+Y₁处，然后转动锁紧装置固定伸缩压杆位置；

步骤5)关闭温控箱，待温度恢复到室温后，打开温控箱的箱门，松开锁紧装置和锁位螺栓取出沥青薄膜，即得到所需厚度的沥青薄膜试样。

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