CN204405575U - 一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，包括双层保温桶，双层保温桶自带有热电阻传感器，热电阻传感器以卡槽的形式布设在固定位置或者放置在可旋转支架伸出端的卡托中；热电阻导线埋设在保温桶内外壁真空腔里，与热电阻传感器连通，连接到外层保温桶外壁数据输出接口；热电阻导线插入孔口，另一端连接至XSL系列巡检仪，XSL系列巡检仪连接电子计算机实时记录试验数据；外层保温桶底部中心设置塑料泡沫支座；内层保温桶底部中心设置PVC支座，外壁包裹一层保温棉，桶盖由内外两个桶盖组成，保温性能良好。本实用新型的测试装置结构简单、安装方便，试验操作简便、测试结果准确可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于公路工程领域，具体涉及一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置。
背景技术
比热容是沥青混合料和相关改性剂的主要热性质参数之一，也是调温效果分析必需的材料参数之一，但相关研究较少。目前，比热容的测量还没有国际标准，对于较小量的固体，最常用的方法是通过DSC试验计算比热容，通常适用于粒径小于6mm、质量不超过20mg的固体。稍大一点的固体，约5-10g，参比温度法更接近实际情况，可以得到更精确的数值。然而，对于沥青混合料这种固态混合物，DSC试验和参比温度法虽说可以得出其组成部分各自的比热容，但对于整体而言，显然不能得出。混合料的比热容又与其级配、孔隙率、空隙率、干密度等有关，故不能用各组分比热容进行加权平均。因而只能用一般的试验规程中对标准固体比热容试验所采用的固液混合的方法进行测试。
沥青混合料比热容测定主要使用马歇尔试件。在实际试验中，待水与热容器的整体温度稳定后，将马歇尔试件投入高温的水中，热交换完成后两者会达到相同的温度。水温和马歇尔试件初始温度是已知的，修正始末温度后通过热量守恒，计算出固体的比热容。然而此方法存在许多缺点：(1)试验建立在默认材料比热容是一个常数的基础上，且只适用于固体试件温度变化比较小的情况，无法得出在某一温度下准确的比热容。(2)试验方法较为粗糙，数据精度不足，结果稳定性、再现性较差，计算得出的数值较为离散，可靠度不足。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了现有技术的诸多缺点，在标准的固液混合测定比热容试验的基础上进行改进，提供了一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，该测试装置具有较好的保温性能，热量损失也可以通过实测的数值表征，且结构简单、安装方便，试验操作简便、测试结果准确可靠。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，包括双层保温桶，双层保温桶包括外层保温桶和设置在外层保温桶内的内层保温桶；其中，外层保温桶为一端开口的圆柱桶，外层保温桶的开口端设置有外层保温桶盖，外层保温桶盖与外层保温桶的开口端通过周向设置的若干外层保温桶盖扣环扣合，外层保温桶的侧壁上设置有数据输出接口；
内层保温桶为一端开口的圆柱桶，内层保温桶的开口端由内至外依次设置有内层保温桶内桶盖和内层保温桶外桶盖，测试时，沥青混合料马歇尔试件设置在内层保温桶内；
外层保温桶的内腔及其内壁上，内层保温桶内腔顶部、底部及其内壁外壁上均设置有热电阻传感器，所有热电阻传感器均通过热电阻导线穿过数据输出接口后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连。
本实用新型进一步的改进在于：外层保温桶还包括塑料泡沫支座，内层保温桶放置在该塑料泡沫支座上。
本实用新型进一步的改进在于：内层保温桶还包括包裹在其外部的保温棉。
本实用新型进一步的改进在于：内层保温桶还包括设置在内层保温桶内的PVC支座，测试时，沥青混合料马歇尔试件放置在该PVC支座上。
本实用新型进一步的改进在于：该测试装置设置有两组双层保温桶：一组为热交换桶，作为试验组；一组为对比桶，作为对比组，是针对内层保温桶内水温的测量。
本实用新型进一步的改进在于：试验组中，外层保温桶内腔及其内壁上，内层保温桶内腔顶部底部及其内壁外壁上，以及沥青混合料马歇尔试件内均设置有热电阻传感器，该七个热电阻传感器均通过热电阻导线穿过数据输出接口后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连；
对比组中，外层保温桶内腔及其内壁上，内层保温桶内腔顶部底部及其内壁外壁上，以及水中均设置有热电阻传感器，该七个热电阻传感器通过热电阻导线穿过数据输出接口后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连；
此外，空气中还设置有一个与XSL系列巡检仪相连的热电阻传感器，用以测量环境温度。
本实用新型进一步的改进在于：外层保温桶和内层保温桶内壁上均设置有可旋转支架及其卡托，外层保温桶内壁和内层保温桶内外壁上均开设有卡槽；其中，外层保温桶和内层保温桶内腔的热电阻传感器设置在可旋转支架伸出端的卡托中，外层保温桶内壁上的和内层保温桶内外壁上的热电阻传感器均设置在卡槽内。
与现有技术相比，本实用新型具有以下的优点：
1)本实用新型在标准的固液混合测定比热容试验装置的基础上进行改进，增加了一个外层保温桶，能更好地控制热交换过程的热量传递及传导情况，保温性能增强。
2)本实用新型双层保温桶布设的传感器可监测得出：本实用新型双层保温桶具有良好的保温性能；外层保温桶以内(包括外层保温桶内壁)的系统保温状况良好，内部总热量保持恒定；水温损失全部被系统内部吸收，且热交换过程不受环境温度变化影响；在热交换过程中保持热量守恒，两组保温桶的保温性能基本一致。
3)对于整个保温系统来说，热交换过程中的水温损失是可控的，水温降低过程中释放的热量包括两部分，一部分用来热交换，另一部分则全部被系统吸收。
4)根据其良好的、一致的保温性能，设置了热交换桶和对比桶，可以认为对比桶的水温下降释放的热量全部供给了系统，并通过对比桶的设计修正系统吸热带来的热量损失。
5)本实用新型双层保温桶自带热电阻，省去了原试验需自己动手布设传感器的麻烦，且热电阻均以卡槽的形式布设在桶和保温棉中，可随时打开卡槽更换，方便快捷；内层保温桶中部可旋转支架下部用导线悬挂卡托中的热电阻也可拆卸，且可旋转支架使用便捷。
6)本实用新型内层保温桶桶盖由内桶盖和外桶盖组成，保温性能良好；两盖之间并未加密封圈，若加了密封圈，保温桶装热水并拧紧桶盖若干小时后，桶内温度有所减少，气压也相应减少，这样，外面的大气压力会使桶盖无法打开。
7)本实用新型双层保温桶热电阻通过导线连接至XSL系列巡检仪，再将数据传输至电子计算机，可在计算机显示屏上直观地显示出整个系统在试验过程中的实时温度变化情况，数据可全程记录储存；试验完成刚后导线可随时拔取，便于存放。
8)本实用新型结构简单、安装方便、价格低廉，试验操作简便、测试结果精确可靠。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为外层保温桶的结构示意图；
图3为外层保温桶外壁的数据输出接口示意图；
图4为内层保温桶的结构示意图。
图中标号代表：1—外层保温桶，11—外层保温桶盖，12—外层保温桶盖扣环，13—塑料泡沫支座，14—数据输出接口，15—可旋转支架；
2—内层保温桶，21—内层保温桶外桶盖，22—内层保温桶内桶盖，23—内层保温桶手柄，24—保温棉，25—PVC支座；
3—沥青混合料马歇尔试件，4—热电阻导线，5—卡槽，6—卡托。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
沥青混合料马歇尔试件比热容测试试验采用热水和低温试件热交换的方式测定材料比热容。用对比桶测试结果准确得出系统内部吸收的一部分热量，用热交换桶测试结果得出的是水温降低释放的总热量，由二者得出与试件之间交换的有效热量，以此得出比热容参数，同时提高测试精度。另外，控制整个热交换过程的持续时间，保证其在局部系统尚有保温能力时进行。
遵从上述技术方案，如图1至图4所示，本实用新型一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，包括双层保温桶，双层保温桶包括外层保温桶1和设置在外层保温桶1内的内层保温桶2，外层保温桶1为局部系统的保温性能提供进一步的支持，阻止内层保温桶2与外部环境直接发生热交换，使系统内部的热量不至耗散出系统外部，或使热量损失减小到较少，可以忽略不计，以此来满足试验所要求的绝热环境或在一定时间内的热量散失能够得到控制；其中，外层保温桶1为一端开口的圆柱桶，外层保温桶1的开口端设置有外层保温桶盖11，外层保温桶盖11与外层保温桶1的开口端通过周向设置的若干外层保温桶盖扣环12扣合，外层保温桶1的侧壁上设置有数据输出接口14，外层保温桶1内设置有塑料泡沫支座13，塑料泡沫支座13的高度根据内层保温桶2的高度及外层保温桶1内高，使内层保温桶2置于外层保温桶1的中心来确定，表面积小于内层保温桶2的底面积；塑料泡沫的导热系数较低，认为内层保温桶2从侧面桶壁向空腔均匀辐射热量。
内层保温桶2为一端开口的圆柱桶，内层保温桶2作为热交换和盛装热水的容器，内层保温桶2的开口端由内至外依次设置有内层保温桶内桶盖22和内层保温桶外桶盖21，内层保温桶2的外部包裹有2cm厚的保温棉24，内层保温桶2内设置有PVC支座25上，测试时，内层保温桶2放置在该塑料泡沫支座13上，沥青混合料马歇尔试件3放置在该PVC支座25上，PVC支座25的高度根据使沥青混合料马歇尔试件3居于内层保温桶2中心来确定；PVC导热系数也较低，其热交换可忽略不计；通过巡检仪与计算机实时记录并保存热交换过程中水温与试件温度的变化情况，由此通过热量守恒计算出每一时刻温度下马歇尔试件的比热容参数。
外层保温桶1的内腔及其内壁上，内层保温桶2内腔顶部、底部及其内壁外壁上均设置有热电阻传感器，所有热电阻传感器均通过热电阻导线4穿过数据输出接口14后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连。
进一步地，内层保温桶2的尺寸确定主要以能够放置沥青混合料马歇尔试件3为准；外层保温桶1尺寸确定主要以能够放置2～3个内层保温桶2为准，提供做平行试验的可能。其中，沥青混合料马歇尔试件3的高度为63.5±1.3mm，成型后在沥青混合料马歇尔试件3中心钻孔以布置热电阻传感器，钻孔深度以保证热电阻传感器置于沥青混合料马歇尔试件3中心来确定。
进一步地，测试时，双层保温桶设置有两组：一组为热交换桶，作为试验组；一组为对比桶，作为对比组，是针对内层保温桶2内水温的测量。
其中，试验组中，外层保温桶1内腔及其内壁上，内层保温桶2内腔顶部底部及其内壁外壁上，以及沥青混合料马歇尔试件3内均设置有热电阻传感器，该七个热电阻传感器均通过热电阻导线4穿过数据输出接口14后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连，其中，沥青混合料马歇尔试件3内的热电阻传感器为柱状外壳，尾端缠着医用胶布，胶布卡在孔口可防止移动试件过程中热电阻传感器脱落，也可以封住小孔，避免水分进入小孔内影响热电阻传感器测温。
对比组中，外层保温桶1内腔及其内壁上，内层保温桶2内腔顶部底部及其内壁外壁上，以及水中均设置有热电阻传感器，该七个热电阻传感器通过热电阻导线4穿过数据输出接口14后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连。内层保温桶2中热水质量主要以装满内层保温桶2为宜，尽量减少内层保温桶2内的水面和桶盖之间空腔，使内层保温桶2内部形成稳定、均匀的热交换环境。
此外，空气中还设置有一个与XSL系列巡检仪相连的热电阻传感器，用以测量环境温度。
具体来说，双层保温桶热电阻传感器布设如图1中方块数字标记所示，具体叙述如下：①号热电阻传感器测量外层保温桶的内壁温度，②号热电阻传感器测量外层保温桶的空腔温度，③号热电阻传感器测量内层保温桶保温棉表面的温度，④号热电阻传感器测量内层保温桶的外壁温度，⑤号热电阻传感器、⑥号热电阻传感器分别测量内层保温桶内上下部温度，⑦号热电阻传感器测量热交换桶沥青马歇尔试件中心温度和对比桶中心热水温度，⑧号热电阻传感器测量环境温度。
上述外层保温桶1和内层保温桶2内壁上均设置有可旋转支架15及其卡托6，外层保温桶1内壁和内层保温桶2内外壁上均开设有卡槽5；其中，外层保温桶1和内层保温桶2内腔的热电阻传感器均设置在可旋转支架15伸出端的卡托6中，外层保温桶1内壁上的和内层保温桶2内外壁上的热电阻传感器均设置在卡槽5内。
使用时需提前开启；热电阻传感器使用之前需取出进行校核，使其满足精度要求；待测沥青混合料马歇尔试件3需提前放入冰柜中进行降温；根据沥青混合料实际使用温度区间，可知所测沥青混合料比热容参数温度区间为-20℃～40℃，故试件需降温至-20℃，且热电阻传感器也需提前取出插入并用塑料袋包装并封口才可放入冰箱，避免沥青混合料马歇尔试件3和水直接接触；所需纯水需提前加热至50℃。内层保温桶外桶盖21与内桶盖22之间可铺设一块方巾，用以加强密封性，同时不会导致开启不方便。
利用本实用新型进行测试沥青混合料马歇尔试件比热容参数的试验过程如下：
1、考虑热水在倾倒过程中的热量损失及系统的热环境需要稳定过程，试验首先依次将1200g和900g热水倒入对比桶和热交换桶两个内层保温桶中，要尽可能迅速；由于沥青混合料马歇尔试件体积较大，混合料试件热交换时的热水质量减为900g；
2、将试验所用的试件从冰柜中取出，迅速放入热交换桶的内层保温桶，依次封好大、内层保温桶盖子；
3、当试件温度和水温趋于一致时，热交换试验结束，提取温度实时记录数据并进行分析；
4、利用如下的公式，算出被测沥青混合料马歇尔试件每一温度对应下的比热容参数；
设：被测沥青混合料马歇尔试件的比热容为CX；
已知：CW为水的比热容，单位为J/(kg·℃)；mw为热交换桶中添加水的质量，单位为kg；mx为沥青混合料马歇尔试件质量；ΔTX为试件温度变化；
测得：ΔTE为试验过程中与相变调温剂试件发生热交换的那一部分水温变化，称为有效换热温度差，单位为℃；
则有关系式：CW·mw·ΔTE＝CX·mx·ΔTX；
于是被测试件的比热容CX＝(CW·mw·ΔTE)/(mx·ΔTX)；
其中：ΔTE由某一时段热交换桶中的温差减去同一时段内对比桶的温差所得，而热交换桶中水温为每一温度区间两端点试件上下部水温求得的平均值；ΔTX可自定义区间，例如1℃。
Claims (7)
1.一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特征在于：包括双层保温桶，双层保温桶包括外层保温桶(1)和设置在外层保温桶(1)内的内层保温桶(2)；其中，外层保温桶(1)为一端开口的圆柱桶，外层保温桶(1)的开口端设置有外层保温桶盖(11)，外层保温桶盖(11)与外层保温桶(1)的开口端通过周向设置的若干外层保温桶盖扣环(12)扣合，外层保温桶(1)的侧壁上设置有数据输出接口(14)；
内层保温桶(2)为一端开口的圆柱桶，内层保温桶(2)的开口端由内至外依次设置有内层保温桶内桶盖(22)和内层保温桶外桶盖(21)，测试时，沥青混合料马歇尔试件(3)设置在内层保温桶(2)内；
外层保温桶(1)的内腔及其内壁上，内层保温桶(2)内腔顶部、底部及其内壁外壁上均设置有热电阻传感器，所有热电阻传感器均通过热电阻导线(4)穿过数据输出接口(14)后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特征在于：外层保温桶(1)还包括塑料泡沫支座(13)，内层保温桶(2)放置在该塑料泡沫支座(13)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特征在于：内层保温桶(2)还包括包裹在其外部的保温棉(24)。
4.根据权利要求1所述的一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特征在于：内层保温桶(2)还包括设置在内层保温桶(2)内的PVC支座(25)，测试时，沥青混合料马歇尔试件(3)放置在该PVC支座(25)上。
5.根据权利要求1所述的一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特征在于：该测试装置设置有两组双层保温桶：一组为热交换桶，作为试验组；一组为对比桶，作为对比组，是针对内层保温桶(2)内水温的测量。
6.根据权利要求5所述的一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特 征在于：试验组中，外层保温桶(1)的内腔和内壁上各设置有一个热电阻传感器，内层保温桶(2)内腔的顶部和底部各设置有一个热电阻传感器，内层保温桶(2)的内壁和外壁上各设置有一个热电阻传感器，以及沥青混合料马歇尔试件(3)内设置有一个热电阻传感器，共计七个热电阻传感器，该七个热电阻传感器均通过热电阻导线(4)穿过数据输出接口(14)后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连；
对比组中，外层保温桶(1)的内腔和内壁上各设置有一个热电阻传感器，内层保温桶(2)内腔的顶部和底部各设置有一个热电阻传感器，内层保温桶(2)的内壁和外壁上各设置有一个热电阻传感器，以及水中设置有一个热电阻传感器，共计七个热电阻传感器，该七个热电阻传感器通过热电阻导线(4)穿过数据输出接口(14)后依次与XSL系列巡检仪及电子计算机相连；
此外，空气中还设置有一个与XSL系列巡检仪相连的热电阻传感器，用以测量环境温度。
7.根据权利要求6所述的一种用于沥青混合料马歇尔试件比热容参数的测试装置，其特征在于：外层保温桶(1)和内层保温桶(2)内壁上均设置有可旋转支架(15)及其卡托(6)，外层保温桶(1)内壁和内层保温桶(2)内外壁上均开设有卡槽(5)；其中，外层保温桶(1)和内层保温桶(2)内腔的热电阻传感器设置在可旋转支架(15)伸出端的卡托(6)中，外层保温桶(1)内壁上的和内层保温桶(2)内外壁上的热电阻传感器均设置在卡槽(5)内。
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|---|---|---|---|---|
| CN111289558A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-16 | 苏交科集团股份有限公司 | 一种微波加热沥青路面效率测试装置及方法 |
| CN114487008A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-13 | 深圳大学 | 一种测量相变混凝土构件复合热学参数的系统及方法 |
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