CN208780587U - 一种沥青材料粘度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沥青材料粘度的测量装置，尤其是适用于检测粘度较高的沥青材料，其测试原理是采用金属球，让其通过待测沥青样品的一段距离，通过采集金属球在这段距离内通过的时间来反映待测沥青材料的粘度。本实用新型采用光电计时装置，通过调整一对光电门之间的距离，将金属球在沥青中从匀速运动开始运动的一段距离等价转化为一对光电门之间的距离，大大减少了由于原来试验方法中手控计时引起的误差，同时外接的控温系统和搅拌装置能够满足待测沥青的均匀的保温温度，使得本实用新型所述的一种测量沥青材料粘度的试验仪器装置能准确的表征沥青材料在不同温度下的粘度。

Description

一种沥青材料粘度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种沥青材料粘度测量装置，属于沥青材料的性能检测技术领域。

背景技术

沥青产品品种繁多，既有天然形成的，也有由煤/原油炼制过程形成的残渣组成，还有在沥青中掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂）或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得到改善而制成的改性沥青结合料。无论是未经改性的沥青，还是改性沥青结合料，在一定温度和车辆荷载作用下均表现为典型的弹-粘-塑性，而且在高温与紫外线照射下都会发生老化。因此沥青的粘度随温度变化的粘温特性和老化特性是反映沥青性能的重要指标，直接影响其铺到路面上的使用性能。

然而受到原材料多样化、生产技术多元化、供应商降成本等因素的影响，沥青产品质量不合格、不稳定或质量合格但使用性能较差导致的沥青路面早期病害等问题屡有发生，现有沥青试验检测方法和产品规范越来越难以适应当前沥青产品质量控制的需要。

近年来，随着国家对资源节约和环境保护的大力提倡，公路工程行业中也越来越青睐绿色、低碳的筑路方式，一大批新型绿色的公路技术应用而生，如橡胶沥青路面技术、泡沫温拌沥青以及泡沫橡胶温拌沥青技术和采用高粘改性沥青的排水路面技术等，这些新型技术的应用对材料也有着较高的要求，其中有一个共同的特点就是沥青的粘度都普遍较高。

粘度是反映道路沥青材料路用性能的一项非常重要的指标，从宏观上讲粘度是沥青抵抗流体流动的能力，从微观上讲则是沥青内部分子结构之间的引力形成的内摩擦力。通过测量粘度，绘制粘温曲线可确定适用于沥青混合料的拌和温度及压实温度，从而为沥青面层施工以及质量保障提供数据参考。

目前测试粘度的方法很多，有旋转法毛细管法、振荡容器法、旋转法、振荡片法、粘度杯法等。目前主流的检测手段是以毛细管法和旋转法为主，但是对于粘度较大的沥青材料来说测量的准确度就差一点。

落球法粘度测量最早是被应用在测量颜色较浅或者透明的粘性流体，它是采用一定密度和大小的金属球，让其通过待测沥青样品的一段距离，通过采集金属落球在这段距离内通过的时间，然后根据小球与玻璃筒的直径、小球与液体密度等参数利用斯托克斯公式计算待测沥青材料的粘度。但是应用此方法的前提是必须保证在沿试样筒方向上无限延伸，才能满足斯托克斯公式在横向和纵向上无限宽广的要求。此外，这个方法对于一定距离的判断的起始点依赖人工操作，具有很大的主观性。

基于上述不足，本实用新型所述的一种用于测量沥青的粘度测试仪器装置，将克服人工判断起始点的缺陷，准确的判断金属球恒定速度的段落，提高试验结果的可靠性。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种应用落球法测量沥青材料粘度的测量装置，该测量装置对金属球恒定速度段落判断准确，试验结果的可靠性高。

为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种沥青材料粘度测量装置，包括支撑固定装置、位移和时间测定装置和待测沥青材料保温控温装置，所述位移和时间测定装置位于支撑固定装置上，待测沥青材料保温控温装置位于支撑固定装置一侧，所述位移和时间测定装置包括滑轨、两定滑轮和两光电门，滑轨固定在支撑固定装置上，两定滑轮位于滑轨两端，两光电门滑动连接在滑轨上，光电门上设有计时器，所述待测沥青材料保温控温装置包括控温箱和位于控温箱内的盛样筒，设有沥青位于盛样筒内，两定滑轮上设有细丝线，细丝线在两定滑轮之间部分固定有黑色挡纸，细丝线一端设有砝码，一端设有金属球，所述金属球质量大于砝码质量，金属球可在重力作用下落入盛样筒内，黑色挡纸可在细丝线带动下依次经过两光电门。

对上述技术方案的进一步设计为：所述待测沥青材料保温控温装置还包括温度控制器，所述控温箱内设有加热溶液和搅拌装置，温度控制器可对温箱内加热溶液进行加热，搅拌装置可对加热溶液进行搅拌。

所述盛样筒内设有温度检测仪，用于检测待测沥青材料的温度。

所述盛样筒上部开口处设有可开合的盖子，当盖子打开时，金属球可通过盛样筒的开口，当盖子闭合时，盛样筒的开口处设有供细丝线通过的小孔。

所述位移和时间测定装置还包括滑块和滑扣，所述滑块与滑轨滑动连接，光电门固定在滑块上，所述滑扣设置于滑块与滑轨连接处，并可将滑块固定在滑轨上。

所述位移和时间测定装置还包括刻度尺，所述刻度尺固定在支撑固定装置上，并与滑轨平行设置。

所述位移和时间测定装置还包括立柱和锁扣，所述立柱底部固定在滑块上，顶部通过锁扣与光电门固定连接。

所述滑轨两端设有定滑轮辅助装置，所述定滑轮位于定滑轮辅助装置上。

所述支撑固定装置包括操作台和立柱，所述立柱固定在操作台底部，所述滑轨和刻度尺均固定在操作台上。

所述立柱底部设有调节螺旋钮，所述调节螺旋钮与立柱螺纹连接，并可通过调节螺旋钮调节立柱长度，所述操作台上设有水平气泡仪。

本技术方案的测量装置使用时先预估一个初始距离L0，即两个光电门之间的距离，让宽度为b的黑色挡纸在金属球带动下，依次通过两光电门，由于挡光行为，当黑色挡纸通过第一个光电门的时候，根据计时器可知时间间隔，通过挡光纸的宽度，即可获得金属球在待测沥青材料的瞬时速度V1，同理当黑色挡纸通过第二个光电门的时候，根据时间间隔和宽度计算通过初始距离L0后的瞬时速度V2，比较V1和V2的大小，如果相等则以初始预估距离L0作为金属球在沥青中匀速运动的一段距离，如果不相等，则调整两个光电门的距离，直到满足通过两个光电门的瞬时速度相等，相等的速度记为V，金属球在沥青中匀速运动的记为L，最后根据斯托克斯公式可计算得到待测沥青材料的粘度。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果为：

本实用新型的测量装置采用光电计时器，通过调整一对光电门之间的距离，将金属球在沥青中从匀速运动开始运动的一段距离等价转化为一对光电门之间的距离，大大减少了由于现有试验方法中手控计时引起的误差，提高了实验的准确度。

沥青属于一种黑色物质，金属球在待测沥青匀速稳定下落的时间点不好控制，本实用新型利用光电门测速取代了现有装置中人工判断匀速下落的时间点，从根本上解决了这个问题，使粘度的检测符合斯托克斯公式的要求。

本实用新型的测量装置中设有温度控制器和搅拌装置，通过温度控制器对控温箱内的加热溶液进行加热、保温，通过搅拌装置使加热溶液的温度均匀分布，能够满足对待测沥青材料的均匀保温，使得本实用新型所述的一种测量沥青材料粘度的试验仪器装置更能准确的表征沥青材料在不同温度下的粘度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1所示，本实施例的沥青材料粘度测量装置，包括支撑固定装置1，位移和时间测定装置2以及待测沥青材料保温控温装置3，位移和时间测定装置2位于支撑固定装置1上，待测沥青材料保温控温装置3位于支撑固定装置1一侧。

支撑固定装置1放置于水平地面上，包括操作台6，操作台6由底部的四根立柱4支撑，其中四根立柱4的底部均通过螺纹连接有调节高度的调节螺旋纽5，用来调整立柱4的长度，进而调节操作台6的水平，操作台6上的四角分布有检测水平的水平气泡仪7。

位移和时间测定装置2包括滑轨8、滑块9、刻度尺10、滑扣11、立柱12、锁扣13和光电门14，滑轨8固定架设在操作台6上，两滑块9滑动连接在滑轨8上，并可通过设置于滑块上的滑扣11与滑轨8固定在一起，滑块9上固定有立柱12，立柱12上部通过锁扣13连接有光电门14，光电门14的高度可以通过锁扣13进行调节，使得两光电门14位于同一高度，光电门14上连接有计时器，刻度尺10固定在操作台上，并与滑轨8平行设置；使用时滑块9可以在滑轨8上带动光电门14自由滑动，通过滑扣11以及刻度尺10可以确定两光电门之间的距离。

滑轨8两端设有定滑轮辅助装置16，定滑轮辅助装置16上设有定滑轮17，两定滑轮17上设有细丝线18，调整两定滑轮17位于同一水平线，并使细丝线18位于光电门的中部，细丝线18在两定滑轮17之间部分固定有黑色挡纸15，黑色挡纸15为一种薄而宽的硬纸，其质量可忽略不计，细丝线18两端分别设有砝码19和金属球20，砝码19和金属球20自然下垂，金属球20的质量大于砝码19的质量，这样金属球20可在重力作用下下落，带动黑色挡纸15依次穿过；两光电门14，黑色挡纸15穿过光电门14的时间可通过计时器测得，则黑色挡纸15穿过光电门14的瞬时速度可根据时间和黑色挡纸15的宽度计算得到。

本实施例中金属球20可根据待测沥青材料的粘度选择合适的直径，对于粘度较大的待测液体推荐直径为1mm-3mm。

待测沥青材料保温控温装置3包括控温箱22和透明的盛样筒21，盛样筒21位于控温箱22内，盛样筒21内盛有待测沥青材料，控温箱22内盛有加热溶液，加热溶液包围住盛样筒21的外壁，控温箱22在盛样筒21两侧设有搅拌装置24，控温箱22具有恒温控制功能的温度控制器23连接，温度控制器23可为可调温度的电加热器，通过温度控制器23对控温箱22内的加热溶液加热，搅拌装置24对加热溶液进行搅拌，保证加热溶液温度均匀分布，从而可对盛样筒21进行均匀加热、保温。盛样筒21内还设有温度检测仪25，用于检测沥青材料的温度。

盛样筒21顶部设有供金属球20进入的开口，开口处设有可开合的盖子26，盖子26分为两部分，且滑动连接在的盛样筒21顶部，盖子26分为两部分可相向滑动，从而打开或关闭盖子，当打开盖子26时，金属球20可通过开口，方金属球进入盛样筒21后关闭盖子，开口变为仅供细丝线18通过的小孔。金属球进入待测沥青材料后，在重力和阻力作用下继续下落，下落一段距离后速度趋于稳定，对粘度较大的液体，可适当减少砝码19的重量，对粘度较小的液体，可适当增加砝码重量来控制金属球匀速下落的速度。

本实施例的测量装置首先根据经验预估一个初始距离L0，让宽度为b的轻薄质量可忽略不计的黑色挡纸15，依次通过两光电门14，获得金属球20在待测沥青材料内的瞬时速度V1和下落初始距离L0后的瞬时速度V2，比较V1和V2的大小，如果相等则以初始预估距离L0作为金属球在沥青中匀速运动的一段距离，如果不相等，则继续调整两个光电门14之间的距离，直到V1和V2相等，则相等的速度记为V，两个光电门14之间的距离记为L。

则质量为m₁、半径为r的金属球在密度为，粘度为的待测液体中的收尾速度为V。根据下落时的力学条件可知：金属球受到的重力为m₁g，浮力F = ，2 m_砝码gu_阻为两个定滑所受的阻力，以及参考斯托克斯公式可知：F_粘性力=；那么，根据力学平衡可知：

m₁g---T-2 m_砝码gu_阻 =0 （1）

T=m_砝码g （2）

（3）

式中T为砝码受到的重力，g为重力加速度。

通过联合上述两个公式（1）和（2），求方程组，即可求解得到待测液体的粘度。

对于不同的待测粘度，可以根据更换金属球20的质量和砝码19的质量进行测量。

上述实用新型的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (10)

1.一种沥青材料粘度测量装置，其特征在于：包括支撑固定装置、位移和时间测定装置和待测沥青材料保温控温装置，所述位移和时间测定装置位于支撑固定装置上，待测沥青材料保温控温装置位于支撑固定装置一侧，所述位移和时间测定装置包括滑轨、两定滑轮和两光电门，滑轨固定在支撑固定装置上，两定滑轮位于滑轨两端，两光电门滑动连接在滑轨上，光电门上设有计时器，所述待测沥青材料保温控温装置包括控温箱和位于控温箱内的盛样筒，设有沥青位于盛样筒内，两定滑轮上设有细丝线，细丝线在两定滑轮之间部分固定有黑色挡纸，细丝线一端设有砝码，一端设有金属球，所述金属球质量大于砝码质量，金属球可在重力作用下落入盛样筒内，黑色挡纸可在细丝线带动下依次经过两光电门。

2.根据权利要求1所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述待测沥青材料保温控温装置还包括温度控制器，所述控温箱内设有加热溶液和搅拌装置，温度控制器可对温箱内加热溶液进行加热，搅拌装置可对加热溶液进行搅拌。

3.根据权利要求2所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述盛样筒内设有温度检测仪，用于检测待测沥青材料的温度。

4.根据权利要求3所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述盛样筒上部开口处设有可开合的盖子，当盖子打开时，金属球可通过盛样筒的开口，当盖子闭合时，盛样筒的开口处设有供细丝线通过的小孔。

5.根据权利要求1所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述位移和时间测定装置还包括滑块和滑扣，所述滑块与滑轨滑动连接，光电门固定在滑块上，所述滑扣设置于滑块与滑轨连接处，并可将滑块固定在滑轨上。

6.根据权利要求5所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述位移和时间测定装置还包括刻度尺，所述刻度尺固定在支撑固定装置上，并与滑轨平行设置。

7.根据权利要求6所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述位移和时间测定装置还包括立柱和锁扣，所述立柱底部固定在滑块上，顶部通过锁扣与光电门固定连接。

8.根据权利要求7所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述滑轨两端设有定滑轮辅助装置，所述定滑轮位于定滑轮辅助装置上。

9.根据权利要求1所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述支撑固定装置包括操作台和立柱，所述立柱固定在操作台底部，所述滑轨和刻度尺均固定在操作台上。

10.根据权利要求9所述沥青材料粘度测量装置，其特征在于：所述立柱底部设有调节螺旋钮，所述调节螺旋钮与立柱螺纹连接，并可通过调节螺旋钮调节立柱长度，所述操作台上设有水平气泡仪。