专利名称：模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟汽车尾气对路面材料性能衰减影响的设备，且可同时检测出 路面材料对汽车尾气吸收、降解的效果。路面材料主要指浙青及浙青混凝土类材料。
背景技术：
汽车尾气是一种流动大气污染源，它排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢 化合物(HC)、氮氧化合物(N0X)，微粒物和硫化物等，这些污染物不仅破坏自然界的生态环 境，危害人类健康，而且会对浙青路面材料耐久性产生影响，使其浙青材料老化、材料路用 性能衰变。为解决汽车尾气污染环境的问题，世界各国都加快了对汽车尾气净化技术的研究 工作，并出台了各种强制性的尾气排放标准控制法规。目前，国内外解决尾气污染的措施主 要包括行政强制措施、尾气机内净化(新型燃料)措施、尾气机外净化(三元催化剂)措 施以及近几年出现的各种可降解尾气的新材料(建筑涂料)。上述这些传统的汽车尾气污染治理多集中于汽车设计和燃油开发上，几乎没有从 路面铺装材料方面寻找办法。国内外对于机动车排放污染物扩散规律的研究表明，汽车尾 气的空间分布规律为纵向集中于路面以上五米高度范围内，横向则重点集中在机动车怠 速停放的区域，如城市交叉口附近，故作为汽车载体的道路路面是与汽车尾气接触最多的 建筑构造物。因此，近年来具有吸收尾气功能的路面材料成为研究热点。但关于模拟汽车尾气对路面材料长期作用的试验设备尚未问世，国内外相关试验 设备仅能提供短时间内、封闭环境内材料对汽车尾气的降解吸收条件，如无法模拟长时间 作用下汽车尾气对路面材料性能衰减的影响；环境条件为封闭条件，与汽车尾气对路面作 用的环境为开放式相差较大；无法严格控制温度；无法真正模拟太阳光照条件；没有模拟 降雨对路面材料性能的影响装置等。综上所述，模拟汽车尾气对路面材料作用的设备，便成为研发降解吸收汽车尾气 的路面材料及研究其性能衰减变化的物质基础和必要条件。该试验设备必将推动对降解吸 收汽车尾气的路面材料的研发进程，有助于缓解机动车尾气污染环境的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，可借此评价 路面材料在汽车尾气长期作用下的性能衰变状况，同时也可评价路面材料对汽车尾气的降 解吸收效果。为达到上述目的，本发明提供一种模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，包 括一箱体，该箱体顺次包括第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面以及底面和可 开关的顶面；一汽车尾气进气管，其设置在该第二侧面上，并伸入到箱体内，该汽车尾气进气管的管路上设置有开关阀门；一排气管，其设置在该第四侧面上，并且该排气管的高度高于该汽车尾气进气管 的高度，该排气管的管路上也设置有开关阀门；一模具固定装置，设置在该箱体底部，以将路面材料模具固定于箱体底面；一温度控制装置，其设置于箱体内，以维持箱体内温度稳定在45 55°C ；一气体成分测量装置，包括有若干传感器，并在该箱体内壁上竖向线形设置，以测 量箱体内气体的含量；以及一数据处理装置，其与该气体成分测量装置电性连接，并接收该气体成分测量装 置传来的数据，以将该数据进行分析并显示。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，还包括一模拟淋雨装置，其 包括有二喷头，该二喷头分别设置于第二侧面和第四侧面上；一排水管，其设置于箱体的底上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述第一侧面、第三侧面及 顶面的材料为透光材料，所述第二侧面、第四侧面及底面的材料为不锈钢金属；其中，该第一侧面及第三侧面内壁设置有清洁装置。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述温度控制装置包括分别 设置于第二侧面、第四侧面内壁的U型导水管，且该二 U型导水管通过一导管连通为一体， 并具有一进水口和一出水口。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述温度控制装置还包括有 一温度传感器，其设置于所述箱体内，并通过该温度传感器控制进水口和出水口的启闭。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述路面材料模具包括有浙 青混凝土材料模具以及浙青材料模具，该浙青混凝土材料模具和浙青材料模具各能够容置 四个试件，且该浙青混凝土材料模具供容置的试件为直径10cm、高IOcm的圆柱体，该浙青 材料模具供容置的试件为直径10cm、高2cm的圆柱体；其中，该浙青混凝土材料模具能够通 过模具固定装置固定于箱体底面，而该浙青材料模具能够卡设固定在浙青混凝土材料模具 的上部。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述汽车尾气进气管的输出 口呈鸭嘴形状，且该输出口位于所述路面材料模具的正上方50mm处。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述气体成分测量装置包括 从下至上依次设置的CO传感器、HC传感器、NO传感器、仏传感器以及(X)2传感器，上述传感 器在该箱体内壁上竖向线形设置，并且，该箱体内还设置有一压力传感器，上述传感器座的 尺寸设计为通用型。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述数据处理装置为电脑， 其可以实时显示、监控该气体成分测量装置传输的数据，并可以对该数据进行保存及分析。上述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备中，所述箱体底面安装有滑动滚轴ο本发明采取以上技术方案后，其具有以下有益效果1、本发明可真实模拟汽车尾气对路面材料性能衰变的影响，特别是模拟汽车尾 气、太阳光、雨水等多种环境因素耦合作用下对路面材料性能的影响，可加速路面材料降解吸收汽车尾气的研发进程。2、本发明的设计，可以使汽车尾气输送系统为循环式，可模拟汽车尾气对路面材 料的耐久性影响。3、本发明的设备轻便，各个组成部分均独立工作，方便检修；且拆卸灵活，便于移 动搬运。4、本发明的试验设备可评价浙青材料降解吸收汽车尾气的性能，也可评价浙青材 料在汽车尾气长期作用下其性能衰变规律；同时，也可评价浙青混凝土材料，应用范围广。5、本发明可对路面材料降解吸收汽车尾气的效率进行快速、便捷、定量、动态的测定。
图1为本发明的立体透视图；图2为本发明的主视图；图3为图2的俯视图；图4为图2中的A-A剖视图；图5为图2的左视图。
具体实施例方式下面，配合附图，举一实施例详细说明本发明如下。如图1至图5所示，本发明提供一种模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，可 借此评价路面材料在汽车尾气长期作用下的性能衰变状况，同时也可评价路面材料对汽车 尾气的降解吸收效果，该试验设备包括有一箱体1，该箱体1顺次包括第一侧面11、第二侧面12、第三侧面13、第四侧面14 以及底面15和可开关的顶面16 ；一汽车尾气进气管2，其设置在该第二侧面12上，并伸入到箱体1内，该汽车尾气 进气管12的管路上设置有开关阀门(图未示)；一排气管3，其设置在该第四侧面14上，并且该排气管3的高度高于该汽车尾气进 气管2的高度，该排气管3的管路上也设置有开关阀门(图未示)；一模具固定装置4，设置在该箱体底部，以将路面材料模具5固定于箱体底面15 ；一温度控制装置6，其设置于箱体1内，以维持箱体内温度稳定在45 55°C 一气体成分测量装置(图未示)，包括有若干传感器(图未示)，并在该箱体内壁 上竖向线形设置，以测量箱体内气体的含量；以及—数据处理装置(图未示)，其与该气体成分测量装置电性连接，并接收该气体成 分测量装置传来的数据，以将该数据进行分析并显示。在本发明中，箱体1用以放置路面材料试件，并提供汽车尾气作用于路面材料的 相似环境，包括汽车尾气、太阳光照、适宜温度、适时雨淋等。考虑汽车尾气的均勻分布和扩散、考虑各个结构构件和零件的布置，并需满足光 照条件。在本实施例中，箱体1做成长方体，如图所示，该箱体1长440mm、宽320mm、高 815mm、容积为114L。长边两侧面(即第一侧面11、第三侧面1 采用透光材料做成(例如透光玻璃，或者其他质地坚固并且透光性好的材料)，以便于接受充足的阳光照射；短边两 侧面(即第二侧面12、第四侧面14)采用不锈钢金属材质做成，以便于安装温度控制装置 6、气体成分测量装置及安放其他零部件。底面15采用不锈钢材质做成，以便于安放路面材 料模具5 ；顶面16采用上述透光材料做成，可方便地打开、关闭，以便于放置及取出路面材 料试件。考虑箱体1长期服役于汽车尾气环境，透光材料的两侧面体容易污染影响透光 度，因此，在该第一侧面11及第三侧面13内壁设置有清洁装置(图未示)，在本实施例中， 该清洁装置设置为箱体内侧放置清洁刷、外侧放置操作手柄，两侧部件通过磁铁的磁力作 用固定、平移，当人工在箱体外侧移动操作手柄时，内侧的清洁刷随之移动，实现清洁第一 侧面及第三侧面的目的。当然，本发明中的清洁装置也可以设置为其他形式，在此并不加以 限制，只要能够清洁第一侧面及第三侧面即可。在本发明中，箱体1底面还安装滑动滚轴(图未示)，以便于箱体1移动和转动，可 根据太阳的位置，调整箱体在阳光下的方向，使箱体内试件最大限度的受到阳光照射。在使用本发明进行试验的时候，汽车尾气产生采用实际汽车发动机产生的尾气通 过汽车尾气进气管2直接导入箱体1，不加净化处置。考虑汽车尾气输送时对路面材料试件 作用的均勻性，汽车尾气进气管2的输出口呈鸭嘴形状，喷气位置定于路面材料试件的中 心位置的正上空，输送管内径大小为65mm，与汽车尾气排气管实际大小保持一致；输出口 离试件高度为50mm，与汽车尾气排放管离地的实际高度一致。考虑向箱体内充气和排气的方便性、实际汽车尾气排出时的离地高度等，将汽车 尾气进气管2布置在箱体第二侧面12的中、下部(图中实施例为中部)，排气管3布置于第 四侧面14靠近顶部的位置。
在本发明中，上述的路面材料模具5包括有浙青混凝土材料模具51以及浙青材料 模具(图未示)，该浙青混凝土材料模具51和浙青材料模具各能够容置四个试件，且该浙青 混凝土材料模具51供容置的试件为直径10cm、高IOcm的圆柱体，该浙青材料模具供容置的 试件为直径10cm、高2cm的圆柱体；其中，该浙青混凝土材料模具51能够通过模具固定装 置4固定于箱体底面，而该浙青材料模具能够卡设固定在浙青混凝土材料模具51的上部。 这样使得在分别测试浙青混凝土材料和浙青材料降解吸收尾气时，距离汽车尾气排放口的 高度相同。在本发明中，采用循环水控制箱体内的温度。即，上述的温度控制装置6包括分别 设置于第二侧面12、第四侧面14内壁的U型导水管62、64，且该二 U型导水管62、64通过 一导管63连通为一体，并具有一进水口 61和一出水口 65。本发明利用循环水带走箱体内 气体尾气及太阳光照产生的热量，保持箱体内的温度稳定在45°C 55°C。另外，温度控制装置6还可以包括有一温度传感器(图未示)，并通过该温度传感 器控制进水口和出水口的启闭。温度传感器优选为热电偶式温度变送器，当箱体内温度超 过上述温度范围时，可自动开启循环水降温，达到温度自动、精确控制的目的。在路面材料降解吸收尾气时，会产生其他化学物质，如掺加T^2的路面材料受光 照射后生成的氢氧自由基能对有机物质和有害气体进行氧化还原反应，将其转化为无害的 水、二氧化碳和盐等，需要定期进行淋雨，将该类物质冲洗掉，保持路面材料催化降解汽车 尾气的活性，这也与路面实际服役时要受到雨淋时的情况类似。因此，本发明还包括一模拟淋雨装置7，其包括有二喷头71、72，该二喷头71、72分别设置于第二侧面12和第四侧面 14上；一排水管73，其设置于箱体的底面15。在本发明中，由于箱体内汽车尾气所含的各组分的分子量不同，防止气体出现分 层的现象，设计时考虑按所测量气体的分子量大小，该气体成分测量装置包括从下至上依 次设置的CO传感器、HC传感器、NO传感器、化传感器及(X)2传感器，上述传感器在该箱体内 壁上竖向线形设置。并且，该箱体1内还设置有一压力传感器(图未示)，为便于更换传感 器，将传感器座的尺寸设计为通用型，这样在更换传感器时，只需加工不同封装件，即可在 不更换箱体的情况下完成传感器的更换。上述测试02、CO、NOx, HC成分变化的传感器采用 电化学传感器；测试(X)2体成分变化的传感器采用红外传感器，具体可参见表1 表1 传感器、变送器的主要参数与特性传感器件型号程精度原理产地压力传感器AK-4OMPa--IMPa0.5%应变片式中国温度变送器JWB0"C~.IOO1C+ 0.1%催化燃烧中国( 传感器A020% 25%0.01%电化学英国CO传感器5MF0% 4%0.05%电化学英国NQr传感器NXI0%~-0.5%0.02%电化学HC传感器4P-500%~100%0.5%电化学英国CO2传感器GMT2210%"-20%2% ±0.02%红外芬兰在本发明中，所述数据处理装置为电脑，其可以实时显示、监控该气体成分测量装 置传输的数据，并可以对该数据进行保存及分析。比如，在测量的同时，电脑显示器能同时 显示所要测量的参数，并绘制相应曲线，此外，该数据采集后也可转换成EXCEL文件，能绘 制空气5组分随时间等变化的关系曲线。上述对数据的分析，均是本领域技术人员所熟知 的内容，在此不再赘述。下面，结合上述实施例，详细对本发明的使用进行说明。本发明使用时，首先将浙青混凝土加入到浙青混凝土材料模具中，以制成浙青混 凝土试件，或将浙青加入到浙青材料模具中，以制成浙青试件，并固定在箱体底部。然后，将本发明搬到室外阳光充足处，使箱体透光的一侧朝向阳光，利用自然光源 提供光催化条件。试验过程中，根据太阳的移动，适时转动箱体，使其最大限度接受阳光照射。然后，开启汽车发动机，待汽车尾气气流稳定时(约需5 15min)，将汽车尾气导 入箱体，同时开启排气管，开始计时。打开温度控制装置，使循环水开始工作，保持箱体内的 温度在45°C 55 °C。根据试验方案设计需要，需要进行淋雨操作时，应先关闭温度控制装置，并停止汽 车尾气导入，尔后开启箱体底部的排水管，并打开模拟淋雨装置的喷头，使水均勻洒在试件 表面，模拟淋雨时间可根据试验需要进行设定。模拟淋雨操作完毕后，关闭喷头和排水管， 打开温度控制装置，继续进行路面材料的尾气降解吸收试验内容。根据试验方案设计需要，需要进行气体成分测试，以评价路面材料降解吸收汽车尾气的效果时，可进行如下操作首先将气体成分测量装置的传感器设置于箱体内，从下至 上依次设置CO传感器、HC传感器、NO传感器、O2传感器、⑶2传感器，并启动数据处理装置。 然后，关闭排气管的开关阀门，待箱体内气压上升到IMPa时，关闭汽车尾气进气管的开关 阀门。使箱体在此气压下接受光照，时间根据试验方案确定。最后，试验时间到试验设定的 时间时，保存气体成分动态测试结果，取出传感器，开启排气管的开关阀门和汽车尾气进气 管的开关阀门，继续进行路面材料的尾气降解吸收试验内容。整个试验过程中，透光材质的内壁有污染时，应及时采用清洁装置进行清洁，保持 第一侧面和第三侧面的良好透光性。整个试验完成后，关闭汽车发动机、温度控制装置，打开箱体的顶面，取出路面材 料试件(可进行路面材料其他相关技术指标的测试)，清洁、检查该试验设备，以备下次使用。
权利要求
1.一种模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，包括一箱体，该箱体顺次包括第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面以及底面和可开关 的顶面；一汽车尾气进气管，其设置在该第二侧面上，并伸入到箱体内，该汽车尾气进气管的管 路上设置有开关阀门；一排气管，其设置在该第四侧面上，并且该排气管的高度高于该汽车尾气进气管的高 度，该排气管的管路上也设置有开关阀门；一模具固定装置，设置在该箱体底部，以将路面材料模具固定于箱体底面；一温度控制装置，其设置于箱体内，以维持箱体内温度稳定在45 55°C ；一气体成分测量装置，包括有若干传感器，并在该箱体内壁上竖向线形设置，以测量箱 体内气体的含量；以及一数据处理装置，其与该气体成分测量装置电性连接，并接收该气体成分测量装置传 来的数据，以将该数据进行分析并显示。
2.根据权利要求1所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，还 包括一模拟淋雨装置，其包括有二喷头，该二喷头分别设置于第二侧面和第四侧面上；一 排水管，其设置于箱体的底面。
3.根据权利要求1所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所 述第一侧面、第三侧面及顶面的材料为透光材料，所述第二侧面、第四侧面及底面的材料为 不锈钢金属；其中，该第一侧面及第三侧面内壁设置有清洁装置。
4.根据权利要求1所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所 述温度控制装置包括分别设置于第二侧面、第四侧面内壁的U型导水管，且该二 U型导水管 通过一导管连通为一体，并具有一进水口和一出水口。
5.根据权利要求4所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所 述温度控制装置还包括有一温度传感器，其设置于所述箱体内，并通过该温度传感器控制 进水口和出水口的启闭。
6.根据权利要求1所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所 述路面材料模具包括有浙青混凝土材料模具以及浙青材料模具，该浙青混凝土材料模具和 浙青材料模具各能够容置四个试件，且该浙青混凝土材料模具供容置的试件为直径10cm、 高IOcm的圆柱体，该浙青材料模具供容置的试件为直径10cm、高2cm的圆柱体；其中，该浙 青混凝土材料模具能够通过模具固定装置固定于箱体底面，而该浙青材料模具能够卡设固 定在浙青混凝土材料模具的上部。
7.根据权利要求6所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所 述汽车尾气进气管的输出口呈鸭嘴形状，且该输出口位于所述路面材料模具的正上方50mm 处。
8.根据权利要求1所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所 述气体成分测量装置包括从下至上依次设置的CO传感器、HC传感器、NO传感器、O2传感器 以及CO2传感器，上述传感器在该箱体内壁上竖向线形设置，并且，该箱体内还设置有一压 力传感器，上述传感器座的尺寸设计为通用型。
9.根据权利要求1或8所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征在于，所述数据处理装置为电脑，其可以实时显示、监控该气体成分测量装置传输的数据，并可以 对该数据进行保存及分析。
10.根据权利要求1-8任一所述的模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，其特征 在于，所述箱体底面安装有滑动滚轴。
全文摘要
一种模拟汽车尾气对路面材料作用的试验设备，包括一箱体，该箱体顺次包括第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面以及底面和可开关的顶面；一汽车尾气进气管，其设置在该第二侧面上，并伸入到箱体内；一排气管，其设置在该第四侧面上，并且该排气管的高度高于该汽车尾气进气管的高度；一模具固定装置，设置在该箱体底部，以将路面材料模具固定于箱体底面；一温度控制装置，其设置于箱体内，以维持箱体内温度稳定在45～55℃；一气体成分测量装置，包括有若干传感器，并在该箱体内壁上竖向线形设置，以测量箱体内气体的含量；以及一数据处理装置，其与该气体成分测量装置电性连接，并接收该气体成分测量装置传来的数据，以将该数据进行分析并显示。
文档编号G01N33/24GK102053144SQ200910210738
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者周兴业, 张蕾, 沈国辉, 王旭东, 郭朝阳 申请人:交通部公路科学研究所