一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱及使用方法与流程

本发明属于评价路面防覆冰性能的装置，具体涉及一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱及使用方法。

背景技术：

公路交通不但是国家的经济命脉，更关乎国家战略安全。我国地域辽阔、气候条件复杂，冬季降雪结冰地域面积广。尤其是在高寒地区及山区，路面或桥面积雪结冰问题较为严重甚至需要封闭交通，严重影响道路运输效率和交通安全。传统清除路面积雪的方法主要采用人工、机械铲除或撒布融雪盐等被动防冰技术，不仅劳动强度大、使用效果滞后，而且融雪盐也对道路结构物、植被和生态环境造成严重破坏。通过将防覆冰材料与水泥基或沥青基材料混合制备而成的防覆冰功能层均匀铺筑于路面上，冬季时可在一定程度上排除路面积水，抑制路面结冰。

目前，针对道路“随降随融、下雪畅通、雪停道清”的主动融冰雪技术的研究已逐渐成为热点方向，而将防覆冰材料应用于道路路面防覆冰方面的研究尚不多见。有鉴于此，将超疏水性能引入到路面材料防覆冰性能设计中对优化现有防冰、除冰技术具有其他融冰除雪方法不可比拟的优点。因此，设计出一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱，对试件进行相应的测试并进行性能优化显得必要。本发明功能多样、效率高、布局更加合理，能精确模拟在自然条件下路面防覆冰功能层表面耐久性能逐渐衰减的过程。

技术实现要素：

本发明的目的在于实现与克服现有技术的不足而提供一种功能多样、效率高、布局更加合理的模拟多环境对路面防覆冰功能层耐久性影响的试验箱，该装置能模拟单一环境因素或多种因素叠加对路面防覆冰功能层耐久性能的影响。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱，它包括试验箱、主机控制系统、温度湿度模拟系统、降雨凝冰模拟系统、雨水循环系统、太阳辐射模拟系统、酸碱盐腐蚀模拟系统、路面磨耗模拟系统等；主机控制系统设于试验箱外部；温度湿度模拟系统设于试验箱内右侧；降雨凝冰模拟系统设于试验箱内试件正上方；雨水循环系统设于试验箱内底部；太阳辐射模拟系统设于试验箱内顶部；酸碱盐腐蚀模拟系统设于试验箱内；路面磨耗模拟系统设于试验箱内左侧壁上。

优选的，所述试验箱为三面封闭、一面开放的长方体，包括试验箱体、透明玻璃门、合页等组成；所述试验箱体与所述透明玻璃门经两片合页相连接；所述试验箱体由两层结构组成，外层由金属材质制成，内层由保温、耐高温效果佳的双层xps保温板制成，中间为隔热层；所述透明玻璃门为有机质材料制成，其内壁贴有防紫外线玻璃贴膜，可阻隔99％以上的有害紫外线；透过所述玻璃门能对整个试验过程进行实时观测；

优选的，所述主机控制系统设于试验箱外部，可通过数字按键在屏幕显示器上输入所需测试项目与相应的试验参数值并进行自动试验，所测试验数据可通过主机控制系统底部的输出口打印输出；

优选的，所述温度湿度模拟系统设于试验箱内右侧，包括制冷系统、制热系统、湿度调控系统、温度感应器、湿度感应器；所述制冷系统与制热系统均设置于所述湿度调控系统下方；所述温度湿度模拟系统能模拟温度范围为-20～80℃，湿度为0～100％的环境；所述试验箱内部温度与湿度大小数据经分布于试验箱内部的温度感应器与湿度感应器搜集并传输至主机控制系统进行数据处理分析；

优选的，所述降雨凝冰模拟系统设于试验箱内试件正上方，包括雨水储存系统、降雨模拟系统等；所述降雨模拟系统能模拟雨滴直径为0.01～0.2mm的降雨；通过主机控制系统可调控降雨量及流量等参数；通过温度湿度模拟系统与降雨凝冰模拟系统共同结合使用可改变雨水的初始物相，进而模拟出冻雨结冰、凝霜结冰以及降雪结冰等工况；

优选的，所述雨水循环系统设于试验箱内试件底部，包括雨水收集箱、输水管、微型水泵等；试件经降雨凝冰模拟系统所未经消耗完的雨水通过内置微型水泵经输水管循环输送至所述雨水储存系统再次利用；

优选的，所述太阳辐射模拟系统设于试验箱内顶部，包括1kw氙灯光源、辐射感应器等；所述氙灯光源能模拟波长为100～400nm的太阳光紫外线辐射；所述太阳辐射模拟系统能模拟自然环境下紫外线辐射对路面防覆冰功能层表层老化的影响，通过与温度湿度模拟系统共同调控紫外线强度和环境温度，使本试验箱保持较佳的试验环境；

优选的，所述酸碱盐腐蚀模拟系统设于试验箱内，与所述降雨凝冰模拟系统共同使用，可调节雨水中ph值、硫酸盐、镁盐、碳酸盐等浓度，通过降雨模拟系统将含酸碱盐的雨水喷洒于防覆冰试件表面，进而模拟其对路面防覆冰功能层耐久性的影响；

优选的，所述路面磨耗模拟系统设于试验箱内左侧壁上，包括上下升降机构、左右伸缩机构、旋转摩擦圆盘等；所述旋转摩擦圆盘通过连接杆固定于左右伸缩机构底部；所述左右伸缩机构底部左端设于试验箱左侧壁上，通过上下升降机构可调节旋转摩擦圆盘距离试件顶部的距离；所述旋转摩擦圆盘底部为橡胶，材质与车辆轮胎所用材质相同；通过使摩擦圆盘在试件顶部旋转可模拟防覆冰路面所受到来自车辆轮胎的磨耗作用，通过主机控制系统可设置摩擦圆盘的转速、次数及时间。

一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱的使用方法，包括以下步骤：

a、制备水泥混凝土或沥青混合料路面板试件，将其放入标准条件下养护24h后取出；

b、清除试件表面灰尘、脏物等，将防覆冰材料与水泥基或沥青基材料混合制备而成的防覆冰功能层均匀铺筑于试件表面，并将其置于标准条件下养护至规定龄期；

c、7d后取出防覆冰路面试件，移入所述试验箱并将其固定于左右夹具之间；

d、通过在屏幕显示器上设置好所需测试项目与相应的试验参数值并进行自动试验，可根据需要进行影响因素叠加，相关测试项目包括：

a、温度、湿度对防覆冰路面耐久性的影响

b、降雨、凝冰对防覆冰路面耐久性的影响

c、太阳辐射对防覆冰路面耐久性的影响

d、酸碱盐腐蚀对防覆冰路面耐久性的影响

e、路面磨耗对防覆冰路面耐久性的影响

本发明具有以下有益效果：

本发明作为一种多功能复合试验箱，既能模拟单一环境因素对路面防覆冰功能层耐久性能的影响，又能模拟多种因素叠加对其耐久性能影响，为路面耐久性能的表征提供了一种简便高效的方法；本发明具有功能多样、效率高、布局更加合理等优点。

附图说明

图1是本发明整体布局示意图。

图2是本发明试验箱结构示意图。

图3是本发明路面磨耗模拟系统结构示意图。

图4是本发明旋转摩擦圆盘结构示意图。

附图中：

1、试验箱；2、主机控制系统；3、温度湿度模拟系统；4、降雨凝冰模拟系统；5、雨水循环系统；6、太阳辐射模拟系统；7、酸碱盐腐蚀模拟系统；8、路面磨耗模拟系统；9、屏幕显示器；10、数字按键；11、输出口；12、开关控制；13、制冷系统；14、制热系统；15、湿度调控系统；16、温度感应器；17、湿度感应器；18、降雨模拟系统；19、雨水储存系统；20、雨水收集箱；21、输水管；22、微型水泵；23、氙灯光源；24、辐射感应器；25、上下升降机构；26、左右伸缩机构；27、旋转摩擦圆盘；28、连接杆；29、左夹具；30、右夹具；31、固定螺杆；32、试件；33、旋转扇叶；34、电源插头；35、试验箱体；36、透明玻璃门；37、合页。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，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详细的描述。

如图1、图2所示，一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱，它包括试验箱1、主机控制系统2、温度湿度模拟系统3、降雨凝冰模拟系统4、雨水循环系统5、太阳辐射模拟系统6、酸碱盐腐蚀模拟系统7、路面磨耗模拟系统8等；主机控制系统2设于试验箱1外部；温度湿度模拟系统2设于试验箱1内右侧；降雨凝冰模拟系统4设于试验箱1内试件正上方，雨水循环系统5设于试验箱1内底部；太阳辐射模拟系统6设于试验箱1内顶部；酸碱盐腐蚀模拟系统7设于试验箱1内；路面磨耗模拟系统8设于试验箱1内左侧壁上。

所述试验箱1为三面封闭、一面开放的长方体，包括试验箱体35、透明玻璃门36、合页37等组成；所述试验箱体35与所述透明玻璃门36经两片合页37相连接；所述试验箱体35由两层结构组成，外层由金属材质制成，内层由保温、耐高温效果佳的双层xps保温板制成，中间为隔热层；所述透明玻璃门36为有机质材料制成，其内壁贴有防紫外线玻璃贴膜，可阻隔99％以上的有害紫外线；透过所述玻璃门36能对整个试验过程进行实时观测；

所述主机控制系统2设于试验箱1外部，可通过数字按键10在屏幕显示器9上输入所需测试项目与相应的试验参数值并进行自动试验，所测试验数据可通过主机控制系统2底部的输出口11打印输出；

所述温度湿度模拟系统3设于试验箱1内右侧，包括制冷系统13、制热系统14、湿度调控系统15、温度感应器16、湿度感应器17；所述制冷系统13与制热系统14均设置于所述湿度调控系统15下方；所述温度湿度模拟系统3能模拟温度范围为-20～80℃，湿度为0～100％的环境；所述试验箱1内部温度与湿度大小数据经分布于试验箱内部的温度感应器16、湿度感应器17搜集并传输至主机控制系统2进行数据处理分析；

所述降雨凝冰模拟系统4设于试验箱1内试件32正上方，包括雨水储存系统19、降雨模拟系统18等；所述降雨模拟系统4能模拟雨滴直径为0.01～0.2mm的降雨；通过主机控制系统2可调控降雨量及流量等参数；通过温度湿度模拟系统3与降雨凝冰模拟系统4共同结合使用可改变雨水的初始物相，进而模拟出冻雨结冰、凝霜结冰以及降雪结冰等工况；

所述雨水循环系统5设于试验箱内试件底部，包括雨水收集箱20、输水管21、微型水泵22等；试件经降雨凝冰模拟系统4所未经消耗完的雨水通过内置微型水泵22经输水管21循环输送至所述雨水储存系统19再次利用；

所述太阳辐射模拟系统6设于试验箱1内顶部，包括1kw氙灯光源23、辐射感应器24等；所述氙灯光源23能模拟波长为100～400nm的太阳光紫外线辐射；所述太阳辐射模拟系统6能模拟自然环境下紫外线辐射对路面防覆冰试件表面层老化的影响，通过与温度湿度模拟系统3共同调控紫外线强度和环境温度，使试验箱1保持在较佳的试验环境；

所述酸碱盐腐蚀模拟系统7设于试验箱1内，与所述降雨凝冰模拟系统4共同使用，可调节雨水中ph值、硫酸盐、镁盐、碳酸盐等浓度，通过降雨模拟系统18将含酸碱盐的雨水喷洒于防覆冰试件表面，进而模拟其对路面防覆冰表面层耐久性的影响；

所述路面磨耗模拟系统8设于试验箱1内左侧壁上，包括上下升降机构25、左右伸缩机构26、旋转摩擦圆盘27等；所述旋转摩擦圆盘27通过连接杆28固定于左右伸缩机构26底部；所述左右伸缩机构26底部左端设于试验箱1左侧壁上，通过上下升降机构25可调节旋转摩擦圆盘27距离试件32顶部的距离；所述旋转摩擦圆盘27底部为橡胶，材质与车辆轮胎所用材质相同；通过使摩擦圆盘27在试件顶部旋转可模拟防覆冰路面所受到来自车辆轮胎的磨耗作用，通过主机控制系统2可设置摩擦圆盘27的转速、次数及时间；

一种用于公路防覆冰表面层耐久性测试的试验箱的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、制备水泥混凝土或沥青混合料路面板试件，将其放入标准条件下养护24h后取出；

b、清除试件表面灰尘、脏物等，将防覆冰材料与水泥基或沥青基材料混合制备而成的防覆冰功能层均匀铺筑于试件表面，并将其置于标准条件下养护至规定龄期；

c、7d后取出防覆冰路面试件，移入所述试验箱并将其固定于左右夹具之间；

d、通过在屏幕显示器上设置好所需测试项目与相应的试验参数值并进行自

动试验，可根据需要进行影响因素叠加，相关测试项目包括：

a、温度、湿度对防覆冰路面耐久性的影响

b、降雨、凝冰对防覆冰路面耐久性的影响

c、太阳辐射对防覆冰路面耐久性的影响

d、酸碱盐腐蚀对防覆冰路面耐久性的影响

e、路面磨耗对防覆冰路面耐久性的影响

实施例1：

降雨凝冰模拟试验，具体试验步骤如下：

a、制备边长为150mm水泥混凝土立方体试件，将其放入标准条件下养护24h后取出；

b、清除水泥混凝土试件表面灰尘、脏物等，将防覆冰材料与水泥基材料混合制备而成的防覆冰功能层均匀铺筑于试件表面，并将其置于标准条件下养护至规定龄期；

c、7d后取出防覆冰混凝土试件，移入所述试验箱并将其固定于左右夹具之间；

d、打开电源开关，在雨水储存系统中添加一定量的水并进行预降温至0℃，在屏幕显示器上设置试验箱温度为-10℃进行自动试验。当试验箱温度降至0℃后，降雨凝冰模拟系统开始降雨，待试验2～3h后试件表面会有部分冰凝结于试件表面，此时可取出试件进行相应测试或继续进行反复冻融试验。

实施例2：

太阳辐射模拟试验，具体试验步骤如下：

a、制备边长为100mm水泥混凝土立方体试件，将其放入标准条件下养护24h后取出；

b、清除水泥混凝土试件表面灰尘、脏物等，将防覆冰材料与水泥基材料混合制备而成的防覆冰功能层均匀铺筑于试件表面，并将其置于标准条件下养护至规定龄期；

c、7d后取出防覆冰混凝土试件，移入所述试验箱并将其固定于左右夹具之间；

d、打开电源开关，在屏幕显示器上设置试验箱温度为40℃进行自动试验。在试验箱温度升至40℃的过程中，打开氙灯光源并使其强度逐渐增加至恒定，待测试时间结束后，可取出试件进行相应测试或继续进行其它试验。

实施例3：

路面磨耗模拟试验，具体试验步骤如下：

a、制备边长为325×225×50mm沥青混合料长方体试件，将其放入标准条件下养护24h后取出；

b、清除沥青混合料试件表面灰尘、脏物等，将防覆冰材料与沥青基材料混合制备而成的防覆冰功能层均匀铺筑于试件表面，并将其置于标准条件下养护至规定龄期；

c、7d后取出防覆冰沥青混合料试件，移入所述试验箱并将其固定于左右夹具之间；

d、打开电源开关，在屏幕显示器上设置摩擦圆盘的转速为100r/min并进行自动试验。待达到规定时间或次数后，可取出试件进行相应测试或继续进行其它试验。

以上所述仅是本申请的具体实施方式中的部分，试件规格及测试方法并不局限于本申请所提到的，具体使用时可根据实际需要进行灵活改变；此外，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。