本实用新型涉及道路工程领域，特别是涉及一种适用于水泥混凝土路面的热沥青注浆浆液传热系数测试装置，并进一步涉及使用该测试装置的一种热沥青注浆浆液的传热系数测试方法。
背景技术：
在经历了近20年公路建设的快速发展之后，我国正进入公路维修养护的高峰期，将面临着巨大的公路维修养护压力。在长期交通荷载和自然因素的综合作用下，道路往往会出现脱空病害，主要分为水泥混凝土路面板底脱空和沥青混凝土路面半刚性基层脱空两种形式，如不及时处理，将会导致路面损坏，极大缩短道路寿命。对于道路脱空的修复，以往采用的翻挖置换等养护技术存在施工周期长，对道路结构扰动大，交通阻碍严重等问题，并不适应现今道路养护对快速恢复交通和城市环境的要求。注浆加固技术凭借其免翻动、少扰动的优点，逐步被应用于道路脱空的修复，而热沥青注浆以其修复速度快、不被动水稀释而流失的特点，有望成为修复道路脱空的主要方式之一。
目前，热沥青注浆修复脱空道路的技术仍存在一些不足。作为一项新型路用注浆技术，热沥青注浆浆液的扩散规律并不明确。热沥青注浆全程在密闭的空间中完成，注浆过程中沥青浆液运移扩散的过程是浆液温度、粘度、速度及所受阻力耦合的影响，涉及到沥青浆液与周边介质传热、自身导热和流动受阻等过程。其中，热沥青注浆过程中的传热、导热等热力学行为，作为影响浆液扩散的核心因素，需要进行深入研究。
为了深入研究热沥青注浆过程中的传热、导热等热力学行为，必须对热沥青浆液在注浆扩散过程中的传热速率与传热系数进行测试。目前，关于沥青在扩散形态下与水泥混凝土介质的热量交换的研究较少，且没有用于注浆热交换规律研究的试验设备。因此迫切需要一种热沥青注浆浆液的传热系数测试装置及方法，研究沥青在不同形态、温度下与水泥混凝土的传热规律，以促进热沥青注浆技术的推广应用。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种沥青注浆浆液传热系数测试装置，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种沥青注浆浆液的传热系数测试装置，包括水平设置的绝热基板，所述绝热基板的上表面设有沥青槽和降温槽，所述绝热基板上设有顶板，所述顶板盖合于所述沥青槽和降温槽，所述顶板为水泥混凝土顶板，还包括中心杆和基座，所述中心杆竖直贯穿所述顶板、且中心杆的底部与绝热基板上表面相连，所述绝热基板位于基座上，所述沥青槽中设有温度传感器。
在本实用新型一些实施方式中，所述水泥混凝土顶板上设有旋转杆。
在本实用新型一些实施方式中，所述旋转杆位于水泥混凝土顶板的上表面。
在本实用新型一些实施方式中，所述水泥混凝土顶板的下表面设有防粘涂层。
在本实用新型一些实施方式中，所述顶板为可以互相替换的水泥混凝土顶板和绝热顶板。
在本实用新型一些实施方式中，所述绝热基板和/或绝热顶板的导热系数不高于0.027 W/(m·℃)。
在本实用新型一些实施方式中，所述绝热基板的上表面设有多个沥青槽和/或多个降温槽。
在本实用新型一些实施方式中，所述绝热基板的上表面还设有温度监测槽，所述温度监测槽贯穿绝热基板。
在本实用新型一些实施方式中，所述沥青槽和/或降温槽和/或温度监测槽位于绝热基板上表面的边缘。
在本实用新型一些实施方式中，所述绝热基板和顶板的形状为圆柱形，两者横截面的形状相同。
在本实用新型一些实施方式中，所述中心杆竖直贯穿顶板的中心和/或所述中心杆与绝热基板上表面的中心连接。
在本实用新型一些实施方式中，还包括温度记录仪，所述温度记录仪与温度传感器电连接。
本实用新型第二方面提供一种热沥青注浆浆液的传热系数测试方法，使用所述沥青注浆浆液的传热系数测试装置，包括如下步骤：将热沥青浆液置于沥青槽中，并降温槽中放置冷源，加盖水泥混凝土顶板进行匀速旋转，通过温度传感器读取各沥青槽中热沥青浆液的温度，并根据温度变化，计算获得热沥青浆液在沥青-水泥混凝土板界面的传热系数。
在本实用新型一些实施方式中，所述冷源为冰块。
附图说明
图1显示为本实用新型整体结构示意图。
图2显示为本实用新型沥青-水泥混凝土界面传热系数测试试验技术路线图。
图3显示为本实用新型系统误差消除试验技术路线图。
图4(a)显示为加盖水泥板时浆液温度变化图。
图4(b)显示为加盖绝热顶板时浆液温度变化图。
图4(c)显示为沥青传热速率变化规律图。
图4(d)显示为沥青传热系数变化规律图。
元件标号说明
1 绝热基板
11 沥青槽
12 降温槽
13 温度传感器
14 温度监测槽
2 顶板
21 水泥混凝土顶板
211 旋转杆
22 绝热顶板
3 中心杆
4 基座
5 温度记录仪
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1所示，本实用新型提供一种沥青注浆浆液传热系数的测试装置，包括水平设置的绝热基板1，所述绝热基板1的上表面可以设有沥青槽11和降温槽12，所述绝热基板1上可以设有顶板2，所述顶板2可以盖合于所述沥青槽11和降温槽12，从而在盖合后使槽体形成封闭的槽体空间，所述顶板2可以为水泥混凝土顶板21，还包括中心杆3和基座4，所述中心杆3竖直贯穿所述顶板2、且中心杆3的底部与绝热基板1上表面相连，从而可以使顶板2 以中心杆3为轴进行旋转、且顶板2旋转时绝热基板1可以处于固定状态，所述绝热基板1 位于基座4上，使基座4形成对绝热基板1的支撑，所述沥青槽11中设有温度传感器13，从而可以通过温度传感器13测量沥青槽11中的温度，所述温度传感器13可以是镍铬-镍硅K 型热电偶温度传感器，测温量程达到1200℃，灵敏度高，响应速率快。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置中，绝热基板1通常可以是圆柱形板体，本领域技术人员可以选择合适的绝热基板1的尺寸，从而保证绝热基板的绝热效果，例如，厚度可以是2.5-3.5cm，横截面的半径可以是380-420mm，所述绝热基板1通常由导热系数较低的材料构成，例如，材料的导热系数通常可以是0.027W/(m·℃)以下，再例如，可以是将矿棉、玻璃纤维、陶土等材料与水泥复合而成的材料，这些材料在水泥中的复合量通常可以是复合材料总重量的1/50左右，复合后所得材料最高可承受1400℃左右的高温，并可以在500℃或更高的温度可长期工作。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置中，所述沥青槽11通常可以是上敞口的槽体，高度可以是1-5mm，误差可以为0.1mm，横截面的直径可以为57-63mm，当顶板2覆盖于绝热基板1上时，即可形成封闭的空间。沥青槽11通常可以分布于绝热基板1上表面靠近边缘的部分，绝热基板1上沥青槽11的数量可以是六个以上。沥青槽11可以设计为不同的高度(深度)，从而可以在注入热沥青后形成不同厚度的沥青层，可以通过温度传感器测试得到不同厚度下沥青-水泥混凝土界面的传热速率和传热系数，例如，沥青槽11的深度可以为1mm、2mm、3mm、4mm和5mm等，即各自模拟1mm、2mm、3mm、4mm和5mm 厚度的沥青层。所述降温槽12通常可以是上敞口的槽体，高度可以是9.5-10.5mm，横截面的直径可以为57-63mm，当顶板2覆盖于绝热基板1上时，即可形成封闭的空间。降温槽12 通常可以分布于绝热基板1上表面靠近边缘的部分，绝热基板1上降温槽12的数量可以是六个以上。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置中，顶板2通常可以是圆柱形板体，例如，厚度可以是2.5-3.5cm，横截面的直径可以是380-420mm，所述绝热基板1和顶板 2的横截面的形状可以相同，从而使顶板2盖合于绝热基板1形成一致的圆柱体。所述中心杆(3)可以竖直贯穿顶板(2)的中心，所述中心杆(3)的底部可以与绝热基板(1)上表面的中心相连，从而在旋转时可以保持整体上圆柱体的形状。所述顶板2可以是水泥混凝土顶板21，所述顶板2也可以是可以互相替换的水泥混凝土顶板21和绝热顶板22，绝热顶板 22的材料通常与绝热基板1相同，所述水泥混凝土顶板21通常为待测的水泥混凝土材料，从而可以通过所述测试装置获得待测沥青注浆浆液与待测水泥混凝土材料之间的传热系数。所述水泥混凝土顶板21上可以设有旋转杆211，从而可以通过旋转杆211驱动水泥混凝土顶板21进行旋转，所述旋转杆211位于水泥混凝土顶板21的上表面，从而方便操作。所述水泥混凝土顶板21的下表面通常设有防粘涂层(图中未示出)，为防止顶板在试验旋转过程中将沥青浆液带离沥青槽。所述防粘涂层的厚度通常可以为0.3mm-0.6mm，所述防粘涂层通常可以是一些不容易与沥青粘连的材料，例如可以是耐高温环氧树脂AB胶水，其主要成分为环氧树脂，介电常数为3.9左右，且可以在280℃或更高的温度下不被融化。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置中，所述绝热基板1的上表面还设有温度监测槽14，所述温度监测槽14通常贯穿绝热基板1，温度监测槽14的横截面直径通常与测温枪的枪口大小相配合，具体保证可容纳测温枪的枪口尺寸即可且不宜过大，所述温度监测槽14可以是圆柱体，横截面的直径可以为3-4cm，当顶板2覆盖于绝热基板1上时，即可形成下敞口的空间(槽体)，从而可以在测试时从下方探测沥青-水泥混凝土板界面上水泥混凝土板的温度。温度监测槽14通常可以分布于绝热基板1上表面靠近边缘的部分，绝热基板1上温度监测槽14的数量可以是一个以上。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置中，还可以包括温度记录仪5，所述温度记录仪5与温度传感器13电连接，从而可以记录并提供各温度传感器13测量到的温度，具体包括沥青槽11中的温度。所述温度记录仪5可以是杭州美控有限公司生产的 MIK-200D温度记录仪，可间隔1s进行读数，数据可自动存储。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置在使用时，可以在绝热基座的沥青槽中放置高温的沥青浆液，与常温的水泥混凝土顶板接触，沥青浆液的另一侧被绝热板包裹，此时沥青仅与水泥板发生热量传递。由于降温槽中冰块的存在，且水泥混凝土顶板处于旋转状态，可以保持水泥混凝土顶板始终处于恒温状态，通过测量沥青浆液的温度，可以得到沥青-水泥混凝土板界面温度差以及沥青浆液的温度变化，以此推导得出沥青-水泥混凝土板传热速率和传热系数，该沥青-水泥混凝土板模型测得的传热速率为注浆条件下沥青浆液传热速率。
本实用新型进一步提供一种热沥青注浆浆液的传热系数测试方法，使用所述的沥青注浆浆液的传热系数测试装置，包括如下步骤：将热沥青浆液置于沥青槽中，并降温槽中放置冷源(例如，冰块)，加盖水泥混凝土顶板进行匀速旋转，通过温度传感器读取各沥青槽中热沥青浆液的温度，并根据温度变化(例如，通过温度传感器记录的温度变化曲线)，计算获得热沥青浆液在沥青-水泥混凝土板界面的传热系数。由于传热系数与接触介质密切相关，因此本试验得到的是热沥青浆液在沥青-水泥混凝土板界面(即沥青、水泥混凝土板接触界面)的传热系数。同理，将上层水泥混凝土板材料置换为其他材料作为顶板时，也可得到热沥青浆液在沥青-其他材料界面的传热系数。
本实用新型所提供的沥青注浆浆液传热系数的测试装置通过将热沥青注浆扩散过程中的双向传热模型进行简化，使得该装置能有效测试出不同厚度下沥青-水泥混凝土的传热速率和传热系数，且该传热速率即为注浆条件下沥青浆液的传热速率。该装置简单易操作，大幅度降低了高温热沥青浆液可能给试验人员带来伤害的风险，且能够通过该装置在室内试验中得到较为可靠的沥青-水泥混凝土的传热系数。
实施例1
实施例中所使用的热沥青注浆浆液传热系数测试装置的具体参数如下：绝热基座为直径 400mm、高30mm的圆盘，其上面层设有6个尺寸为直径60mm、高度10mm的降温槽、5 个尺寸为直径60mm，高度分别为1mm、2mm、3mm、4mm和5mm的沥青槽和1个尺寸为直径35mm、高度为30mm的温度监测孔，上面层各槽与温度监测孔的圆心均匀分布在与圆盘同圆心、半径为15cm的圆上；沥青槽中心埋有温度传感器，采用镍铬-镍硅K型热电偶温度传感器；温度传感器与温度记录仪相连，温度记录仪采用杭州美控有限公司生产的 MIK-200D温度记录仪，可间隔1s进行读数，数据可自动存储；水泥混凝土顶板采用P.O.42.5 普通硅酸盐水泥制成，并切割打磨为直径400mm、高30mm的圆盘；绝热顶板为直径400mm、高30mm的圆盘，尺寸与水泥混凝土顶板相同；胶水采用耐高温环氧树脂AB胶水，主要成分为环氧树脂，与沥青不相溶。如图1所示一种热沥青注浆浆液传热系数测试装置，将绝热基板置于基座上，将中心杆的底部与绝热基板(铁支架)上表面固定，再将中心杆贯穿顶板 (水泥混凝土顶板)中部，将温度传感器安装于沥青槽中，并将温度传感器与温度记录仪连接，得到热沥青注浆浆液传热系数测试装置组装完整示意图。
使用安装完成的装置测量不同厚度热沥青浆液与水泥混凝土顶板的传热速率与传热系数，技术路线如图2所示，测试步骤如下：
(1)试验准备，主要包括设备准备、沥青准备、冰沙准备等。在设备准备阶段，需布设好设备各部分，检测温度传感器与温度记录仪是否正常工作，并确保试验所需的工具到位；采用泡沫保温箱存储冰块，在每次试验前将块状冰研磨成沙状，作为试验冰沙；在试验前制备注浆沥青。
(2)冰沙置入、压实、整平、控温。为确保每次试验降温槽的降温效果相同，需对降温槽内冰沙质量、温度和表面平整度进行定量控制。每次用电子秤称取冰沙26g置入单个降温槽中，对降温槽内冰沙压实并整平至与降温槽檐口齐平。采用红外测温枪对降温孔内冰进行温度监测，当温度在-0.5～0℃时，可进行试验。
(3)沥青加热、置入、刮平。本试验所用沥青材料为上海路桥集团与上海城建日沥特种沥青有限公司研发的注浆专用沥青，浆材原材料主要为SK-70号基质沥青、LG-501型SBS、 sasobit和抗车辙沥青母粒。使用烘箱将沥青加热至初始注入温度210℃，并在完成冰沙控温后，将沥青置入沥青槽中。采用经电热板加热的刮刀对沥青进行刮平，使沥青表面与沥青槽檐口齐平。
(4)在沥青刮平后，在绝热基座上方盖上水泥混凝土顶板，并以40转/min的速度旋转水泥混凝土顶板，直至沥青温度降低至100℃或者水泥混凝土顶板温度超出试验规定温度范围。
(5)通过设置于绝热基座中的温度监测孔，每隔10s对应用红外测温仪对水泥混凝土顶板进行一次测温，判定水泥混凝土顶板是否处于试验规定温度范围内。
(6)试验结束后，通过温度记录仪导出试验数据，并进行试验数据的处理。
由于绝热基座仅是极大程度地降低热量的消散，并非完全绝热，为提高试验数据的精度需要进行系统误差消除试验，保持试验条件不变的情况下，将水泥混凝土顶板换为相同初温的绝热顶板，记录沥青浆液在上下均为绝热板的条件下温度衰减规律，再将该试验数据与图 2技术路线得到的试验数据进行处理，得到不同厚度下热沥青浆液-水泥混凝土板的传热速率。测试步骤除将上述水泥混凝土顶板换为绝热顶板外，其余测试步骤与上述测试步骤相同，系统误差消除试验的技术路线如图3所示。
通过温度记录仪可以导出沥青槽内热沥青浆液随时间的温度变化曲线，如图4(a)所示为加盖水泥混凝土板时高度1mm沥青槽内的浆液温度变化曲线，即沥青温度随时间的增加而不断下降；同理得到加盖绝热顶板时高度1mm沥青槽内的浆液温度变化曲线，如图4(b) 所示。
当沥青-水泥混凝土板温差为ΔT时，沥青传热速率的计算公式为因此分别对上述图4(a)和图4(b)中的曲线进行求导，再乘以比热容c、沥青密度ρ和沥青厚度b，得到加盖水泥板时的沥青传热速率与加盖绝热顶板时的沥青传热速率，由于绝热基座只是极大程度地降低热量散失，并非能完全绝热，为提高试验数据的精度，必须对系统误差进行消除，即将两者相减，可得到t时刻沥青的真实传热速率vQ(t)，又因为沥青温度T与时间t为一一对应关系，因此可推导出温差为ΔT时，单位面积下沥青传热速率vQ(ΔT)，如图4(c)所示。又由沥青的传热系数为可推导出温差为ΔT时，沥青的传热系数h，如图4(d) 所示。
由图4(c)可知，当沥青槽厚度为1mm时，随着温差的增加，沥青-水泥混凝土板传热速率明显增大，二者基本呈线性关系。由图4(d)可知，传热系数随温差变化不断波动，数值处于48～50.5J/m2·s·℃之间，最大变化幅度为4.8％，具有较高的稳定性。考虑到试验误差的存在，可以认为传热系数始终保持恒定，1mm厚度下沥青-水泥混凝土传热系数为 49.6J/m2·s·℃。
综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。