CN101571475A - 沥青紫外老化程度的检测方法 - Google Patents
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Abstract
沥青紫外老化程度的检测方法，它涉及了沥青老化程度的检测方法。本发明解决了现有检测沥青老化的方法中不适用于检测沥青的紫外老化的问题。本发明沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平板上，对沥青进行扫描，升温或降温再进行频率扫描，绘制复合模量曲线；二、得到频率扫描主曲线；三、作切线，得到粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度。本发明沥青紫外老化程度的检测方法能够清楚地判断沥青的紫外老化程度。
Description
技术领域
本发明涉及沥青老化程度的检测方法。
背景技术
近年来，随着我国沥青路面的比例日益增大，老化引起沥青路面结构损害的现象逐渐为人们所重视。作为一种高分子材料，沥青在光、热、氧、水分等因素作用下容易发生老化，并因而严重地影响路面的使用性能。沥青在吸收紫外光以及氧参与下引起高分子材料的老化作用被称为沥青的紫外老化现象。
我国是一个高原大国，国土总面积中海拔2000m以上的面积约占33％，3000m以上的约占10％，主要集中于西部。由于大气层成分及途经路程大小都与低海拔的内地平原地区不同，这些地区的环境特点是年平均气温低，主体日照时数长，太阳辐射总能量大，太阳光谱中紫外线的比例高，占太阳总辐射量的20％～25％，是内陆地区的4～5倍。强烈的紫外线辐射导致高分子材料老化现象十分突出。
另一方面，由于全球范围内的环境污染和温室效应，臭氧层被破坏，导致地球表面紫外线辐射强度逐年增加。利用地面观测和卫星资料，中国气象科学院的周秀骥报道了我国在青藏高原存在一个臭氧低值中心。中心出现于每年六月，中心区臭氧总浓度的年递减率达0.345％，研究还发现，自1979年以来，我国大气臭氧总量逐年减少，年平均递减率为0.077％～0.75％。事实上，臭氧总浓度的减少是在全球范围内发生的，自从1980以来，在北纬25-60度上空的臭氧层已经变薄大约3-6％，地球表面平均增加大约4-7％的UVB。在一些地区和每年的一定时间里臭氧更稀薄。例如在春季，北极地区变薄15％，在太平洋地区比二十世纪七十年代大约变薄50％，从而使地球表面分别增加了22％和130％的UVB。
沥青及沥青混合料的长期老化受到气候和环境因素的影响显著。强烈的紫外线使得公路沥青面层在很短时间内迅速泛白、老化，沥青面层耐久性降低，同时当有裂隙的存在时，紫外老化层与其下层的接触条件变得相对较弱，面层易剥落。沥青及沥青混合料在紫外老化的作用下逐渐变脆，导致冬季低温劲度大大增加，破坏应变减小，因而极容易生成温缩裂缝的致命弱点，致使路面开裂；沥青紫外老化后其粘度下降，与集料的粘附性变差，引起路面产生龟裂，甚至沥青从集料的表面脱落，产生坑槽，严重影响了沥青路面的路用性能，降低公路的使用寿命。
此外，沥青再生技术的发展与应用，对沥青老化的研究提出了更高的要求。公路旧沥青回收再生技术作为一项节能、环保的资源再生技术，应用的前景十分广阔。目前，国外旧沥青路面重复利用率高达80％。在西欧国家，德国、法国、荷兰都是最早将再生料应用于公路路面修复与养护的国家；日本仅2000年其再生沥青混合料利用已达50万吨；我国沥青路面再生利用技术始于80年代中期，当时主要技术是将适当的轻油加入旧渣油路面使路面软化，取代了常规沥青混合料。随后，不断进行沥青路面再生利用技术试验。截至2007年底，我国公路通车里程已达到357.3万公里，预计在今后5年至10年内，我国将进入公路养护维修的高峰期。随着沥青路面维修养护量的不断增加，沥青路面再生旧料的应用与发展，要求对沥青的不同环境下的老化机理、老化对沥青路用性能影响有更深入的研究。
目前，沥青老化评价研究主要是针对热老化而言，以旋转薄膜烘箱/薄膜烘箱(RTFOT/TFOT)和压力老化试验(PAV)作为研究手段。由于紫外老化和热老化机理不同，以往的研究不能很好的解决沥青的紫外老化问题，人们对沥青紫外老化机理及影响因素尚不清楚，也无被普遍接受或认可的紫外老化路用性能的评价方法。
发明内容
本发明是为了解决现有检测沥青老化的方法中不适用于检测沥青的紫外老化的问题，而提供沥青紫外老化程度的检测方法。
本发明沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm～2000μm，以5℃为起始温度用0.1～10Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔5℃或10℃再用0.1～10Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到65℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度不超过135℃，加热时间不超过75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
本发明另一种沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm～2000μm，以65℃为起始温度用0.1～10Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔5℃或10℃再用0.1～10Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到5℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度不超过135℃，加热时间不超过75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
本发明沥青紫外老化程度的检测方法解决了现有技术不适用于检测沥青的紫外老化的问题，大量室内、室外试验及现场调查表明经紫外长期辐照后的沥青变硬、变脆了，但目前的常规评价指标和SHRP(美国公路战略研究计划)评价指标均不能很好的解释这一现象，本发明沥青紫外老化程度的检测方法为评价紫外老化后沥青粘弹力学行为提供了很好的参考。
附图说明
图1为具体实施方式一及具体实施方式十一检测沥青紫外老化的原理示意图，其中1代表弹性区，2代表粘弹性区，3代表粘性区，“■”代表主曲线，“△”为15℃曲线，
为25℃曲线，
为35℃曲线，
为45℃曲线，
为55℃曲线，“○”为65℃曲线；图2为具体实施方式十检测沥青紫外老化0h得到的25℃下的频率扫描主曲线；图3为具体实施方式十检测沥青紫外老化110h得到的25℃下的频率扫描主曲线；图4为具体实施方式十检测沥青紫外老化220h得到的25℃下的频率扫描主曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm～2000μm，以5℃为起始温度用0.1～10Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔5℃或10℃再用0.1～10Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到65℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度不超过135℃，加热时间不超过75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
本实施方式步骤二中在曲线低频端做的切线是指弹性区复合模量的切线，相当于荷载作用时间t＝0时对应的复合模量，在曲线高频端做的切线是指粘性区的复合模量切线，相当于荷载作用时间t＞＞0时对应的复合模量值。
本实施方式步骤一中沥青的厚度由平行板的圆形平行板的直径决定。
本实施方式的原理如图1所示，绘制出各温度下的复合模量曲线，再通过时温等效变换得出25℃下的频率扫描主曲线，根据角频率的大小划分出弹性区(角频率为104以上)、粘弹性区(角频率为104～10-1)和粘性区(角频率为10-1以下)，分别在弹性区(即曲线高频端)与粘性区(即曲线低频端)做切线，切线的交点所对应的角频率即为粘弹转变频率，根据粘弹转变频率的数值即可判断出沥青紫外老化程度。
本实施方式中粘弹转变频率越小表示沥青紫外老化程度越大。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中圆形平行板的直径为25mm。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为2000μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中圆形平行板的直径为8mm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤一中用2～8Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤一中用4～6Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤一中用5Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：步骤一中每间隔5℃再用2～8Hz的频率对沥青进行频率扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：步骤一中每间隔10℃再用4～6Hz的频率对沥青进行频率扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：步骤一中每间隔5℃再用5Hz的频率对沥青进行频率扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式十：本实施方式沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm，以5℃为起始温度用5Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔10℃再用5Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到65℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度为135℃，加热时间为75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
本实施方式步骤二中在曲线低频端做的切线是指弹性区复合模量的切线，相当于荷载作用时间t＝0时对应的复合模量，在曲线高频端做的切线是指粘性区的复合模量切线，相当于荷载作用时间t＞＞0时对应的复合模量值。
本实施方式中圆形平行板的直径为25mm。
采用本实施方式的方法分别对紫外老化0h，110h及220h的沥青(中海90#和盘锦90#)检测它们的粘弹转变频率，检测结果的主曲线分别如图2至图4所示，从图2至图4可以看出，ω0＜ω110＜ω220，符合沥青老化程度与角频率关系的规律，说明本实施方式的方法能够清楚的判断沥青的老化程度。
具体实施方式十一：本实施方式沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm～2000μm，以5℃为起始温度用0.1～10Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔5℃或10℃再用0.1～10Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到65℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度不超过135℃，加热时间不超过75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
本实施方式步骤二中在曲线低频端做的切线是指弹性区复合模量的切线，相当于荷载作用时间t＝0时对应的复合模量，在曲线高频端做的切线是指粘性区的复合模量切线，相当于荷载作用时间t＞＞0时对应的复合模量值。
本实施方式步骤一中沥青的厚度由平行板的圆形平行板的直径决定。
本实施方式的原理如图1所示，绘制出各温度下的复合模量曲线，再通过时温等效变换得出25℃下的频率扫描主曲线，根据角频率的大小划分出弹性区(角频率为104以上)、粘弹性区(角频率为104～10-1)和粘性区(角频率为10-1以下)，分别在弹性区(即曲线高频端)与粘性区(即曲线低频端)做切线，切线的交点所对应的角频率即为粘弹转变频率，根据粘弹转变频率的数值即可判断出沥青紫外老化程度。
本实施方式中粘弹转变频率越小表示沥青紫外老化程度越大。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一的不同点是：步骤一中将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。
本实施方式中圆形平行板的直径为25mm。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一的不同点是：步骤一中将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为2000μm。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。
本实施方式中圆形平行板的直径为8mm。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一至十三的不同点是：步骤一中用2～8Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。其它步骤及参数与具体实施方式十一至十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十一至十三的不同点是：步骤一中用4～6Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十一至十三的不同点是：步骤一中用5Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：步骤一中每间隔5℃再用2～8Hz的频率对沥青进行频率扫描。其它步骤及参数与具体实施方式十一至十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十一至十六的不同点是：步骤一中每间隔10℃再用4～6Hz的频率对沥青进行频率扫描。其它步骤及参数与具体实施方式十一至十六相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十一至十六的不同点是：步骤一中每间隔5℃再用5Hz的频率对沥青进行频率扫描。其它步骤及参数与具体实施方式十一至十六相同。
Claims (10)
1、沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm～2000μm，以5℃为起始温度用0.1～10Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔5℃或10℃再用0.1～10Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到65℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度不超过135℃，加热时间不超过75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
2、根据权利要求1所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中用2～8Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。
3、根据权利要求1所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中用4～6Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。
4、根据权利要求1、2或3所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中每间隔5℃再用2～8Hz的频率对沥青进行频率扫描。
5、根据权利要求1、2或3所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中每间隔10℃再用4～6Hz的频率对沥青进行频率扫描。
6、沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于沥青紫外老化程度的检测方法按照如下步骤进行：一、将待检测的沥青加热至胶浆状放在平行板上，沥青在平行板上的厚度为1000μm～2000μm，以65℃为起始温度用0.1～10Hz的频率对平板上的沥青进行扫描，每间隔5℃或10℃再用0.1～10Hz的频率对沥青进行频率扫描，直至沥青的温度达到5℃进行最后一次频率扫描，根据扫描得到的角频率及复合模量的对应关系绘制不同温度下复合模量曲线，其中绘制复合模量曲线以角频率为横坐标，以复合模量为纵坐标；二、将步骤一绘制的不同复合模量曲线进行时温等效变换，参考温度设定为25℃，得到25℃下的频率扫描主曲线；三、在步骤二得到的频率扫描主曲线上的曲线低频端和高频端作两条切线，两条切线的交点为粘弹转变频率；即获得沥青紫外老化程度；其中步骤一中将检测沥青加热至胶浆状，加热温度不超过135℃，加热时间不超过75min；步骤一中对沥青的频率扫描采用动态剪切流变仪。
7、根据权利要求6所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中用2～8Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。
8、根据权利要求6所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中用5Hz的频率对平板上的沥青进行第一次扫描。
9、根据权利要求6、7或8所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中步骤一中每间隔10℃再用4～6Hz的频率对沥青进行频率扫描。
10、根据权利要求6、7或8所述的沥青紫外老化程度的检测方法，其特征在于步骤一中步骤一中每间隔5℃再用5Hz的频率对沥青进行频率扫描。
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