CN105588799A - 沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法，包括了室内沥青混合料紫外线光老化试验中紫外线光源及其辐照强度、辐照时间的确定，沥青混合料试样准备，沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验（包括搅动模式及旋动模式）及沥青混合料光老化后性能检测试验。通过本测试方法的实施，可确保沥青混合料充分接受紫外线辐照，进而全面分析沥青混合料紫外线光老化程度，揭示沥青混合料在紫外线光老化过程中的变化规律及光老化机理。本测试方法设计合理，翔实具体，试验操作简便易行。

Description

沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法

技术领域

本发明属于公路及城市道路领域，具体涉及一种沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法。

背景技术

沥青混合料在搅拌、运输、摊铺过程中会经受高温影响而不可避免出现热老化；而且，在沥青路面后续运营过程中，太阳光中的紫外线照射使得沥青混合料表面发生光老化。虽然紫外线照射直接影响的沥青厚度只能达到0.1mm，但是考虑到老化后沥青分子的扩散作用，紫外光老化可扩展至沥青表层以下1mm的厚度范围。由于沥青混合料中沥青膜厚通常为5μm-15μm，所以紫外线辐射对沥青混合料的表层有很大的影响。在强紫外线的照射下，沥青路面低温劲度增加、破坏应变减小，易形成温缩裂缝；同时沥青光老化后与集料的黏附性变差，易引起剥落、松散、坑槽等破坏，从而影响沥青路面的使用性能及服务寿命。因此，有必要对沥青及其混合料的紫外光老化进行系统研究。

但现有规范中尚无沥青及沥青混合料紫外光老化的相关试验标准，发明专利“沥青及沥青混合料紫外线光老化仿真系统”及实用新型专利“一种沥青及沥青混合料长期老化试验的装置”中涉及了沥青及沥青混合料紫外线光老化试验方法，可进行紫外线辐照及其他外界条件下的老化模拟，但仅主要提及了紫外线老化模拟系统的组成。如果采用紫外光老化后的沥青拌合制备沥青混合料，不仅会多浪费沥青材料，而且与实际情况有所偏差。对于沥青混合料的光老化试验方面，现有研究甚少，且仅有的几篇对沥青混合料进行光老化研究的论文中，都是对由沥青混合料制作而成的马歇尔试件或者车辙板的最表层进行了紫外光线的照射，而后再进行马歇尔试验或动稳定度试验等测试，由于以上均为粗放型的试验项目，由紫外线造成的最表层沥青老化很大程度上都不可避免地会被试验误差等所掩盖，不能很好地从本质上了解紫外光老化后的沥青混合料性能发展状况。因此，仅有的研究中均为沥青混合料试件表面在静态下的光老化模拟试验，其存在不足：沥青混合料在老化过程中均处于静止状态，沥青混合料仅一个表面受紫外线的辐照，从而尚未能对沥青混合料做出全面准确的光老化模拟。另外，对于在实际路面中钻取的芯样进行抽提后得到的沥青进行老化后性能研究中，由于只是路面表层沥青受到了光老化，而抽提出的沥青中并非全部被紫外线辐照过，实际发生光老化的沥青占据抽提沥青中非常小的比例，由此得出的沥青性能试验结果大大削弱了实际紫外光老化的程度。基于以上，在沥青混合料的紫外光老化研究方面，还存在很多缺陷及不足。因此，针对以上问题，提出沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法，以改进完善沥青混合料光老化方面的试验研究。

本发明提出一种沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法，以期为后续沥青混合料光老化相关研究提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法。

本发明提出的沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法，具体步骤如下：

(1)、紫外线光源确定

根据紫外线光源辐射产生的光斑形状，室内光老化模拟试验中的紫外光源分为环状紫外光和带状紫外光。环状紫外光一般由蘑菇型的反射型黑光高压汞灯产生；带状紫外光由圆柱管状的强紫外线高压汞灯产生。考虑环状紫外光源辐射下的紫外光强度由内向外而减弱，强度衰减严重，所以，此发明中选用强紫外线高压汞灯作为紫外线光源。

另外，由于紫外光源在开启时会产生较多的热量，所以，需采用风扇或隔热玻璃等降温措施，保证沥青混合料表面温度低于50℃，以避免热老化发生。

(2)、紫外线辐照强度确定

由于紫外光源辐照强度和离开光源的距离呈负相关，所以，在进行沥青混合料光老化模拟试验中，可调节沥青混合料试样与光源的距离，以进行不同辐照强度下的沥青混合料紫外线光老化模拟试验。在每个试验沥青混合料试样与光源的距离上，待光源辐照强度稳定后，采用辐照计测定紫外线辐照强度值；

(3)、紫外线辐照时间确定

根据选定的紫外线光源辐照强度，结合试验需求，根据试验需要设置一定的时间间隔进行沥青混合料的紫外线光老化模拟试验。且可根据步骤(2)中测定的紫外光源辐照强度，结合室外实际路面上的紫外线辐照强度，根据光能量等效原理，可进行室内外紫外辐照时间的换算。

(4)、沥青混合料试样准备

根据试验目的，可由设计确定的沥青混合料配合比制备沥青混合料，或选定某一粒径的集料与沥青原材料，根据在集料表面形成的沥青膜厚度要求而确定的油石比进行拌合制备沥青混合料。在沥青混合料从拌合设备中取出后，立即将沥青混合料分散至最小单位（如单个颗粒），将冷却后的沥青混合料颗粒作为紫外线光老化模拟试验所用试样。紫外线光老化动态模拟试验中，制备好的沥青混合料颗粒单层、分散、均匀地铺于置物盘中作为试样，以把置物盘单层铺满为单次光老化模拟试验最大需要量。

(5)、沥青混合料紫外线光老化动态模拟

考虑沥青混合料在静态光老化试验中，仅一个表面可接受紫外光辐照，不能全面反映沥青混合料的光老化性能。以下采用搅动、旋动两种动态模式进行沥青混合料的紫外线光老化模拟试验。

①搅动模式

将步骤（４）得到的沥青混合料放置在具有搅拌叶片的置物盘中，根据步骤（１）、（２）和（３）选定的紫外线光源、紫外线辐照强度和紫外线辐照时间，在进行紫外线光老化动态模拟试验时，在搅拌叶片的循环搅动下，沥青混合料颗粒随之在置物盘中滚动，位于置物盘正上方的紫外线光源所辐照出的紫外线，可最大限度地满足沥青混合料颗粒不同表面接受紫外光线照射；且可根据试验需要，可更换不同大小的置物盘、搅动叶片，亦可改变搅动频率；

②旋动模式

将步骤（４）得到的沥青混合料放置在可往复回旋的置物盘中，根据步骤（１）、（２）和（３）选定的紫外线光源、紫外线辐照强度和紫外线辐照时间，在进行紫外线光老化动态模拟试验时，在电动机及支撑装置的带动下，沥青混合料颗粒随之在置物盘中滚动，位于置物盘正上方的紫外线光源所辐照出的紫外线，可最大限度地满足沥青混合料颗粒不同表面接受紫外光线照射；且根据试验需要，可更换不同大小的置物盘，亦可改变旋动频率。

(6)、沥青混合料试样性能测试试验

对达到步骤(５)所设定的动态光老化辐照时间后的沥青混合料试样进行性能测试试验，主要包括：

宏观试验：黏附性试验、抽提试验等。

微细观试验：抽提后所得沥青的微观试验，如表面能试验、动态剪切试验等。

(7)、结果分析

综合试验温度、紫外光源辐照强度、紫外光源辐照时间、沥青混合料性能等测试结果，进行沥青混合料紫外线光老化性能分析及机理探究。

本发明的有益效果在于：本发明包括了室内沥青混合料紫外线光老化试验中紫外线光源及其辐照强度、辐照时间的确定，沥青混合料试样准备，沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验（包括搅动模式及旋动模式）及沥青混合料光老化后性能检测试验。通过本测试方法的实施，可确保沥青混合料充分接受紫外线辐照，进而全面分析沥青混合料紫外线光老化程度，揭示沥青混合料在紫外线光老化过程中的变化规律及光老化机理。本测试方法设计合理，翔实具体，试验操作简便易行。

附图说明

图1沥青混合料紫外线光老化动态模拟——搅动模式。

图1中各代码代表：1—灯箱、2—控制箱、3—小型轴流风机、4—UV反射罩、5—强紫外线高压汞灯、6—镇流器、7—开关、8—指示灯、9—置物盘、10—搅拌叶片、11—支撑、12—电动机。

图2沥青混合料紫外线光老化动态模拟——旋动模式。

图2中各代码代表：1—灯箱、2—控制箱、3—小型轴流风机、4—UV反射罩、5—强紫外线高压汞灯、6—镇流器、7—开关、8—指示灯、9—置物盘、13—弹性支撑、14—振动电机。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

1、紫外线光源确定

实施例1采用强紫外线高压汞灯作为紫外线光源，功率为1000W。在汞灯正下方放置滤光片以阻隔红外热量，降低沥青混合料表面温度，实测老化箱中温度为20℃。考虑沥青混合料试样接受的紫外线辐照强度与离开光源的距离呈反比例关系，所以置物盘放置阀设计为可调节高度，其可满足调整的量程为50cm，最小调整幅度为2cm。

2、紫外线辐照强度确定

实施例1中，置物盘放置于距离紫外线光源正下方15cm高度处。实测此处紫外光线辐照强度平均值为45.5×10³uw/cm²。

3、紫外线辐照时间的确定

实施例1中以100h作为一个测试周期，选定光老化辐照时间：0h、100h、200h、300h。

4、沥青混合料试样准备

沥青混合料制备时，采用壳牌70号基质沥青及粒径为13.2mm的石灰岩集料作为原材料，油石比采用2%，在170℃下拌合制备沥青混合料，作为后续紫外线光老化模拟试验中的试样。

5、沥青混合料紫外线光老化动态模拟

以搅动模式进行沥青混合料紫外线光老化动态模拟，采用3个搅拌叶片，每个叶片长度为9.5cm，宽度为0.5cm。置物盘为圆形，半径为10cm。搅动频率设定为20r/min。按照步骤(3)中设定的光老化时间进行沥青混合料的老化试验，将达到预定紫外线光老化辐照时间后的沥青混合料试样取出妥善保存，以进行后续4个不同紫外线光老化时间下的沥青混合料性能分析。

6、沥青混合料试样性能测试试验

对所有完成步骤(3)所设定紫外光老化时间后的沥青混合料试样依次进行性能测试试验，包括：外观观测对比；黏附性试验；抽提后的沥青进行动态剪切试验及红外光谱试验。

7、结果分析

随着紫外线光老化时间的增加，沥青混合料表面逐渐暗哑，最表层碳化程度逐渐增强。考虑试验的快速性，采用水煮法（浸煮时间6min）进行了沥青与集料表面的黏附性试验。根据试验后集料表面上沥青膜剥落情况对比，在紫外线光老化辐照后的沥青混合料单个颗粒的黏附性等级分别为：紫外线光老化0h的沥青-集料单个颗粒的黏附性等级为5；紫外线光老化100h的沥青-集料单个颗粒的黏附性等级为4；紫外线光老化200h、300h沥青-集料单个颗粒的黏附性等级为3。

后续将综合试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、沥青混合料光老化后性能试验等测试结果，进行沥青混合料紫外线光老化性能的综合分析。

Claims (1)

1.一种沥青混合料紫外线光老化动态模拟试验方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)、紫外线光源确定

选用圆柱管状的强紫外线高压汞灯作为紫外线光源；且需采用风扇或隔热玻璃进行降温，以保证沥青混合料表面温度低于50℃；

(2)、紫外线辐照强度确定

根据紫外光源辐照强度和离开光源的距离成反比，在进行沥青混合料光老化模拟试验中，通过调节沥青混合料试样与光源的距离，以进行不同光源辐照强度下的沥青混合料紫外线光老化模拟试验；在每个试验沥青混合料试样与光源的距离上，待光源辐照强度稳定后，采用辐照计测定紫外线辐照强度值；

(3)、紫外线辐照时间确定

根据选定的紫外线光源辐照强度，结合试验需求，设置不同的时间间隔进行沥青混合料的紫外线光老化模拟试验，且可根据步骤(2)中测定的紫外光源辐照强度，结合室外实际路面上的紫外线辐照强度，根据光能量等效原理，可进行室内外紫外辐照时间的换算；

(4)、沥青混合料试样准备

根据试验目的，可由设计确定的沥青混合料配合比制备沥青混合料，或选定某一粒径的集料与沥青原材料，根据在集料表面形成的沥青膜厚度要求而确定的油石比，拌合制备沥青混合料；将所得沥青混合料分散至最小单位，作为紫外线光老化模拟试验所用的沥青混合料；进行紫外光老化动态模拟试验，将制备好的沥青混合料颗粒单层、分散、均匀地铺于置物盘中作为试样，以把置物盘单层铺满为单次光老化模拟试验最大需要量；

(5)、沥青混合料紫外线光老化动态模拟

沥青混合料在紫外光老化动态模拟试验中，采用搅动模式或旋动模式进行沥青混合料的紫外线光老化模拟试验：

搅动模式

①将步骤（４）得到的沥青混合料放置在具有搅拌叶片的置物盘中，根据步骤（１）、（２）和（３）选定的紫外线光源、紫外线辐照强度和紫外线辐照时间，在进行紫外线光老化动态模拟试验时，在搅拌叶片的循环搅动下，沥青混合料颗粒随之在置物盘中滚动，位于置物盘正上方的紫外线光源所辐照出的紫外线，可最大限度地满足沥青混合料颗粒不同表面接受紫外光线照射；且可根据试验需要，可更换不同大小的置物盘、搅动叶片，亦可改变搅动频率；

②旋动模式

将步骤（４）得到的沥青混合料放置在可往复回旋的置物盘中，根据步骤（１）、（２）和（３）选定的紫外线光源、紫外线辐照强度和紫外线辐照时间，在进行紫外光老化动态模拟试验时，在电动机及支撑装置的带动下，沥青混合料颗粒随之在置物盘中滚动，位于置物盘正上方的紫外线光源所辐照出的紫外线，可最大限度地满足沥青混合料颗粒不同表面接受紫外光线照射；且根据试验需要，可更换不同大小的置物盘，亦可改变旋动频率；

(6)、沥青混合料试样性能测试试验

对达到步骤(５)所设定的动态紫外光老化辐照时间后的沥青混合料试样进行性能测试试验，主要包括：

宏观试验：黏附性试验和抽提试验；

微细观试验：抽提后所得沥青的微细观试验；

(7)、结果分析

综合试验温度、紫外光源辐照强度、紫外光辐照时间和沥青混合料性能测试结果，进行沥青混合料紫外线光老化性能分析及机理探究。