CN105784575B - 受拉状态下的沥青材料紫外光老化试验方法 - Google Patents

受拉状态下的沥青材料紫外光老化试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）紫外光老化试验方法，包括紫外光老化模拟试验中光源选择及其辐照强度随空间及时间的测定；沥青材料备样；沥青材料受拉状态下紫外光老化试验进行及后续的性能测试试验，以及试验结果分析。通过本测试方法的实施，可较好地模拟实际沥青路面在交通荷载及紫外线辐照下发生光老化的过程，全面分析沥青材料的紫外光老化程度，揭示其光老化规律。本测试方法设计合理，翔实具体。

Description

受拉状态下的沥青材料紫外光老化试验方法
技术领域
本发明属于公路及城市道路领域，具体涉及一种受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）紫外光老化试验方法。
背景技术
沥青路面在实际运营过程中，将暴露于外界环境中，太阳光中的紫外线辐射将使沥青路面发生光老化。我国西北部地区的自然地理及环境气候条件，以及由于全球范围内的环境污染和温室效应，臭氧层被破坏，导致道路表面紫外线辐射强度逐年增加，由此紫外线对沥青路面的影响也必然增大。而另一方面，沥青材料光老化是一个复杂的问题，相比现已成熟的以旋转薄膜烘箱试验、薄膜烘箱试验和压力老化试验作为研究手段的沥青材料热老化研究，目前尚无统一的沥青材料紫外线光老化试验标准。
近年来，我国交通部公路科学研究院、山西省交通科学研究院先后添置、研发了模拟自然气候条件（如紫外辐射、日晒雨淋等）的沥青老化箱；哈尔滨工业大学、同济大学、武汉理工大学、西安建筑科技大学等高校先后开展了沥青紫外线光老化研究，研发了人工模拟紫外线加速老化试验设备。但在沥青材料紫外光老化方面，现无统一的试验规程可供参考，各研究单位及人员间的试验设备、试验方法、试验条件（如紫外光照强度、光照时间、沥青膜厚等）等存在较大差别，使得试验结果不尽相同，相互间可比性及借鉴性较差。而且，在上述进行沥青材料的光老化模拟试验中，均仅仅采用紫外光源对静态放置的沥青材料进行光老化，但是，在实际条件下，暴露于光照下的沥青路面并非单纯地仅接受光老化，而是在车辆交通荷载作用下，沥青路面也将不可避免地处于受拉状态下。因此，为了更为确切地模拟沥青路面的紫外光老化，分析沥青材料的紫外光老化机理，有必要对沥青材料施以拉应变（或拉应力），再结合紫外光照模拟，即对受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）进行紫外光老化，这将具有现实意义及研究价值。
本发明提出了一种受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）紫外光老化试验方法，以期为后续沥青路面材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受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）紫外光老化试验方法。
本发明提出的受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）紫外光老化试验方法，具体步骤如下：
(1)、紫外光源选择及辐照强度测定
考虑本试验方法将对沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）施以拉应变（或拉应力），为了与之相匹配，将选择带状紫外光源，即产生的辐照面积形状为条形状，以最大程度满足投射于被测沥青材料上的紫外辐照强度均一。
紫外光源确定后，在试验过程中需定时进行辐照强度测定，获得辐照强度的空间分布及其随时间的衰变规律。
、试样制备
考虑实际条件下，紫外线辐射仅对沥青路面最表层产生老化效应，因此，试验中的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）试样应控制其厚度，保证厚度小且均匀。试样若为薄片状时，厚度不超过1mm为宜；试样为薄条状时，厚度不超过2mm为宜。
①薄片试样制备：沥青或沥青胶浆在成型为薄片状试样时，在流动状态时需加以搅拌以保证均匀。根据试验需求，将适量流动状热沥青或沥青胶浆置于隔离纸上（确保沥青或沥青胶浆易揭取），紧接着用加热至与沥青或沥青胶浆相同温度的涂抹器进行厚度控制下的沥青或沥青胶浆薄层制备，需保证沥青或沥青胶浆薄层厚度均一、平滑。待沥青或沥青胶浆薄层冷却后，在其上覆盖隔离纸。然后，将其分割至试验需要尺寸的薄片样品。
②薄条试样制备：沥青、沥青胶浆或沥青混合料成型为薄条状试样时，将搅拌均匀的待测热沥青、沥青胶浆或沥青混合料注入事先涂抹好甘油滑石粉隔离剂的可拆卸试模中，注入时，为保证试样均匀，自试模的一端至另一端往返数次快速将试样注入试模内，且底部四个顶点处需着重注入试样。对于沥青或沥青胶浆，待浇筑完成的试样降至室温后，用热刮刀刮平表面，保证沥青或沥青胶浆与试模上表面齐平且沥青或沥青胶浆表面平滑；对于沥青混合料，待浇筑完成的试样温度降至室温后，自模具中取出，并对沥青混合料试样进行进一步切割至试验需要尺寸的薄条样品。其中，沥青混合料中集料最大公称粒径以不超过4.75mm为宜。
（３）、受拉状态下沥青材料紫外光老化试验
将试样安装至应变发生控制器的相应夹具上，其中应变发生器可自动控速，记录输出应变、应力、模量、相位角等信息。根据试样性质的不同，设定不同的拉伸速率、控制应变值、试验温度等，对被测试样进行受拉试验。
根据试验需要，设定试样厚度、辐照时间、应变控制值、试验温度等参数，在试样进行拉应变过程中，同时接受紫外光源辐照进行光老化。
（４）、沥青材料试样性能测试
通过应变发生器进行的沥青材料试样受拉过程，以模量、相位角、损伤因子等黏弹性参数为衡量指标进行试样的拉伸性能分析。
将完成受拉及光老化后的沥青材料试样取出并进行性能测试试验，主要包括：
宏观试验：沥青材料表面观测、软化点试验、拉拔试验等；
微细观试验：沥青族组成分析试验、Superpave试验（动态剪切流变试验、弯曲蠕变劲度试验）、红外光谱试验、热分析试验（差示扫描量热试验、热重分析试验等）、凝胶色谱试验等。
（５）、结果分析
综合拉伸速率、受拉状态、试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、沥青材料性能试验等测试结果，进行沥青材料抗紫外线老化性能对比、评价分析；并可对紫外光老化完成后的沥青材料试样进行拉伸试验，与“受拉状态下+紫外光老化”同时作用下的沥青材料试样测试结果进行对比分析。
本发明给出受拉状态下的沥青材料（包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料）紫外光老化试验方法，包括紫外光老化模拟试验中光源选择及其辐照强度随空间及时间的测定；沥青材料备样；受拉状态下沥青材料紫外光老化试验进行及后续性能测试试验，以及试验结果分析。通过本测试方法的实施，可较好地模拟实际沥青路面在交通荷载及紫外线辐照下发生光老化的过程，全面分析沥青材料的紫外光老化程度，揭示其光老化规律。本测试方法设计合理，翔实具体。
附图说明
图1 试样拉伸装置图。
图中标号：１为试样，2为固定端，3为运动端。
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)、紫外线光源类型的确定
选择1kW高强度汞灯作为紫外光源，并安装滤光片，以保证试样表面温度不过高，维持被测沥青表面温度30℃。
（２）、试样准备
选择SBS改性沥青作为被测沥青，硅油纸作为隔离纸。将SBS改性沥青及涂抹器置于170℃烘箱中加热，待SBS改性沥青呈流动状态后，将其搅拌均匀，取约4g置于硅油纸上，以可控制沥青薄层厚度的热涂抹器单向摊铺。本实施例中，共制备了四种膜厚的SBS改性沥青试样，厚度分别为250μm、500μm、750μm、1000μm。待沥青薄层冷却后，在其上覆盖硅油纸。然后，将其分割至平面尺寸为30mm×10mm的薄片试样。
（３）、受拉状态下SBS改性沥青紫外光老化试验
将制备好的试样安装至MCR流变仪的DMTA拉伸夹具上（如图1），将紫外光源正对被测沥青薄片试样进行紫外光辐照以模拟光老化。实施例中，分别对沥青试样进行扭转拉伸及单向拉伸试验。
本实施例中，控制试验温度为30℃，设定拉伸速率为10-2s，控制应变为0.05%，记录紫外辐照强度、紫外辐照时间、拉伸应力、拉伸应变、模量等数据。
（４）、SBS改性沥青试样性能测试
将完成受拉及光老化后的沥青试样取出并进行性能测试试验，由于实施例中试样量较少，拉伸后试样主要进行微观试验，包括红外光谱分析、热重分析。
（５）、结果分析
实施例将综合试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、拉伸应力、拉伸应变、模量、特征吸收峰指数、质量变化等测试结果，进行SBS改性沥青在紫外光照条件下的拉伸性能对比、评价分析。

Claims (1)

1.一种受拉状态下的沥青材料紫外光老化试验方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)、紫外光源选择及辐照强度测定
选择带状紫外光源，使产生的辐照面积形状为条形状，最大程度满足投射于被测沥青或沥青胶浆或沥青混合料上的紫外光照强度均一；
紫外光源确定后，在试验过程中定时进行辐照强度测定，获得辐照强度的空间分布及其随时间的衰变规律；
(2)、试样制备
紫外线辐射仅对沥青路面最表层产生老化效应，控制试验中的薄片状沥青材料厚度不超过1mm，薄条状沥青材料厚度不超过2mm；
①薄片状沥青材料试样制备：将流动状热沥青或沥青胶浆置于隔离纸上，用加热至与沥青或沥青胶浆相同温度的涂抹器进行厚度控制下的沥青或沥青胶浆薄层制备，需保证试样厚度均一、平滑；待沥青或沥青胶浆薄层冷却后，在其上覆盖隔离纸，将其分割至试验需要尺寸的薄片样品；
②薄条状沥青材料制备：将待测热沥青、沥青胶浆或沥青混合料注入事先涂抹好甘油滑石粉隔离剂的试模中，注入时，自试模的一端至另一端往返数次快速将待测热沥青、沥青胶浆或沥青混合料注入试模内，且试模的四个顶点处需着重注入待测热沥青、沥青胶浆或沥青混合料；对于沥青或沥青胶浆，待浇筑完成的试样降至室温后，用热刮刀刮平表面，保证沥青或沥青胶浆与试模上表面齐平且沥青或沥青胶浆表面平滑；对于沥青混合料，待浇筑完成的试样温度降至室温后，自模具中取出，并对沥青混合料试样进行进一步切割至试验需要尺寸的薄条样品，其中，沥青混合料中集料最大公称粒径不超过4.75mm；
(3)、受拉状态下沥青材料紫外光老化试验
将步骤(2)得到的试样安装至应变发生器的相应夹具上，所述应变发生器自动控速，记录输出应变、应力、相位角和模量，根据试样性质的不同，设定不同的拉伸速率、控制应变值和试验温度，对被测试样进行受拉试验；
根据试验需要，设定试样厚度、辐照时间、应变控制值和试验温度参数，在进行试样进行拉应变过程中，同时接受紫外光源辐照进行光老化；
(4)、沥青材料试样性能测试
通过应变发生器进行的沥青、沥青胶浆或沥青混合料试样受拉过程，以模量为指标进行试样的拉伸性能分析；
将完成受拉及光老化后的沥青材料试样取出并进行性能测试试验，主要包括：
宏观试验：沥青表面观测、软化点试验和拉拔试验；
微细观试验：沥青族组成分析试验、Superpave试验、红外光谱试验、热分析试验和凝胶色谱试验；
(5)、结果分析
综合拉伸速率、受拉状态、试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、沥青材料性能试验测试结果，进行沥青材料抗紫外线老化性能对比、评价分析；并可对紫外光老化后的沥青材料试样进行拉伸试验，与受拉状态下+紫外光老化同时作用下的沥青材料试样测试结果进行对比分析；
其中：所述沥青材料为沥青、沥青胶浆或沥青混合料中任一种。
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