CN109507086A - 一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，包括紫外线老化箱体部分和紫外线老化试样部分，紫外线老化箱体部分包括紫外线老化箱体、风冷系统、紫外线灯组和温度监测系统，紫外线老化试样部分包括紫外线老化试样箱和气体交换系统。本发明即可在隔氧条件中，实现对沥青材料的加速紫外线老化试验，也可以对沥青进行光‑热及光‑热‑氧耦合条件下的老化试验；温度可以控制在80℃之内，精度为0.5℃，在设定温度范围后，其可对老化试验箱的温度进行监测，便于准确控制在规定的温度范围内；紫外线辐照计可测定出紫外线的辐射能量，便于定量分析紫外辐射能量；仪器易于操作，工程成本小。

Description

一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱

技术领域

本发明涉及沥青老化测试技术领域，具体是一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱。

背景技术

沥青作为一种有机高分子材料，在加工和使用过程中受到光、热、氧等因素的作用发生老化是不可避免的。沥青老化是影响道路沥青使用性能的重要因素。影响沥青老化的最主要因素是温度、氧、光照、溶出和随着应用时间发生的机械损伤和疲劳，当然沥青老化是各因素的综合作用。沥青老化是一个逐渐发生的过程，老化速率直接影响到路面的使用寿命。沥青受到紫外线照射时，表层沥青先被老化而产生裂缝，紫外线就会继续照射内部的沥青，引起内部沥青的老化。目前市场上已有的沥青紫外老化箱成本高、热氧老化干扰大、针对性不强、不能满足紫外线单一因素老化的试验需求。该设备是在隔氧条件下，采用高压汞灯灯光加速模拟阳光中的紫外线老化，避免了热、氧老化对试验结果的干扰，而且可以进行光-热及光-热-氧多因素下的沥青老化试验，适合于道路沥青的测试，主要是适用于学校、工厂、科研等单位。

针对沥青紫外线老化，国内外学者做了许多有意义的探索，如沥青专用型紫外线老化试验烘箱、一种用于沥青材料加速紫外老化的试验装置、沥青紫外线老化试验装置、沥青及沥青混合料紫外线光老化仿真系统等，这些有意义的研究和发明，在研究沥青紫外线老化中发挥了重要的作用。

现有技术之一：一种沥青专用型紫外线老化试验烘箱，包括烘箱主体和与之配合的控制烘箱本体运作的自动控制系统两部分，所述烘箱主体包括箱体本体、加热管、风机、紫外线灯管组架和沥青样品托盘；所述自动控制系统包括温度自动控制模块、风机开关控制模块、紫外线灯控制模块、加热管开关控制模块。本发明能通过调节距离合理控制紫外线照射在沥青样品表面的紫外线强度，提高了烘箱内温度控制的精度，降低了温度波动幅度，紫外线元器件设置在烘箱本体外，延长了其使用寿命，另外，可根据试验要求做到加热功率的可调，节约了能源。

现有技术一存在以下缺点：

1、技术一提供了一种做沥青紫外线老化的设备，可以提高烘箱内温度控制的精度，无法实现沥青紫外线单一因素老化试验。

2、技术一只能进行沥青紫外线老化试验，不能进行光与其它因素耦合条件下的沥青老化试验。

现有技术之二：一种用于沥青基材料加速紫外老化的试验装置，本发明中复合转盘设置在环境箱内，所述复合转盘包括主转动盘，至少一个紫外光源设置在主转动盘的正上方，主转动盘的底面与传动轴的一端固接，传动轴的另一端与驱动电机的输出轴相连接，主转动盘上放置有多个沥青试件，紫外辐照计的紫外探头设置在主转动盘的盘面上，紫外辐照计的读数单元设置在环境箱外，温度传感器位于在环境箱内且靠近主转动盘设置，数据采集及控制系统设置在环境箱外且与温度传感器电连接。本发明能够实现设备精准控温，精准计量紫外辐照强度及辐射能量，并可制备沥青材料在光-热老化耦合作用后的材料

现有技术二的缺点同技术一缺点相同。

现有技术之三：一种新型沥青紫外线老化试验装置，由环境试验箱和紫外线隔板组成，紫外线隔板一端与环境试验箱一侧内壁呈悬臂连接，将环境试验箱分为上部温湿度紫外线环境老化试验箱和下部温湿度环境老化试验箱，并分别形成上部温湿度紫外线环境老化试验箱和下部温湿度环境老化试验箱的通风口，在上部试验箱设置有可调节紫外线辐射灯，在上、下部试验箱内分别设置有相同的上、下部温湿度控制组件单元、沥青薄膜试样托盘和沥青样件搁架，本装置保持上、下部试验箱内具有相同的温、度试验条件，通过可调节紫外线辐射灯模拟相同的温、湿度条件下不同紫外光对沥青老化的影响，为沥青紫外线老化提供快速可靠的对比评价依据

现有技术三的缺点同技术一相同。

现有技术之四：一种沥青及沥青混合料紫外线光老化仿真系统，包括模拟自然条件的样品实验室、模拟并强化紫外线的辐射强度的光源系统和电源控制系统。所述光源系统包括：反射型黑光高压汞灯、稳压器和UV-A型紫外辐照计。本实用型的紫外线光老化仿真系统能在人为制造的环境内模拟自然条件下并强化紫外线的辐射强度(10倍以上)，以便在较短的时间获得试验结果。它包括了温度控制系统、时间控制器和安全控制系统，以使该系统有效控制样品表面的温度，实现自动开启和关闭，并且安全可靠。

现有技术四的缺点同技术一相同。

通过以上现有技术的查新及目前国内外沥青紫外线老化设备的查阅发现，目前没有任何实现沥青在隔氧条件下紫外线单一因素老化的设备，但是，实际沥青路面在自然条件下受到紫外线的老化，探究紫外线对沥青的老化是必须要解决的问题，而发明一种适合沥青在隔氧条件下紫外线单一因素老化的设备也是沥青路面发展必须经历的一个过程，本发明从无到有创造了一种沥青隔氧紫外线老化试验箱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，包括两部分，第一部分为紫外线老化箱体部分，包括紫外线老化箱体、风冷系统、紫外线灯组和温度监测系统，第二部分为紫外线老化试样部分，包括紫外线老化试样箱和气体交换系统；

所述紫外线老化箱体由方形钢管焊接框架，之后采用铁皮焊接到框架形成箱体，并在一面开箱门；

所述降温系统包括鼓风机、排气扇、冷却管、水泵和水循环箱。鼓风机安装在紫外线老化箱体侧面，出风口正度对试样箱门，排气扇置于紫外线老化箱体顶部，正对紫外线灯架中心，冷却管安装在紫外线老化试样箱内；

所述温度监测系统有温度监测探头、温度数显屏幕。一个温度监测探头置于紫外线灯组上，另一个温度监测探头置于高透光玻璃上面，即紫外线灯正下方；

所述紫外线灯组包括紫外线灯架、灯架高度调节轨道、触发器和镇流器，紫外线灯组布置形式为：在试验箱正上方部位装有灯架高度调节轨道，可调节紫外线灯与试样老化箱的距离为10～40cm，紫外线灯架最多可安装三组高压汞灯，灯管间距100mm，为了便于触发器和镇流器散热，将其安装在紫外线老化箱体外；

所述紫外线老化试样箱由紫外线试样箱体和试样箱门；紫外线试样箱体采用不锈钢板，经无缝焊接形成，试样箱门框也采用不锈钢板，上面装有高透光玻璃，试验箱主体与试验箱门之间，采用密封硅胶条进行密封；

所述气体交换系统包括压力表、氮气流量计、氮气减压器、气体稳流阀和四向气体阀门。四向气体阀门连接真空泵、氮气出口、负压表和紫外线老化试样箱；

作为本发明进一步的方案：所述的沥青材料隔氧紫外线老化试验箱，其中所述的紫外线老化箱体为长×宽×高＝740mm×500mm×650mm；

作为本发明再进一步的方案：所述的紫外线试样箱体的长×宽×高为520mm×350mm ×100mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明解决了隔氧条件下实现沥青紫外线单一因素老化试验；

2、本发明老化箱也适用沥青光-氧和光-氧-热老化试验；

3、本发明老化箱各部件安装简单，操作方便；

4、本发明老化箱实现定时控制，可定时后自动运行；

5、本发明老化箱装有电源保护设备，防止漏电发生。

附图说明

图1为一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱的结构示意图。

图2为一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱中紫外线试样箱的结构示意图。

图3为一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱中什么的的结构示意图。

图中：1-紫外线老化箱体、2-紫外线灯组、3-高压汞灯、4-镇流器、5-触发器、6-灯架轨道、7-排气扇、8-鼓风机、9-冷凝管、10-储水箱、11-水泵、12-温度探头A、13-温度探头B、14-温度数显屏幕A、15-温度数显屏幕B、16-触电保护器、17-总时控开关、18- 紫外灯组时控开关、19-交流扩容器、20-紫外线试样箱体、21-紫外线试样箱门框、22-高透光玻璃、23-箱体搭扣、24-充气口、25-排气口、26-气体交换系统、27-氮气流量计、 28-压力表、29-气体稳流阀、30-氮气进口、31-氮气排出口、32-负压表、33-四向气体阀门。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，包括紫外线老化箱体1、紫外线灯组2、高压汞灯3、镇流器4、触发器5、灯架轨道6、排气扇7、鼓风机8、冷凝管9、储水箱10、水泵11、温度探头A12、温度探头B13、温度数显屏幕A14、温度数显屏幕B15、触电保护器16、总时控开关17、紫外灯组时控开关18、交流扩容器 19、紫外线试样箱体20以及气体交换系统26，其中所述的紫外线试样箱体20的长×宽×高为740mm×500mm×650mm，冷凝管9按蛇形排列设置在紫外线老化箱体1内部，以提高其降温效果；温度探头A12和温度探头B13分别设置在紫外线灯组2上侧和紫外线试样箱体20内部；用于监控紫外线灯组2和紫外线试样箱体20的温度，并且温度探头A12和温度探头B13分别于温度数显屏幕A14和温度数显屏幕B15电性连接；温度数显屏幕A14和温度数显屏幕B15对应显示温度大小，温度数显的精度为0.1℃；所述温度数显屏幕A14 和温度数显屏幕B15设置在紫外线老化箱体1的外侧板上；所述总时控开关17设置在温度数显屏幕A14和温度数显屏幕B15的下侧，并串联在排气扇7、鼓风机8、水泵11及紫外线灯组2与电源连接的回路上；总时控开关17可控制排气扇7、鼓风机8、水泵11及紫外线灯组2的电源；所述排气扇7设置在紫外线老化箱体1的顶部，鼓风机8固定安装在紫外线老化箱体1的侧壁靠近底部的位置；水泵11固定安装在紫外线老化箱体1的顶部；所述紫外线灯组2设置在紫外线老化箱体1内部；在紫外线灯组2与电源的回路上还设有紫外灯组时控开关18；紫外灯组时控开关18可独立控制紫外线灯组2的电源，每天最多设定16组开关时间，以达到试验对照射时间的需求及合适的高压汞灯工作与休息时间，增大设备的使用期限；交流扩容器19接入紫外灯组时控开关18用来提高瞬时高电流承载能力，增加电路安全性。

所述的紫外线试样箱体20的长×宽×高为520mm×350mm×100mm,其包括紫外线试样箱门框21、高透光玻璃22、箱体搭扣23、充气口24以及排气口25；其中紫外线试样箱门框21设置在紫外线试样箱体20的顶部，在紫外线试样箱体20内部舍偶高透光玻璃22；紫外线试样箱门框21通过箱体搭扣23与紫外线试样箱体20活动链接；所述充气口24和排气口25开设在紫外线试样箱体20的两侧壁上；在紫外线试样箱体20的外沿上刻5mm 凹槽，放入半径10mm硅胶垫圈，凹槽中涂入灰胶以粘连硅胶垫圈，而且使紫外线试样箱体20有更好的密闭性；高透光玻璃22的选择充分考虑透光性能及强度，与紫外线试样箱门框21之间垫入硅胶片，防止压碎。

所述的气体交换系统26的长×宽×高为400mm×300mm×600mm；其包括氮气流量计 27、压力表28、氮气进口30、氮气排出口31、负压表32以及四向气体阀门33；氮气通过气体稳流阀29以稳定的流速输出，并以氮气流量计27调节和控制氮气输出速率；四向气体阀门33连接充气口24、负压表32、真空泵、氮气瓶进行气体交换，达到试验所需的隔氧效果。

一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱使用方法，按照试验目的及设计要求将15.4g沥青浇入直径为140mm的老化盘中，紫外线试样箱体中可放置6-8盘沥青试样。紫外线试样箱门盖到紫外线试样箱体上，扣紧箱体搭扣，将紫外线试样箱放入紫外线老化箱体中，使沥青试样正对紫外线灯组。紫外线试样箱上的充气口接入四向气体阀门，并将真空泵、氮气出口、负压表接入，打开紫外线试样箱的充气口和排气口阀门，在400ml/min流速下充入氮气20min，关闭排气口阀门，打开真空泵，将紫外线试样箱内气压抽至-0.1Mpa，继续将前面气体交换步骤重复一次，之后关闭充气口与排气口。关闭紫外线老化试验箱箱门，设定总时控开关与紫外灯组时控开关时间，连接设备电源后闭合触电保护器开关即可运行设备进行紫外线老化试验。

针对目前无法实现隔氧条件下沥青紫外线老化试验的现状，特别是沥青材料极易在高温中发生氧化，应用目前现有的沥青材料紫外线老化试验设备，只是采用降低试验温度而减少氧化反应，通过设计一种即可以实现隔氧条件下沥青紫外线老化，又可以达到低温的试验条件，设计一种沥青材料隔氧紫外线老化试验箱。在室内进行了多种设计方案比选，光源、灯距的选定及大量试验，通过不同设计方案的优化，分析隔氧方式的可行性，得出最优化的沥青材料隔氧紫外线老化试验箱的设计构造。

在沥青材料隔氧条件紫外线老化的实现过程中，由于高压汞灯工作时散热量大，对试验仪的运转性能、温度稳定性、避免热老化的实现等，这些特殊的试验条件为沥青材料隔氧紫外线老化试验箱的研制提出了新的考验，如何保证试样箱在高压汞灯的高温照射下实现温度的稳定性、如何保证各设备长达1个月及更长时间的运行、如何满足沥青紫外线老化试验温度的可控性，实现模拟外界紫外线强度的要求、如何实现隔氧条件要求成为新的难题，在这些条件下，本发明根据大量设计方案比选、设备性能稳定性测试、紫外线辐照强度测定、试验设备隔氧条件试验研究，证实沥青材料隔氧紫外线老化试验箱可以实现沥青隔氧条件下紫外线老化的要求，使试验数据满足设计、研究、使用的要求。

移动沥青材料隔氧紫外线老化试验箱，使沥青试样放置到紫外线老化试样箱中，将紫外线老化试样箱进行气体交换步骤后置于紫外线灯组正下方，开启并设置相关设备，进行沥青材料隔氧紫外线老化试验。

沥青材料隔氧紫外线老化试验箱主要作用：

1)可进行沥青的老化试验：包括沥青光、光-热、光-热-氧老化试验；

2)可将温度控制在60℃～130℃范围内；

3)可进行控制温度内的某一恒定温度的沥青光老化试验；

4)可进行控制温度内的不同温度范围内的沥青光-热、光-热-氧老化试验；

5)可进行1个月～2个月的徐变正负变温试验，实现模拟外界紫外线对沥青材料性能影响的试验；

6)可实现温度测量精度为0.5℃的老化试验；

7)在设定温度后，无需人员操作，其可根据所设计的老化时间进行定时紫外线老化试验箱进行自动启动和停止(包括实现人为停止与开始)，准确控制在规定的老化时间。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，是由两部分组成，第一部分为紫外线老化箱体部分，包括紫外线老化箱、风冷系统、紫外线灯组和温度监测系统；第二部分为紫外线老化试样箱部分，包括紫外线老化试样箱和气体交换系统。

2.根据权利要求1所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述风冷系统包括鼓风机和排气扇，鼓风机位于紫外线老化箱左侧，排气扇位于紫外线老化箱顶部，于紫外线灯组正上方位置。

3.根据权利要求1所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述紫外线灯组包括两组高压汞灯、镇流器和触发器。镇流器及触发器位于沥青隔氧紫外线老化试验箱外顶部。

4.根据权利要求1或3所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述紫外线灯组与电源连接的回路上设有紫外灯组时控开关。

5.根据权利要求1所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述温度检测系统包括两组温度探头和温度数显屏幕，一个温度探头位于紫外线灯组上方，另一个温度探头位于紫外线老化试样箱上方；两个温度探头分别与温度数显屏幕电性连接；温度数显屏幕位于沥青隔氧紫外线老化试验箱外右侧。

6.根据权利要求1所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述紫外线老化试样箱包括紫外线老化试样箱体、箱体搭扣和高透光玻璃；箱体搭扣共四个，分别长边各安装两个；箱体两侧有氮气入口和排气口；紫外线老化试样箱体顶部设有紫外线试样箱门框；紫外线试样箱门框的内部镶嵌安装有高透光玻璃。

7.根据权利要求1所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述气体交换系统包括压力表、氮气流量计、氮气减压器、气体稳流阀和四向气体阀门，并通过管路以此串联；气体交换系通过四向气体阀门连接紫外线老化试样箱、真空泵和氮气瓶。

8.根据权利要求1所述的一种沥青材料隔氧紫外线老化模拟箱，其特征在于，所述紫外线灯组的电源时控开关和风冷系统都连接到另一个电源时控开关上，这个时控开关连接到触电保护器上。