CN109580921A - 沥青材料老化性能评价方法和沥青材料老化性质评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供沥青材料老化性能评价方法和沥青材料老化性质评价方法，涉及工程材料技术领域。该沥青材料老化性质评价方法通过测试材料的流变性能指标，并绘制流变性能指标的主曲线，基于主曲线求解流变性能指标的位移因子。将位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系结合，得到老化性能、活化能和反应速率的关系。其中，不同老化状态下的活化能不一致，活化能越大，温度敏感性越差,老化性能越差；不同老化状态下的反应速率越大,材料的流变状态越不稳定,老化性能越差。该沥青材料老化性质评价方法通过对不同老化状态下沥青材料的活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数进行计算，对沥青材料的老化性能进行准确评价。
Description
技术领域
本发明涉及工程材料技术领域，具体而言，涉及一种沥青材料老化性能评价方法和沥青材料老化性质评价方法。
背景技术
常规方法中，对于沥青老化的评价存在诸多不足。传统的薄膜老化试验不能准确地模拟现场施工情况下沥青的老化情况，而由于沥青的流变特性，其在不同的剪切速率下具有不同的粘度值，采用没有剪切速率限制条件下的粘度值来评价沥青的粘稠性能也是不可取的。
现有的沥青材料老化性能评价方法都不能准确地评价沥青在实际工作状态下的性能，使得操作人员对于以沥青为例的材料的性能，尤其是在工况下的老化性能，缺乏准确的评价方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种沥青材料老化性能评价方法，该沥青材料老化性能评价方法结合化学动力学原理，通过对材料的活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数进行计算，并结合温度敏感性与活化能的关系，以通过化学反应动力学参数对材料的老化性能进行准确地评价。
本发明的另一目的在于提供一种沥青材料老化性质评价方法，通过对不同老化状态下材料的活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数进行计算，并结合温度敏感性与活化能的关系，通过化学反应动力学参数对材料的老化性质进行准确地评价，并根据规律检测沥青材料性能随外界条件变化的情况。
本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供一种沥青材料老化性能评价方法，包括以下步骤：在不同温度下，测试材料的流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线，并基于所述主曲线求解位移因子；其中，所述主曲线反应不同温度下流变性能指标与频率的关系；建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式；将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数；基于化学反应动力学参数的计算结果对沥青材料老化性能进行评价。
结合第一方面，述在不同温度下，测试材料的流变性能指标，并绘制所述流变性能指标的主曲线的步骤包括：通过频率扫描，在不同温度下，对材料进行流变性能试验，得到流变性能指标；根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线。
结合第一方面，所述根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线的步骤包括：绘制不同温度下的流变性能指标随频率的关系曲线；选择测试过程中的中间温度作为参考温度；将不同温度下的所述流变性能指标随频率的关系曲线平移至所述参考温度；绘制所述参考温度下的所述流变性能指标的主曲线。。
结合第一方面，所述根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线的步骤之后还包括：求解所述位移因子；其中，所述流变性能指标的主曲线中，计算不同温度下流变性能指标随频率的关系曲线到主曲线的平移距离，(参考频率-平移距离)/参考频率，即为位移因子。
结合第一方面，所述建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式的步骤包括：根据流变性能试验类型，建立反应速率方程；基于化学反应动力学原理，建立第一化学反应动力学经验公式；根据材料的流变特性，转换所述第一化学反应动力学经验公式，得到第二化学反应动力学经验公式；根据时间温度换算原理，定义位移因子、温度与反应活化能间的结合公式。
结合第一方面，所述将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数的步骤包括：将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算得到位移因子与温度的关系；根据所述位移因子与温度的关系作图；根据图像特性，计算沥青材料活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。
结合第一方面，所述位移因子表征温度对材料流变性能的影响，所述位移因子由材料的流变特性决定。
第二方面，本发明还提供一种沥青材料老化性质评价方法，包括以下步骤：对样品进行老化试验，以制得可用于流变性能试验的材料；在不同温度下，测试材料的流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线，并基于所述主曲线求解位移因子；其中，所述主曲线反应不同温度下流变性能指标与频率的关系；建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式；将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数；基于化学反应动力学参数的计算结果对沥青材料老化性能进行评价。
结合第二方面，所述对材料进行老化试验的步骤包括：短期老化试验，用于模拟材料在短时间内发生老化导致的材料性能变化；长期老化试验，用于模拟材料在长时间老化后材料的性能变化。
结合第二方面，对比第一样品与第二样品的性能；其中，对比所述第一样品与所述第二样品的性能的步骤，在分别对所述第一样品与所述第二样品基于化学反应动力学参数的计算结果进行老化性能进行评价之后进行；所述第一样品与所述第二样品是同种材料经过不同的老化试验所得到的不同样品；或所述第一样品与所述第二样品是不种材料经过相同的老化试验所得到的不同样品。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供的沥青材料老化性能评价方法通过在不同温度下，对待测试材料进行流变性能试验，得到流变性能指标。根据流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线，并根据流变性能试验的反应类型，建立化学反应动力学方程。从而结合参照主曲线与化学反应动力学方程，活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数，其活化能越大，沥青材料温度敏感性就越差，老化也就越严重；反应速率越大，沥青材料的流变状态就越不稳定,老化性能也就越差。该方法利用化学反应动力学评价材料性能，取代了现有的通过检测材料黏度等物理特性的评价方法，使得该评价方法适用范围广泛，尤其适用于以非牛顿流体为例的，性质会随检测调节变化的有机材料。避免了检测条件对材料性能的影响，使得评价结果更加准确。
本发明提供的沥青材料老化性质评价方法通过在不同温度下，对材料进行老化反应试验，使得材料转化成为具有不同性能的样品，并对不同的样品进行流变性能试验，得到流变性能指标。根据流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线，并根据流变性能试验的反应类型，建立化学反应动力学方程。从而结合参照主曲线与化学反应动力学方程，活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数，其活化能越大，沥青材料温度敏感性就越差，老化也就越严重；反应速率越大，沥青材料的流变状态就越不稳定,老化性能也就越差。并通过对比不同老化程度的样品的性能，从而准确地评价材料性能在不同条件下发生不同程度变化的性质。该方法利用化学反应动力学评价材料的性能，取代了现有的通过检测黏度等物理特性的评价方法，避免了检测条件对材料性能的影响，使得对材料在实际工作状态下的性质评价更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的沥青材料老化性能评价方法的流程示意图。
图2为本发明提供的对样品进行老化试验的流程示意图。
图3为本发明提供的在不同温度下，测试材料的流变性能指标，并绘制所述流变性能指标的主曲线的流程示意图。
图4为本发明提供的根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线的流程示意图。
图5为本发明提供的建立流变性能指标、温度与反应活化能之间的数量关系式的流程示意图。
图6为本发明提供的所述将所述主曲线体现的所述流变性能指标与温度的数量关系，带入温度与反应活化能之间的数量关系式，计算材料反应速率的流程示意图。
图7为本发明提供的未老化的AH90的复合模量的主曲线。
图8为本发明提供的未老化的SBS改性沥青的复合模量的主曲线
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
本实施例提供的沥青材料老化性能评价方法，通过对沥青进行老化反应试验，使得沥青转化成为具有不同性能的样品，并在不同温度下对不同的样品进行流变性能试验，得到流变性能指标。进一步地，根据流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线。根据流变性能试验的反应类型，建立化学反应动力学方程。将主曲线所体现的位移因子与温度之间的关系，带入化学反应动力学方程，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。通过对比不同老化状态下样品的活化能和反应速率，结合活化能越大，沥青材料温度敏感性就越差，老化也就越严重；反应速率越大，沥青材料的流变状态就越不稳定,老化性能也就越差等原理，准确地评价沥青性能在不同条件下发生不同程度变化的性质。该方法利用化学反应动力学评价沥青的老化性能，取代了现有的通过检测沥青的针入度、软化点、延度和黏度等物理特性的评价方法，使得该评价方法适用范围广泛，尤其适用于以非牛顿流体为例的，性质会随检测条件变化的材料。避免了检测条件对沥青的材料老化性能的影响，使得评价结果更加准确。
需要说明的是，在本实施例中，测试材料选用AH90石油沥青(以下简称AH90)和通过苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-butadiene-styrene block copolymer)改性的沥青(以下简称SBS改性沥青)作为测试材料，沥青作为应用较为广泛的材料，对非牛顿流体材料具有良好的代表性。SBS改性沥青作为应用较为广泛的材料，与AH90能形成良好的对比。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以选用其他牌号的沥青，或沥青以外的其它材料，从而根据实际需要，有针对性地进行性能测试。
其中，在本实施例中，选用线形791-SBS改性剂作为原材料制备SBS改性沥青。
需要说明的是，为了保证SBS改性剂能够在老化试验期间降解完全，以便于SBS改性沥青老化规律的发现，SBS改性剂的掺量为外掺3％。
其中，在本实施例中，SBS改性沥青具体的制备工艺是将SBS改性剂加入融化的AH90基质沥青中，在180℃的条件下高速剪切30min，然后再在180℃发育1h，得到SBS改性沥青。
图1为本发明提供的沥青材料老化性能评价方法的流程示意图。请参照图1，本实施例提供的一种沥青材料老化性能评价方法，沥青材料老化性能评价方法具体地包括以下步骤：
步骤S101：对样品进行老化试验。
可选地，在本实施例中，采用物理方法对SBS改性沥青和AH90两种沥青进行老化性能试验，以测试沥青在不同老化状态下的老化性能，从而便于使用者了解材料在特定老化情况下的性质，并避免化学方法对后续检测的干扰。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以选用化学方法或物理化学组合方法对沥青进行老化试验，从而模拟沥青在多种状态下的老化过程，提高老化反应对实际工况的模拟真实性和多样性，提高评价的准确性。
需要说明的是，在本实施例中，选用辽河AH90石油沥青(以下简称AH90)作为测试材料，沥青作为应用较为广泛的材料，对非牛顿流体材料具有良好的代表性。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以选用其他牌号的沥青，或沥青以外的其它材料，从而根据实际需要，有针对性地进行性能测试。
需要说明的是，在本实施例中，随AH90可以进行短期老化试验、长期老化试验或不进行老化试验。
图2为本发明提供的对样品进行老化试验的流程示意图。请结合参照图1和图2，该步骤S101可以选择如下步骤进行：
步骤S1011：短期老化试验。
可选地，在本实施例中，选用旋转薄膜老化试验进行短期老化试验，以模拟实际工况下的短期老化过程，提高试验效率，提高评价的准确性，得到具有短期老化状态的SBS改性沥青和AH90两种材料。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以通过微波加热法或延时搅拌法等方法模拟实际工况下的短期老化过程，以根据需要模拟的工况选择合适的短期老化试验方法，从而提高评价的准确性。
步骤S1012：长期老化试验。
可选地，在本实施例中，选用压力老化试验进行长期老化试验，以模拟实际工况下的长期老化过程，提高试验效率，提高评价的准确性，得到具有长期老化状态的SBS改性沥青和AH90两种材料。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以通过长期烘箱加热老化、红外线处理或紫外线处理等方法模拟实际工况下的长期老化过程，以根据需要模拟的工况选择合适的长期老化试验方法，从而提高评价的准确性。
请继续参照图1。
步骤S102：在不同温度下，测试材料的流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线，并基于主曲线求解位移因子。
可选地，在本实施例中，对未经过老化试验的SBS改性沥青和AH90测试材料，具有短期老化状态的SBS改性沥青和AH90测试材料，与具有长期老化状态的SBS改性沥青和AH90测试材料，共计6组材料，分别在测试52℃、58℃、64℃、70℃、76℃和82℃下的进行测试，得到36组复合模量与频率。通过多温度下的测试提高测试的精确度，减小误差，进而保障评价的准确度。通过多温度下的测试提高代表温度区间，增大适用范围。
其中，在本实施例中，测试6种不同温度下的进行测试的材料复合模量，以通过多温度下的测试提高测试的精确度，减小误差，进而保障评价的准确度。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以测试3-5种不同温度下的流变性能指标，以节约测试时间。
同时，选用上述温度根据AH90作为重交沥青，且在25℃下针入度80-100的实际特性选择，在上述温度下能够有代表性地反应AH90的特性。
图3为本发明提供的在不同温度下，测试材料的流变性能指标，并绘制流变性能指标的主曲线的流程示意图。请结合参照图1和图3，该步骤S102包括如下步骤：
步骤S1021：通过频率扫描，在不同温度下，对材料进行流变性能试验，得到流变性能指标。
需要说明的是，在本实施例中，流变性能指标指复合模量。采用频率扫描3组AH90测试材料在不同温度下的复合模量，以通过测试复合模量来评价材料的流变性能。其中，材料的复合模量测试技术较为成熟，测试精度高，能够提高评价结果的准确性；且成本低廉，便于该方法的推广使用。
可选的，在本实施例中，记录3组AH90测试材料在不同温度下的复合模量与扫描频率。
步骤S1022：根据流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线。
需要说明的是，选用绘制流变性能指标的主曲线的方法进行材料性能评价，通过引入数学工具并将复合模量与扫描频率等数据图像化，使得材料性能更加直观，性能评价更加可靠。
图4为本发明提供的根据流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线的流程示意图。请结合参照图1和图4，该步骤S1022包括：
步骤S1022a：绘制不同温度下的流变性能指标随频率的关系曲线；
需要说明的是，在本实施例中，以10为底数计算复合模量与扫描频率的对数值，以对应的复合模量的对数值作为第一坐标值，对应的扫描频率的对数值作为第二坐标值，在平面直角坐标系中描点，并将通温度下的点连线，形成该温度下的流变性能指标曲线。
可选地，在本实施例中，对3组AH90测试材料，分别绘制各自在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃和82℃下的流变性能指标曲线。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，根据测试材料自身的性质不同，还可以选择其它温度。
步骤S1022b：选择测试过程中的中间温度作为参考温度；
其中，在本实施例中，参考温度T0为64℃，以选取中间值为后续步骤提供参考值，减小后续步骤中计算的误差。
需要说明的是，在本实施例中，中间温度并不指平均温度，而指接近平均温度的，能够提供良好参考的测试温度。
步骤S1022c：将不同温度下的流变性能指标随频率的关系曲线平移至参考温度；
需要说明的是，根据时温等效原理，将52℃、58℃、70℃、76℃和82℃下随频率变化的复合模量曲线平移至参考温度T0，就近似得到该参考温度下AH90复合模量的主曲线。
步骤S1022d：绘制参考温度下的流变性能指标的主曲线。
可选地，在本实施例中，根据对不同温度下随频率变化的复合模量曲线平移至参考温度64℃后的数据进行拟合，得到流变性能指标的主曲线，精度较高。
可以理解的是，在其它可选的实施例中，还可以通过直接对曲线图像进行拟合，也可以得到流变性能指标的主曲线，较为简便。
步骤S1022e：求解位移因子。
需要说明的是，流变性能指标的主曲线中，计算不同温度下流变性能指标随频率的关系曲线到主曲线的平移距离，(参考频率-平移距离)/参考频率，即为位移因子。
请继续参考图1。
步骤S103：建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式。
图5为本发明提供的建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式的流程示意图。请结合参照图1和图5，该步骤S103包括：
步骤S1031：根据流变性能试验类型，建立反应速率方程。
其中，需要说明的是，化学动力学是研究化学反应过程的速率和反应机理的物理化学分支学科。反应速率作为化学反应动力学一个重要的指标是度量化学反应进行快慢程度的物理量，化学反应速率与组元浓度的关系式见公式(1)。
r＝f(CA、CB...CI...) (1)
式(1)中，r表示反应速率，mol.(L.h)-1；CI为I组元的浓度，单位为mol/L。
在本实施例中，AH90老化反应可以认为是一级级数反应，其速率与反应物浓度的一次方成正比，结合式(1)，其反应速率方程为可以表达成公式(2)。
lnc＝B-kt (2)
式(2)中，B为积分常数。对于简单级数的反应来说,只要确定了反应级数n和速率常数k的值,即可方便地建立其速率方程，而对于一级反应k值的大小则可以由lnc对t作图得到，其直线的斜率为-k。
步骤S1032：基于化学反应动力学原理，建立第一化学反应动力学经验公式。
温度T对反应速率r的影响，集中反映在温度对反应速率常数k的影响上，为了反映温度对反应速率常数的影响关系，使用活化能的概念，认为活化能是指把反应物分子转变成活化分子所需要的能量，结合式(2)，提出了基于活化能的第一化学反应动力学经验公式(3)。
lnk＝lnA-Ea/RT (3)
式(3)中，A为指前因子(频率因子)，对于特定的化学反应是个常数；R为摩尔气体常数，约为8.314J/(mol.K)；T为绝对温度，单位为K；Ea为活化能，单位为J/mol。
步骤S1033：根据材料的流变特性，转换第一化学反应动力学经验公式，得到第二化学反应动力学经验公式。
需要说明的是，对于沥青结合料的流变特性而言，温度对沥青结合料性能的影响又称为位移因子，这样公式(3)可以表达成如式(4)所示的第二化学反应动力学经验公式：
α(T)＝exp[(1/T-1/T0)Ea/R] (4)
S1034：根据时间温度换算原理，定义位移因子、温度与反应活化能间的结合公式。
需要说明的是，根据时间温度换算原理，结合式(4)，位移因子α(T)定义为公式(5):
lgα(T)＝lgfr-lgf0＝lg[(f0-P)/f0)] (5)
其中，α(T)为位移因子；fr为平移频率；f0为参考频率；P为平移距离。
请继续参考图1。
步骤S104：将主曲线体现的位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。
图6为本发明提供的将主曲线体现的位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数的流程示意图。请结合图1和图6，该步骤S104包括：
S1041：将主曲线体现的位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算得到位移因子与温度的关系。
其中，在本实施例中，将主曲线体现的平移距离P和参考频率f0带入式(5)，通过数学计算可以求得沥青的位移因子α(T)。
S1042：根据位移因子与温度的关系作图。
其中，在本实施例中，将位移因子α(T)带入公式(4)中得到lnα(T)与1/T数学关系，并绘制lnα(T)-1/T图，即得到一条直线。
S1043：根据图像特性，计算材料活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。
其中，在本实施例中，直线斜率为Ea/R，截距为-Ea/(RT0)。从而得出基于AH90的复合模量的化学反应动力学参数：活化能Ea和指前因子A，即lnA＝Ea/(RT0)。即完成沥青结合料老化的化学反应动力学方程。根据化学反应动力学参数就可以对沥青老化过程中动力学特性进行分析，认识老化过程。
需要说明的是，根据化学反应动力学原理可知，活化能是指活化分子有关的能垒，是把反应物分子转变为活化分子所需要的能量。活化能的大小从一定程度上反映了反应物的分子组成和结构，决定了其反应速率的大小。由公式(3)可知，指前因子和活化能两个参数共同决定了沥青结合的反应速率，反应速率越大，沥青材料流变状态就越不稳定，老化也就越严重,越容易发生变形开裂。
需要注意的是，根据公式(3)还可以发现活化能的大小与沥青的温度敏感性也存在着一定的联系，即在其他条件不变的情况下，试验温度升高或降低一定的幅度，化学反应速率改变的情况。不难发现沥青的活化能越大，其性能随温度变化的敏感性也就越大，沥青老化也就越严重，其对温度变化的适应能力也就越弱。
从而通过计算的不同老化状态下的沥青化学反应动力学参数，可以真实地反映沥青的温度敏感性，从而评价沥青的老化状态。
S105：在不同温度下，测试改性沥青样的流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线，并基于主曲线求解位移因子。
需要说明的是，本步骤具体实施方式同步骤S102，只是实施对象替换为3组SBS改性沥青材料，其它不再赘述。
S106：建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式。
需要说明的是，本步骤具体实施方式同步骤S103，只是实施对象替换为3组SBS改性沥青材料，其它不再赘述。
S107：将主曲线体现的位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算改性沥青的活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。
需要说明的是，本步骤具体实施方式同步骤S104，只是实施对象替换为3组SBS改性沥青材料，其它不再赘述。
S108：对比沥青标准样与改性沥青样的性能。
其中，在本实施例中，仅给出了未老化的AH90(AH90原样)和未老化的SBS改性沥青(SBS改性沥青原样)复合模量的主曲线，见图7和图8。通过对比SBS改性沥青和基质沥青老化规律的异同，分析SBS改性沥青的老化机理，得到如下结果：
表1不同老化状态下各沥青的化学反应动力学参数
通过表1中计算的不同老化状态下的沥青活化能参数可以不难发现，处于不同的老化状态的沥青活化能参数是不同的，特别是对于SBS改性沥青，长期老化的SBS改性沥青相对于短期老化的SBS改性沥青其活化能参数升高了19％。AH90石油沥青随着老化的进行，经历短期老化和长期老化的AH90沥青的活化能变大，其温度敏感性能变差。从胶体不稳定系数的角度来分析其原因，可能是由于随着基质沥青的老化饱和分和芳香分逐渐减少转变成胶质和沥青质，但是这个过程中以芳香分的减少和沥青质的生产更为明显，使得胶体不稳定系数增加而变得不稳定。SBS改性剂的加入使得SBS改性沥青的活化能降低，温度敏感性能提高。
但是，在SBS改性沥青的老化过程中其活化能参数先减小后增大，最后接近于AH90基质沥青。这主要是由于SBS加入到基质沥青后在高速剪切作用下分散成微米级的小颗粒，比表面积增大，沥青中的小分子对其产生溶胀与增塑作用，使得原基质沥青的胶体结构发生改变，小分子组分减少，大分子和极性组分增多；同时，SBS的三维网络作用限制了沥青胶体颗粒运动，而SBS本身要产生形变或运动也需要吸收更多能量，从而有效降低了沥青对温度的敏感性，减小了其活化能。至于短期老化后的SBS改性沥青活化能降低，分析其原因可能是由于在老化过程中SBS发生了部分分解生产了较多的中等尺寸的分子与SBS的三维网络结构综合作用使得其胶体稳定性更强。但是，随着SBS改性沥青的进一步老化，SBS继续分解生产较多的小分子结构，使得长期老化后的SBS改性沥青的温度敏感性接近与基质沥青，也进一步说明了从分子的活化性能来讲，此时的SBS改性沥青由于SBS改性剂的降解其性能更接近与基质沥青。
综上所述，本发明提供的沥青材料老化性能评价方法通过在不同温度下，对材料进行老化反应试验，使得材料转化成为具有不同性能的样品，并对不同的样品进行流变性能试验，得到流变性能指标。根据流变性能指标，绘制流变性能指标的主曲线，并根据流变性能试验的反应类型，建立化学反应动力学方程。从而结合参照主曲线与化学反应动力学方程，计算材料的活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。其中随着老化的进行，沥青的活化能变大，温度敏感性变差。通过对比不同老化状态下的不同样品的活化能，反应不同老化状态下材料的温度敏感性，从而准确地评价材料性能在不同条件下发生不同程度变化的性质。该方法利用化学反应动力学，对不同老化状态下的材料进行对比，以准确地评价材料的老化性能。该方法取代了现有的通过检测针入度、软化点、延度和黏度等物理特性的评价方法，避免了检测条件对材料性能的影响，使得对材料在实际工作状态下的老化性质评价更加准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述沥青材料老化性能评价方法包括以下步骤：
在不同温度下，测试材料的流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线，并基于所述主曲线求解位移因子；其中，所述主曲线反应不同温度下流变性能指标与频率的关系；
建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式；
将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数；
基于化学反应动力学参数的计算结果对沥青材料老化性能进行评价。
2.如权利要求1所述的沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述在不同温度下，测试材料的流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线，并基于所述主曲线求解位移因子的步骤包括：
通过频率扫描，在不同温度下，对材料进行流变性能试验，得到流变性能指标；
根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线。
3.如权利要求2所述的沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线的步骤包括：
绘制不同温度下的流变性能指标随频率的关系曲线；
选择测试过程中的中间温度作为参考温度；
将不同温度下的所述流变性能指标随频率的关系曲线平移至所述参考温度；
绘制所述参考温度下的所述流变性能指标的主曲线。
4.如权利要求1所述的沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述根据所述流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线的步骤之后还包括：
求解所述位移因子；其中，所述流变性能指标的主曲线中，计算不同温度下流变性能指标随频率的关系曲线到主曲线的平移距离，(参考频率-平移距离)/参考频率，即为位移因子。
5.如权利要求1所述的沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式的步骤包括：
根据流变性能试验类型，建立反应速率方程；
基于化学反应动力学原理，建立第一化学反应动力学经验公式；
根据材料的流变特性，转换所述第一化学反应动力学经验公式，得到第二化学反应动力学经验公式；
根据时间温度换算原理，定义位移因子、温度与反应活化能间的结合公式。
6.如权利要求5所述的沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数的步骤包括：
将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算得到位移因子与温度的关系；
根据所述位移因子与温度的关系作图；
根据图像特性，计算沥青材料活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数。
7.如权利要求5或6所述的沥青材料老化性能评价方法，其特征在于，所述位移因子表征温度对材料流变性能的影响，所述位移因子由材料的流变特性决定。
8.一种沥青材料老化性质评价方法，其特征在于，所述沥青材料老化性质评价方法包括以下步骤：
对样品进行老化试验，以制得可用于流变性能试验的材料；
在不同温度下，测试材料的流变性能指标，绘制所述流变性能指标的主曲线，并基于所述主曲线求解位移因子；其中，所述主曲线反应不同温度下流变性能指标与频率的关系；
建立位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式；
将所述主曲线体现的所述位移因子与对应温度的数量关系，带入位移因子、温度与反应活化能之间的数量关系式，计算活化能、指前因子和反应速率等化学反应动力学参数；
基于化学反应动力学参数的计算结果对沥青材料老化性能进行评价。
9.如权利要求8所述的沥青材料老化性质评价方法，其特征在于，所述对材料进行老化试验的步骤包括：
短期老化试验，用于模拟材料在短时间内发生老化导致的材料性能变化；
长期老化试验，用于模拟材料在长时间老化后材料的性能变化。
10.如权利要求9所述的沥青材料老化性质评价方法，其特征在于，所述沥青材料老化性质评价方法还包括：
对比第一样品与第二样品的性能；
其中，对比所述第一样品与所述第二样品的性能的步骤，在分别对所述第一样品与所述第二样品基于化学反应动力学参数的计算结果进行老化性能进行评价之后进行；
所述第一样品与所述第二样品是同种材料经过不同的老化试验所得到的不同样品；或所述第一样品与所述第二样品是不种材料经过相同的老化试验所得到的不同样品。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110988314A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 长沙理工大学 | 基于粘流活化能的sbs改性沥青功能化效果评价方法 |
| CN111312337A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-19 | 中国地质大学（武汉） | 基于热重实验的单峰可燃物热解反应机理模型确定方法 |
| CN112525956A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-19 | 武汉理工大学 | 基于温度-频率等效模型的沥青混合料质量评价方法 |
| CN112687360A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-20 | 珠海格力新材料有限公司 | 塑料材料耐候测试方法、信息数据处理终端、介质及应用 |
| CN114002418A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-01 | 长安大学 | 一种快速评价沥青老化水平的方法 |
| CN114112889A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-01 | 中国路桥工程有限责任公司 | 基于相位角主曲线的沥青抗老化性能评价方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101571475A (zh) * | 2009-06-16 | 2009-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 沥青紫外老化程度的检测方法 |
| CN107576587A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-01-12 | 南京林业大学 | 基于等温热分析动力学的沥青老化性能预测方法 |
-
2018
- 2018-12-03 CN CN201811466496.6A patent/CN109580921A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101571475A (zh) * | 2009-06-16 | 2009-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 沥青紫外老化程度的检测方法 |
| CN107576587A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-01-12 | 南京林业大学 | 基于等温热分析动力学的沥青老化性能预测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 马莉骍: "道路沥青的老化动力学研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110988314A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 长沙理工大学 | 基于粘流活化能的sbs改性沥青功能化效果评价方法 |
| CN111312337A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-19 | 中国地质大学（武汉） | 基于热重实验的单峰可燃物热解反应机理模型确定方法 |
| CN112525956A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-19 | 武汉理工大学 | 基于温度-频率等效模型的沥青混合料质量评价方法 |
| CN112687360A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-20 | 珠海格力新材料有限公司 | 塑料材料耐候测试方法、信息数据处理终端、介质及应用 |
| CN112687360B (zh) * | 2020-12-28 | 2024-04-19 | 珠海格力新材料有限公司 | 塑料材料耐候测试方法、信息数据处理终端、介质及应用 |
| CN114002418A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-01 | 长安大学 | 一种快速评价沥青老化水平的方法 |
| CN114002418B (zh) * | 2021-11-03 | 2024-04-12 | 长安大学 | 一种快速评价沥青老化水平的方法 |
| CN114112889A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-01 | 中国路桥工程有限责任公司 | 基于相位角主曲线的沥青抗老化性能评价方法 |
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