CN112611703A - 一种排水沥青路面耦合老化加速率计算及老化实验方法 - Google Patents
一种排水沥青路面耦合老化加速率计算及老化实验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，包括：获取目标地的年平均温度、年平均湿度和年辐射强度；获取实验温度、实验辐射强度、实验湿度；根据所述年平均温度和所述实验温度计算温度老化反应加速率；根据所述年平均湿度和所述实验湿度计算湿度老化反应加速率；根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率；根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率获得耦合老化加速率。本发明的技术效果：通过参照试验所在地真实气候条件，耦合老化试验参数的选取更加参照试验所在地的真实气候条件，可以更加准确地在实验室模拟排水沥青路面高粘沥青胶结料的实际老化行为。
Description
技术领域
本发明涉及沥青路面实验测量领域，特别涉及一种排水沥青路面耦合老化加速率计算及老化实验方法。
背景技术
近年来，随着“海绵城市”概念的提出和推进，排水沥青路面(OGFC)在中国高速公路上的应用逐渐广泛。排水沥青路面具有明显的生态和环保效益，如增强道路排水能力、降低道路温度、降低车辆行驶噪声和净化雨水等。由于中国复杂的气候环境和重车辆轴载作用，中国排水沥青路面中的沥青胶结料主要使用高粘沥青。然而，即使使用了性能优越的高粘沥青，排水沥青路面仍然面临着严重的老化问题。与密级配沥青路面相比，排水沥青路面的空隙结构较为发达，对外界环境的暴露程度较高。在长期服役期间，高温、降雨、太阳能辐射、氧气等环境因素会对排水沥青路面及其高粘沥青胶结料造成显著的耦合老化效应，这会导致高粘沥青的脆性增加，粘附性能、疲劳性能和应力松弛性能降低，进而加速了排水沥青路面的耐久性破坏。与密级配沥青路面平均18年的服役寿命相比，排水沥青路面的服役寿命一般为10～12年。因此，排水沥青路面中高粘沥青胶结料的长期老化问题不容忽视。
目前，国内外研究人员多推荐采用标准热氧老化试验方法(PAV老化试验)模拟高粘沥青的长期老化行为。尽管标准热氧老化方法可以在较短时间内获得明显的加速老化效果，但该老化方法与排水沥青路面中的高粘沥青的真实服役环境并不一致。排水沥青路面的空隙结构较为发达。在中国南方多雨地区，降雨对排水沥青路面中高粘沥青胶结料性能会产生一定的影响。在中国西南高原地区，太阳能辐射强度高、辐照时间长，这也会对排水沥青路面中的高粘沥青胶结料产生明显的老化作用。因此，对于这种高空隙率的排水沥青路面及其高粘沥青胶结料而言，还应考虑太阳能辐射、水分的老化效应及多环境因素的耦合老化效应。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种排水沥青路面耦合老化加速率计算及老化实验方法，具体的技术方案如下：
一方面，提供一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，包括：
获取目标地的年平均温度、年平均湿度和年辐射强度；
获取实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
根据所述年平均温度和所述实验温度计算温度老化反应加速率；
根据所述年平均湿度和所述实验湿度计算湿度老化反应加速率；
根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率获得耦合老化加速率。
优选地，所述根据所述年平均温度和所述实验温度计算温度老化反应加速率具体包括：
根据所述年平均温度，使用LTPP沥青路面温度模型计算路面年平均温度；
根据所述路面年平均温度，使用Arrhenius方程计算目标地温度老化反应速率；
根据所述实验温度，使用Arrhenius方程计算实验温度老化反应速率；
根据所述目标地温度老化反应速率和所述实验温度老化反应速率获得温度老化反应加速率。
优选地，根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率具体包括：
根据所述年辐射强度，使用光化学反应动力学公式计算目标地辐射反应速率；
根据所述实验辐射强度，使用光化学反应动力学公式计算实验辐射反应速率；
根据所述目标地辐射反应速率和所述实验辐射反应速率计算所述辐射老化反应加速率。
优选地，所述根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率具体包括：
根据所述年平均湿度和所述实验湿度，使用Peck模型计算湿度老化反应加速率。
进一步优选地，其特征在于，根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率获得耦合老化加速率具体包括：
根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率三者之积产生所述耦合老化加速率。
另一方面，提供一种排水沥青路面耦合老化实验方法，包括：
获取标准针入度、标准延度和标准车辙因子；
构建实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
使用所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，获取耦合老化加速率；
构建实验时长；
根据所述年平均温度、所述年平均湿度、所述年辐射强度、所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度、所述实验时长构建老化试验；
执行所述老化实验，得到老化实验结果；
对所述老化实验结果进行测试，得到老化针入度、老化延度和老化车辙因子；
根据所述实验时长和所述耦合老化加速率获得预测时长。
优选地，构建实验温度、实验辐射强度、实验湿度具体包括：
根据预设的显著度测试温度、显著度测试辐射强度、显著度测试湿度、显著度测试时长执行所述老化试验，得到显著度老化实验结果；
对所述老化实验结果进行测试，得到显著度针入度、显著度延度和显著度车辙因子；
根据所述显著度针入度、所述标准针入度计算残留针入度；
根据所述显著度延度、所述标准延度计算残留延度；
根据所述显著度车辙因子、所述标准车辙因子计算残留车辙因子；
根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子判断温度、辐射强度、湿度的显著性，若是显著参数，选择最不利老化条件构建所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度，否则参考所述目标地的气候条件构建所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度。
进一步优选地，所述根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子判断温度、辐射强度、湿度的显著性具体包括：
根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子，分别使用F检验判断温度、辐射强度、湿度的显著性。
优选地，所述构建实验时长前还包括：
获取目标针入度、目标延度和目标车辙因子；
所述构建实验时长具体包括：
根据所述目标针入度、所述目标延度、所述目标车辙因子、所述标准针入度、所述标准延度、所述标准车辙因子、所述耦合老化加速率构建实验时长。
优选地，所述标准针入度为沥青膜厚度1mm，温度25摄氏度下的针入度；
所述标准延度为沥青膜厚度1mm，温度5摄氏度下的延度；
所述标准车辙因子为沥青膜厚度1mm，温度82摄氏度下的车辙因子。
本发明的技术效果：通过参照试验所在地真实气候条件，耦合老化试验参数的选取更加参照试验所在地的真实气候条件，梳理并明确了耦合老化中的显著性老化因素和非显著性老化因素，可以更加准确地在实验室模拟排水沥青路面高粘沥青胶结料的实际老化行为，有助于建立室内耦合老化时间与室外服役时间的转换关系。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的流程示意图；
图2为本发明实施例2的流程示意图；
图3为本发明实施例3的流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，包括：
S1：获取目标地的年平均温度、年平均湿度和年辐射强度；
S2：获取实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
S3：根据所述年平均温度和所述实验温度计算温度老化反应加速率；
S4：根据所述年平均湿度和所述实验湿度计算湿度老化反应加速率；
S5：根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率；
S6：根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率获得耦合老化加速率。
本实施例通过参照试验所在地真实气候条件，耦合老化试验参数的选取更加参照试验所在地的真实气候条件，梳理并明确了耦合老化中的显著性老化因素和非显著性老化因素，并从化学反应动力学角度提出耦合老化加速率的计算方法。可以更加准确地在实验室模拟排水沥青路面高粘沥青胶结料的实际老化行为，有助于建立室内耦合老化时间与室外服役时间的转换关系。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，包括：
S1：获取目标地的年平均温度、年平均湿度和年辐射强度；
S2：获取实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
S3-1：根据所述年平均温度，使用LTPP沥青路面温度模型计算路面年平均温度；
S3-2：根据所述路面年平均温度，使用Arrhenius方程计算目标地温度老化反应速率；
S3-3：根据所述实验温度，使用Arrhenius方程计算实验温度老化反应速率；
S3-4：根据所述目标地温度老化反应速率和所述实验温度老化反应速率获得温度老化反应加速率；
S4-1：根据所述年平均湿度和所述实验湿度，使用Peck模型计算湿度老化反应加速率；
S5-1：根据所述年辐射强度，使用光化学反应动力学公式计算目标地辐射反应速率；
S5-2：根据所述实验辐射强度，使用光化学反应动力学公式计算实验辐射反应速率；
S5-3：根据所述目标地辐射反应速率和所述实验辐射反应速率计算所述辐射老化反应加速率。
S6-1：根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率三者之积产生所述耦合老化加速率。
在本实施例中，高粘沥青多源环境耦合老化试验加速率AF包括温度老化加速率AFT、太阳能辐射老化加速率AFS和湿度老化加速率AFW。
其中，AFT的计算参考热化学反应动力学理论。根据Arrhenius方程，热化学动力学方程如式4所示。
kT——热老化反应速率；
c——反应物浓度；
t——反应时间；
n——反应级数；
A——指前因子；
Ea——活化能(kJ/mol)；
R——摩尔气体常量(J/(mol·K))；
T——反应温度(K)。
参照《中国统计年鉴》数据，获取试验所在地的年平均气温Tair。根据LTPP沥青路面温度模型(式5)，计算试验所在地的沥青路面年平均温度Tpav。
Tpav＝54.32+0.78Tair-0.0025Lat 2-15.14log10(H+25) (5)
Tpav——沥青路面年平均温度(℃)；
Tair——试验所在地年平均气温(℃)；
Lat——试验所在地纬度(°)；
H——路面深度(mm)。
假设室内加速耦合老化试验的温度为TI，则高粘沥青的温度老化加速率AFT为室内加速耦合老化温度下老化反应速率kTI与室外沥青路面温度下老化反应速率kTpav的比值，如式6所示。
AFT——温度加速率；
kTI——室内热老化反应速率；
kTpav——室外热老化反应速率；
TI——室内老化温度(℃)；
Tpav——沥青路面年平均温度(℃)；
A——指前因子；
Ea——活化能(kJ/mol)；
R——摩尔气体常量(J/(mol·K))；
T——反应温度(K)。
高粘沥青太阳能辐射老化加速率AFS的计算参考光化学反应动力学理论，即光化学反应速率kS与吸收光的强度IS成正比(如式7所示)。参照《中国统计年鉴》数据，获取试验所在地的年太阳能辐射总量ISO，假设室内加速耦合老化的太阳能辐射强度为I1，同样计算实验室连续辐射1年的太阳能辐射总量ISI，则高粘沥青的太阳能辐射老化速率AFS为室内太阳能辐射条件下光化学反应速率kSI与室外太阳能辐射条件下光化学反应速率kSO的比值，如式8所示。
kS——光老化反应速率；
c——反应物浓度；
t——反应时间；
n——反应级数；
Is——吸收光的强度((W·h)/m2)。
AFS——太阳能辐射加速率；
kSI——室内光老化反应速率；
kSO——室外光老化反应速率；
IsI——室内太阳能辐射强度((W·h)/m2)；
IsO——室外太阳能辐射强度((W·h)/m2)；
所述高粘沥青湿度老化加速率AFW的计算参考Peck模型，如式9所示。
AFW——湿度老化加速率；
RHI——室内湿度(％)；
RHO——室外湿度(％)；
m——湿度常数。
最终，高粘沥青的耦合老化加速率AF等于温度加速率AFT、太阳能辐射强度加速率AFS和湿度加速率AFW的乘积，如式10所示。
AF＝AFT×AFS×AFW (10)
AF——耦合老化加速率；
AFT——温度老化加速率；
AFS——太阳能辐射加速率；
AFW——湿度老化加速率。
实施例3：
如图3所示，本实施例提供一种排水沥青路面耦合老化实验方法，包括：
S1：获取标准针入度、标准延度和标准车辙因子；
S2：构建实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
S3：使用实施例1或者实施例2所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，获取耦合老化加速率；
S4：构建实验时长；
S5：根据所述年平均温度、所述年平均湿度、所述年辐射强度、所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度、所述实验时长构建老化试验；
S6：执行所述老化实验，得到老化实验结果；
S7：对所述老化实验结果进行测试，得到老化针入度、老化延度和老化车辙因子；
S8：根据所述实验时长和所述耦合老化加速率获得预测时长。
在本实施例中，首先根据标准实验方法，获取相应的标准针入度、标准延度和标准车辙因子，然后构建相应的实验时长、实验温度、实验辐射强度和实验湿度，并根据实施例1或者实施例2的方法计算出相应的耦合老化速率；然后构建老化试验，并针对实验后的沥青路面进行二次的测试，得到经过老化实验后的老化针入度、老化延度和老化车辙因子，然后根据所述实验时长乘上相应的所述耦合老化加速率获得预测时长。
实施例4：
本实施例提供一种排水沥青路面耦合老化实验方法，包括：
S1：获取标准针入度、标准延度和标准车辙因子；优选地，所述标准针入度为沥青膜厚度1mm，温度25摄氏度下的针入度；所述标准延度为沥青膜厚度1mm，温度5摄氏度下的延度；所述标准车辙因子为沥青膜厚度1mm，温度82摄氏度下的车辙因子；
S2-1：根据预设的显著度测试温度、显著度测试辐射强度、显著度测试湿度、显著度测试时长执行所述老化试验，得到显著度老化实验结果；
S2-2：对所述老化实验结果进行测试，得到显著度针入度、显著度延度和显著度车辙因子；
S2-3：根据所述显著度针入度、所述标准针入度计算残留针入度；
S2-4：根据所述显著度延度、所述标准延度计算残留延度；
S2-5：根据所述显著度车辙因子、所述标准车辙因子计算残留车辙因子；
S2-6：根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子判断温度、辐射强度、湿度的显著性，若是显著参数，选择最不利老化条件构建所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度，否则参考所述目标地的气候条件构建所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度。优选地，具体包括：
根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子，分别使用F检验判断温度、辐射强度、湿度的显著性；
S3：使用实施例1或者实施例2所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，获取耦合老化加速率；
S4：构建实验时长；优选地，根据所述目标针入度、所述目标延度、所述目标车辙因子、所述标准针入度、所述标准延度、所述标准车辙因子、所述耦合老化加速率构建实验时长。
S5：根据所述年平均温度、所述年平均湿度、所述年辐射强度、所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度、所述实验时长构建老化试验；
S6：执行所述老化实验，得到老化实验结果；
S7：对所述老化实验结果进行测试，得到老化针入度、老化延度和老化车辙因子；
S8：根据所述实验时长和所述耦合老化加速率获得预测时长。
在本实施例中，参照《中国统计年鉴》，统计试验所在地的年平均温度、年平均湿度、年辐射强度等相关数据，确定室内加速耦合老化试验中温度、太阳能辐射强度和湿度等参数的合理范围。选择具有代表性的、不同水平的温度、太阳能辐射强度、湿度参数，设计耦合老化正交试验。
将经过短期老化的高粘沥青试样放置于耦合老化试验箱的载物台上，控制沥青膜厚度为1mm，根据设定的正交试验组合，在控制面板上输入相应的温度值、太阳能辐射强度值、湿度值和老化时间，进行高粘沥青的多源环境耦合老化试验。然后测试高粘沥青在耦合老化作用前后的25℃针入度、5℃延度和82℃车辙因子，按式1-3计算高粘沥青在不同耦合老化作用后的残留针入度、残留延度和车辙因子老化指数。分别以残留针入度、残留延度和车辙因子老化指数为检测指标，采用F检验确定温度、太阳能辐射强度、湿度对高粘沥青性能的影响显著程度，明晰高粘沥青耦合老化过程中的显著性老化因素和非显著性老化因素。
RP——残留针入度(％)；
PA、PV——老化后、老化前的25℃针入度(0.1mm)；
RD——残留延度(％)；
DA、DV——老化后、老化前的5℃延度(cm)；
RFAI——车辙因子老化指数(％)
RA、RV——老化后、老化前的82℃车辙因子(kPa)。
高粘沥青多源环境耦合老化试验涉及温度、太阳能辐射强度和湿度三个参数的选择。对于非显著性老化因素，参考试验所在地气候条件确定其参数值；对于显著性老化因素，选择最不利老化条件以获得最显著的老化加速率。此外，也可以根据不同的老化模拟需求，设定不同的耦合老化参数组合以获得不同的老化加速率。
实施例5：
本实施例基于实施例3或者4，
根据中国各地典型气候条件，确定耦合老化试验中温度、太阳能辐射强度、湿度的合理变化范围。在合理变化范围内，分别选择温度、太阳能辐射强度、湿度的三个水平，如表1所示。然后，设计L9(34)耦合老化正交试验，如表2所示。
| 老化因子 | 水平一 | 水平二 | 水平三 |
| A:：温度(℃) | 30 | 50 | 70 |
| B：太阳能辐射强度(W/m2) | 200 | 600 | 1000 |
| C：湿度(％) | 50 | 70 | 90 |
表1老化因子水平表
表2耦合老化正交试验设计表
将经过短期老化的高粘沥青试样放置于加速耦合老化试验箱中的载物台上，控制沥青膜厚度为1mm以保证耦合老化作用的均匀性。根据设定的耦合老化正交试验组合条件，在控制面板2上输入相应的温度数值、太阳能辐射强度数值和湿度数值，老化时间统一设定为6天，进行高粘沥青的耦合老化试验。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0604、T0605试验方法和AASHTO M33试验方法，测试高粘沥青在不同耦合老化作用前后的25℃针入度、5℃延度和82℃车辙因子，根据式1-3计算高粘沥青在不同耦合老化作用后的残留针入度RP、残留延度RD和车辙因子老化指数RFAI，正交设计试验结果如表3所示。
表3正交设计试验结果
正交设计试验的数据由统计分析软件SPSS进一步处理。分别以残留针入度RP、残留延度RD和车辙因子老化指数RFAI为检验指标，采用F检验确定温度、太阳能辐射强度、湿度对高粘沥青性能的影响显著程度，结果如表4所示。由表4可见，当检验指标为残留针入度RP时，温度、太阳能辐射强度、湿度的F比值分别为709.75、8.86和0.70；当检验指标为残留延度RD时，温度、太阳能辐射强度、湿度的F比值分别为745.39、9.92和4.38；当检验指标为车辙因子老化指数RFAI时，温度、太阳能辐射强度、湿度的F比值分别为412.32、9.93和0.75。参照表4中显著性水平为0.1时的F比值F0.90(2,2)为9.0，可以发现，在0.1显著性水平下，温度和太阳能辐射强度为高粘沥青耦合老化进程中的显著性老化因素，湿度为高粘沥青耦合老化进程中的非显著性老化因素。
表4F检验结果
(2)高粘沥青多源环境耦合老化试验参数确定：
高粘沥青多源环境耦合老化试验参数的确定涉及温度、太阳能辐射强度和湿度三个参数值的选择。由前述步骤1可知，湿度为耦合老化试验中的非显著性老化因素，可根据试验所在地的实际气候条件确定其参数值。根据《中国统计年鉴》，2018年上海的年平均相对湿度为74％。因此，设定室内加速耦合老化试验的湿度数值为70％RH。温度和太阳能辐射强度为耦合老化试验中的显著性老化因素，选择最不利老化条件组合(70℃老化温度+1000W/m2太阳能辐射强度)以获得最显著的老化加速率。同时，为了适应不同的老化模拟需求，另选择了2个不同的老化条件组合(50℃老化温度+1000W/m2太阳能辐射强度、70℃老化温度+600W/m2太阳能辐射强度)作为对比。加速耦合老化时间设定为4天、8天和12天。因此，高粘沥青多源环境耦合老化条件最终确定为：
组合一：70℃+1000W/m2+70％RH
组合二：50℃+1000W/m2+70％RH
组合三：70℃+600W/m2+70％RH
(3)基于化学反应动力学理论的高粘沥青耦合老化加速率确定：
高粘沥青的多源环境耦合老化加速率AF由温度老化加速率AFT、太阳能辐射老化加速率AFS和湿度老化加速率AFW三部分组成。湿度为非显著性老化因素，参照上海年平均相对湿度数据设定室内加速耦合老化的湿度数值，因此，可忽视耦合老化进程中的湿度老化加速率，即湿度老化加速率AFW为1.0。
温度和太阳能辐射强度为显著性老化因素。高粘沥青温度加速率AFT的计算参考热化学反应动力学理论。根据Arrhenius方程，热化学动力学方程如式4所示。根据《中国统计年鉴》，2018年上海的年平均气温Tair为17.7℃。上海的纬度Lat为31.25°，根据LTPP沥青路面温度模型(式5)，计算上海沥青路面(20mm深)年平均温度Tpav为40.7℃。高粘沥青的温度老化加速率AFT为室内加速耦合老化温度下的老化反应速率kTI与室外沥青路面实际温度下老化反应速率kTpav的比值，如式6所示。高粘沥青的活化能Ea为70kJ/mol，摩尔气体常量R为8.314J/(mol·K)。当室内加速耦合老化温度为70℃时，温度老化加速率AFT为9.9。当室内加速耦合老化温度为50℃时，温度老化加速率AFT为2.2。
高粘沥青太阳能辐射老化加速率AFS的计算参考光化学反应动力学理论，即光化学反应速率kS与吸收光的强度IS成正比，如式7所示。根据《中国统计年鉴》，2018年上海的年太阳能辐射总量ISO为4716MJ/m2，即1310000(W·h)/m2。高粘沥青的太阳能辐射老化速率AFS为室内太阳能辐射条件下光化学反应速率kSI与室外太阳能辐射条件下光化学反应速率kSO的比值，如式8所示。当室内加速耦合老化试验的太阳能辐射强度为1000W/m2时，连续辐射1年的太阳能辐射总量ISI为8760000(W·h)/m2，则太阳能辐射老化加速率AFS为8760000÷1310000＝6.7。当室内加速耦合老化试验的太阳能辐射强度为600W/m2时，连续辐射1年的太阳能辐射总量ISI为5256000(W·h)/m2，则太阳能辐射老化加速率AFS为5256000÷1310000＝4.0。
高粘沥青耦合老化加速率AF为温度加速率AFT、太阳能辐射加速率AFS和湿度老化加速率AFW的乘积。在前述步骤2的三种不同耦合老化条件组合下，高粘沥青的温度加速率AFT、太阳能辐射加速率AFS、湿度老化加速率AFW和耦合老化加速率AF的计算结果如表5所示。因此，在70℃+1000W/m2+70％RH耦合老化条件下，室内老化4天、8天和12天分别可以达到室外老化265天、530天和796天的老化效果；在50℃+1000W/m2+70％RH耦合老化条件下，室内老化4天、8天和12天分别可以达到室外老化59天、118天和177天的老化效果；在70℃+600W/m2+70％RH耦合老化条件下，室内老化4天、8天和12天分别可以达到室外老化158天、317天和474天的老化效果。
此外，也可以根据实际老化模拟需求设定不同的耦合老化组合，并按照该计算方法计算相应的室内耦合老化加速率AF。
表5耦合老化加速率的计算结果
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，其特征在于，包括：
获取目标地的年平均温度、年平均湿度和年辐射强度；
获取实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
根据所述年平均温度和所述实验温度计算温度老化反应加速率；
根据所述年平均湿度和所述实验湿度计算湿度老化反应加速率；
根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率；
根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率获得耦合老化加速率。
2.根据权利要求1所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，其特征在于，所述根据所述年平均温度和所述实验温度计算温度老化反应加速率具体包括：
根据所述年平均温度，使用LTPP沥青路面温度模型计算路面年平均温度；
根据所述路面年平均温度，使用Arrhenius方程计算目标地温度老化反应速率；
根据所述实验温度，使用Arrhenius方程计算实验温度老化反应速率；
根据所述目标地温度老化反应速率和所述实验温度老化反应速率获得温度老化反应加速率。
3.根据权利要求1所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，其特征在于，根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率具体包括：
根据所述年辐射强度，使用光化学反应动力学公式计算目标地辐射反应速率；
根据所述实验辐射强度，使用光化学反应动力学公式计算实验辐射反应速率；
根据所述目标地辐射反应速率和所述实验辐射反应速率计算所述辐射老化反应加速率。
4.根据权利要求1所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，其特征在于，所述根据所述年辐射强度和所述实验辐射强度计算辐射老化反应加速率具体包括：
根据所述年平均湿度和所述实验湿度，使用Peck模型计算湿度老化反应加速率。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，其特征在于，根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率获得耦合老化加速率具体包括：
根据所述温度老化反应加速率、所述光化学老化反应加速率、所述湿度老化反应加速率三者之积产生所述耦合老化加速率。
6.一种排水沥青路面耦合老化实验方法，其特征在于，包括：
获取标准针入度、标准延度和标准车辙因子；
构建实验温度、实验辐射强度、实验湿度；
使用权利要求1-5任一所述的一种排水沥青路面耦合老化加速率的计算方法，获取耦合老化加速率；
构建实验时长；
根据所述年平均温度、所述年平均湿度、所述年辐射强度、所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度、所述实验时长构建老化试验；
执行所述老化实验，得到老化实验结果；
对所述老化实验结果进行测试，得到老化针入度、老化延度和老化车辙因子；
根据所述实验时长和所述耦合老化加速率获得预测时长。
7.根据权利要求6所述的一种排水沥青路面耦合老化实验方法，其特征在于，构建实验温度、实验辐射强度、实验湿度具体包括：
根据预设的显著度测试温度、显著度测试辐射强度、显著度测试湿度、显著度测试时长执行所述老化试验，得到显著度老化实验结果；
对所述老化实验结果进行测试，得到显著度针入度、显著度延度和显著度车辙因子；
根据所述显著度针入度、所述标准针入度计算残留针入度；
根据所述显著度延度、所述标准延度计算残留延度；
根据所述显著度车辙因子、所述标准车辙因子计算残留车辙因子；
根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子判断温度、辐射强度、湿度的显著性，若是显著参数，选择最不利老化条件构建所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度，否则参考所述目标地的气候条件构建所述实验温度、所述实验辐射强度、所述实验湿度。
8.根据权利要求7所述的一种排水沥青路面耦合老化实验方法，其特征在于，所述根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子判断温度、辐射强度、湿度的显著性具体包括：
根据所述残留针入度、所述残留延度、所述残留车辙因子，分别使用F检验判断温度、辐射强度、湿度的显著性。
9.根据权利要求6所述的一种排水沥青路面耦合老化实验方法，其特征在于，所述构建实验时长前还包括：
获取目标针入度、目标延度和目标车辙因子；
所述构建实验时长具体包括：
根据所述目标针入度、所述目标延度、所述目标车辙因子、所述标准针入度、所述标准延度、所述标准车辙因子、所述耦合老化加速率构建实验时长。
10.根据权利要求6所述的一种排水沥青路面耦合老化实验方法，其特征在于，所述标准针入度为沥青膜厚度1mm，温度25摄氏度下的针入度；
所述标准延度为沥青膜厚度1mm，温度5摄氏度下的延度；
所述标准车辙因子为沥青膜厚度1mm，温度82摄氏度下的车辙因子。
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