沥青紫外线光老化强度分区测试方法技术

本发明专利技术涉及一种沥青紫外线光老化强度分区测试方法，具体步骤为：确定选用两种不同类型的紫外线光源；根据不同的紫外线辐照光源，通过使用UV辐照计或UV能量计测定紫外光的强度，分别进行紫外线光辐照强度的空间分布测定；根据试验需求的室外紫外线辐照要求，将室外紫外线辐照总有效时间转化成室内紫外线辐射总有效时间；根据不同的紫外线光源类型及已确定的紫外线光辐照强度的空间分布情况，进行沥青老化盘分区设计；考虑现行试验规范中沥青热老化试验要求及分区老化盘设计，提出了光老化试验沥青试样用量准备方法；根据上述步骤进行光老化室内模拟试验后，进行沥青宏观、微观性能试验，并综合试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间等试验因素，进行沥青抗紫外线老化性能综合分析。本测试方法设计合理，翔实具体，试验操作简便易行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于公路及城市道路领域，具体涉及一种浙青紫外线光老化强度分区测试方法。
技术介绍
浙青在贮运、加工、施工过程中，会发生一系列的物理及化学变化，如蒸发、脱氢、缩合、氧化等，使浙青逐渐硬化、变脆，不能继续发挥其原有的粘结或密封作用，造成短期老化。路面在后续服务期中，白天受日光强烈辐射，紫外线使浙青面层进一步老化，浙青变得干涩、脆硬，低温劲度增加、破坏应变减小，极易形成温缩裂缝；同时其粘度进一步下降，与集料的粘附性变差，容易引起路面龟裂，更严重时浙青从集料表面脱落，唧浆、松散、脱落形成坑槽，坑槽内积水渗入到面层下，产生水损害破坏，从而影响浙青路面的使用寿命。但是目前关于道路浙青的老化研究主要集中在短期热老化，许多研究成果己转变成标准规范，在实际工程中得到了广泛的应用。而对紫外线引起的浙青光老化研究较少。我国青海、西藏、新疆等西北部地区海拔高、空气稀薄、紫外线辐射强烈，加之高寒、干旱、风沙、盐碱等自然环境的综合作用，容易使浙青路面产生裂缝、坑槽、剥落等病害，大大缩短了路面的服务期限。因此，有必要对浙青的紫外光老化进行系统研究。但由于在自然条件下浙青的老化周期较长，一般为18 30个月。为了能够快速获取浙青的光老化规律，需要采用人工强紫外线光源环境箱的试验方法进行加速紫外光老化模拟试验。加速紫外光老化模拟试验将浙青短期热老化与紫外光氧老化结合起来,是一种能够较好模拟浙青长期野外老化的测试方法。室内浙青紫外光老化试验中一般采用紫外线高压汞灯，其紫外线辐射强度受电压、距离、温度、镇流器输出功率等因素的影响，具体表现为:电压增高或镇流器输出功率增大时，灯管的工作电流增大，使银灯丝发射较多的电子，紫外线辐射强度增加；灯管可视为无数个光亮点辐射紫外线，随着距离增加，以灯管为中心点的球面以几何级增加？，辐射强度指数曲线急剧下降；当温度升高时，汞蒸汽易激发，辐射强度也相应增强；在冬季低温季节紫外线强度稳定时间延长，反映灯管通电后逐渐升温，强度逐渐增大，达一定平衡点后，逐步稳定。现行《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》中没有关于浙青紫外光老化的试验规定。以往光老化试验中，试样均采用该规程中T0609-2011浙青薄膜加热试验及T0610-2011浙青旋转薄膜加热试验中的老化盘即盛样皿进行准备，但这就存在一个很大的问题:规程中的老化盘呈圆盘状，内径140mm，深9.5mnTl0mm，由于(旋转)薄膜烘箱中温度均匀，可保证老化盘中浙青试样各点温度一致。而紫外线光源辐射出的紫外线强度存在空间分布，在灯轴线中心的垂线上，紫外线强度随水平辐射距离的增大而衰减，所以常规老化盘中的浙青会处于不均一的紫外光下。因此，有必要对浙青紫外线光老化室内试验进行改进，以获得更为精确理想的试验条件，较好地模拟浙青的长期野外老化，进而全面分析浙青抗紫外线老化性能。本专利技术在同济大学叶奋教授提出的紫外线老化仿真系统的基础上，进一步优化，提出了一种浙青紫外线光老化强度分区测试方法，以期为后续浙青光老化相关研究提供技术支持。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种浙青紫外线光老化强度分区测试方法。本专利技术提出的浙青紫外线光老化强度分区测试方法，具体步骤如下: (1)、紫外线光源类型的确定 按照紫外线光源所产生的紫外光辐射下的面积形状，将室内光老化试验中的紫外线分为环状紫外光和带状紫外光。环状紫外光由反射型黑光高压汞灯产生，由蘑菇型或橄榄型灯头辐射出，功率为125W100W。带状紫外光由强紫外线高压汞灯产生，由圆柱形的灯管辐射出，功率为100W 25kW。(2)、紫外线光辐照强度的空间分布确定 由于紫外线高压汞灯的紫外线强度受电压、距离、温度、镇流器输出功率等因素影响，所以当室内紫外线老化汞灯选型确定且安装好，并根据具体外界环境温度采取一定的温度调节措施(如安装风机、风扇等)后，紫外线光辐照强度的空间分布可确定。若为环状紫外光源，准备一张A3硬纸，以投射下光圈的中心最亮点为圆心Atl，用圆规以半径lcm、2cm、……、ncm、……等画出同心圆，由内向外紫外光强度由强到弱，并在其上画出两个垂直的直径。直径与半径为ncm的圆的交点作为紫外线强度的测点An、Bn、Cn、Dn0使用UV辐照计或UV能量计依次测定记录各点的光强度值。若为带状紫外光源，准备一张A3硬纸，以投射下最亮的一条带状光作为中心光带，在A3纸上画出其所辐照区域的长方形，在其两侧依次分别画出同宽同长的紫外光强度测试区域，由内向外紫外光强度由强到弱。画出横纵向两条中心线。以图2中标注的An、Bn、Cn、Dn作为测点，使用UV辐照计或UV能量计依次测定记录各点的光强度值。在未进行浙青光老化前，测定以上测点的紫外光强度值作为初始强度，在进行浙青光老化一定时间段后再进行强度测定，直至浙青老化试验完成。通过分析测定的紫外线光辐照强度值，获取所采用的紫外线光源的辐照强度空间分布情况及强度衰变情况。(3)、紫外线光辐照时间的确定 根据选定的(不同类型的)紫外线光源的空间强度分布及衰变情况，结合试验需求，将室外紫外线辐射总有效时间转化成室内紫外线辐射总有效时间。(4)、紫外线光老化浙青老化盘分区设计 根据不同的紫外线光源类型及步骤(2)中的紫外线光辐照强度的空间分布情况，对浙青老化盘进行分区设计。若为环状紫外光，老化盘需根据紫外线汞灯的形状及初始实测强度进行设计，大致为圆环状(如图3);若为带状紫外光，老化盘需根据紫外线汞灯的形状及初始实测强度进行设计，大致为矩形(如图4)。(5)、光老化浙青试样准备 由于浙青光老化前需进行短期热老化试验，所以，需达到现行《浙青及浙青混合料试验规程》中热老化试验对浙青膜厚度的规定。短期老化后的浙青按照试验需要的浙青膜厚度确定各辐照区的浙青用量。如浙青膜厚为dmm，则: 圆环状老化盘第η强度区的浙青用量为:π(r2n - r2 n-1) x d带状老化盘第η强度区的浙青用量为-.WnXl另外，进行浙青荧光显微镜试验及表面能试验时，若不进行热老化，可直接在载玻片上制备浙青样品，然后根据光照强度分区，在光源下按照分区放置样品并进行相应标记，以达到分强度测试的目的。(6)、紫外线室内光老化分强度模拟试验 在进行紫外线光老化前，首先需要进行薄膜烘箱老化(TFOT)或旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)模拟短期热老化，即浙青在拌合、运输、摊铺中的热老化。将经过短期热老化的试样放置在室内紫外线光老化试验箱中接受强紫外线辐射。通过试验室室内空调、外用风扇等措施控制紫外线老化箱内的温度，冬季、夏季分别使浙青表面温度控制在20°C、40°C以下，以避免浙青试样的热老化。(7)、浙青试样性能测试试验 将光老化后的浙青试样取出并进行性能测试试验,主要包括: 宏观试验:浙青表面观测、针入度、延度、软化点； 微观试验:浙青族组成分析试验、Superpave试验(BBR试验、DSR试验)、红外光谱试验、热分析试验(DSR试验、热重分析试验等)。(8)、结果分析 综合试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、浙青性能试验等测试结果，进行浙青抗紫外线老化性能对比、评价分析。本专利技术包括了室内光老化试验中紫外线光源的类型选择及相应的辐照强度的空间分布确定，室内外紫外光照时间的换算，光老化浙青本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沥青紫外线光老化强度分区测试方法，其特征在于具体步骤如下：?(1)、紫外线光源类型的确定按照紫外线光源所产生的紫外光辐射下的面积形状，将室内光老化试验中的紫外线分为环状紫外光和带状紫外光；环状紫外光由反射型黑光高压汞灯产生，由蘑菇型或橄榄型灯头辐射出，功率为125W~400W；带状紫外光由强紫外线高压汞灯产生，由圆柱形的灯管辐射出，功率为100W~25kW；(2)、紫外线光辐照强度的空间分布确定紫外线高压汞灯的紫外线强度受电压、距离、温度和镇流器输出功率影响，当室内紫外线老化汞灯选型确定且安装好，根据具体外界环境温度采取温度调节措施，紫外线光辐照强度的空间分布确定；若为环状紫外光源，准备一张A3硬纸，以投射下光圈的中心最亮点为圆心A0，用圆规以半径1cm、2cm、……、ncm、……画出同心圆，由内向外紫外光强度由强到弱，并在其上画出两个垂直的直径；直径与半径为ncm的圆的交点作为紫外线强度的测点An、Bn、Cn、Dn；使用UV辐照计或UV能量计依次测定记录各点的光强度值；若为带状紫外光源，准备一张A3硬纸，以投射下最亮的一条带状光作为中心光带，在A3纸上画出其所辐照区域的长方形，在其两侧依次分别画出同宽同长的紫外光强度测试区域，由内向外紫外光强度由强到弱；画出横纵向两条中心线；以An、Bn、Cn、Dn作为测点，所述测点是半径为ncm对应的四个边界点，使用UV辐照计或UV能量计依次测定记录各点的光强度值；在未进行沥青光老化前，测定以上测点的紫外光强度值作为初始强度，在进行沥青光老化后再进行紫外线光辐照强度测定，直至沥青老化试验完成；通过分析测定的紫外线光辐照强度值，获取所采用的紫外线光源的辐照强度空间分布情况及强度衰变情况；?(3)、紫外线光辐照时间的确定根据选定的不同类型的紫外线光源的空间强度分布及衰变情况，结合试验需求，将室外紫外线辐射总有效时间转化成室内紫外线辐射总有效时间；?(4)、紫外线光老化沥青老化盘分区设计根据不同的紫外线光源类型及步骤(2)中的紫外线光辐照强度的空间分布情况，对沥青老化盘进行分区设计；若为环状紫外光，老化盘需根据紫外线汞灯的形状及初始实测强度进行设计，大致为圆环状；若为带状紫外光，老化盘需根据紫外线汞灯的形状及初始实测强度进行设计，大致为矩形；?(5)、光老化沥青试样准备由于沥青光老化前需进行短期热老化试验，所以，需达到现行《沥青及沥青混合料试验规程》中热老化试验对沥青膜厚度的规定；另外，进行沥青荧光显微镜试验及表面能试验时，若不进行热老化，可直接在载玻片上制备沥青样品，然后根据光照强度分区，在光源下按照分区放置样品并进行相应标记，以达到分强度测试的目的；(6)、紫外线室内光老化分强度模拟试验在进行紫外线光老化前，首先需要进行薄膜烘箱或旋转薄膜烘箱模拟短期热老化，即沥青在拌合、运输、摊铺中的热老化；将经过短期热老化的试样放置在室内紫外线光老化试验箱中接受强紫外线辐射；通过试验室室内空调、外用风扇等措施控制紫外线老化箱内的温度，冬季、夏季分别使沥青表面温度控制在20℃、40℃以下，以避免沥青试样的热老化；(7)、沥青试样性能测试试验将光老化后的沥青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、针入度、延度、软化点；微观试验：沥青族组成分析试验、Superpave试验、红外光谱试验和热分析试验；Superpave试验包括BBR试验和DSR试验，热分析试验包括DSR试验和热重分析试验；(8)、结果分析综合试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、沥青性能试验测试结果，进行沥青抗紫外线老化性能对比、评价分析。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶奋，武金婷，王胜，吴怀睿，张德佳，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：