專利名稱：瀝青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于公路及城市道路領(lǐng)域，具體涉及一種浙青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法。
背景技術(shù)：
浙青在貯運(yùn)、加工、施工過程中，會(huì)發(fā)生一系列的物理及化學(xué)變化，如蒸發(fā)、脫氫、縮合、氧化等，使浙青逐漸硬化、變脆，不能繼續(xù)發(fā)揮其原有的粘結(jié)或密封作用，造成短期老化。路面在后續(xù)服務(wù)期中，白天受日光強(qiáng)烈輻射，紫外線使浙青面層進(jìn)一步老化，浙青變得干澀、脆硬，低溫勁度增加、破壞應(yīng)變減小，極易形成溫縮裂縫；同時(shí)其粘度進(jìn)一步下降，與集料的粘附性變差，容易引起路面龜裂，更嚴(yán)重時(shí)浙青從集料表面脫落，唧漿、松散、脫落形成坑槽，坑槽內(nèi)積水滲入到面層下，產(chǎn)生水損害破壞，從而影響浙青路面的使用壽命。但是目前關(guān)于道路浙青的老化研究主要集中在短期熱老化，許多研究成果己轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。而對紫外線引起的浙青光老化研究較少。我國青海、西藏、新疆等西北部地區(qū)海拔高、空氣稀薄、紫外線輻射強(qiáng)烈，加之高寒、干旱、風(fēng)沙、鹽堿等自然環(huán)境的綜合作用，容易使浙青路面產(chǎn)生裂縫、坑槽、剝落等病害，大大縮短了路面的服務(wù)期限。因此，有必要對浙青的紫外光老化進(jìn)行系統(tǒng)研究。但由于在自然條件下浙青的老化周期較長，一般為18 30個(gè)月。為了能夠快速獲取浙青的光老化規(guī)律，需要采用人工強(qiáng)紫外線光源環(huán)境箱的試驗(yàn)方法進(jìn)行加速紫外光老化模擬試驗(yàn)。加速紫外光老化模擬試驗(yàn)將浙青短期熱老化與紫外光氧老化結(jié)合起來,是一種能夠較好模擬浙青長期野外老化的測試方法。室內(nèi)浙青紫外光老化試驗(yàn)中一般采用紫外線高壓汞燈，其紫外線輻射強(qiáng)度受電壓、距離、溫度、鎮(zhèn)流器輸出功率等因素的影響，具體表現(xiàn)為:電壓增高或鎮(zhèn)流器輸出功率增大時(shí)，燈管的工作電流增大，使銀燈絲發(fā)射較多的電子，紫外線輻射強(qiáng)度增加；燈管可視為無數(shù)個(gè)光亮點(diǎn)輻射紫外線，隨著距離增加，以燈管為中心點(diǎn)的球面以幾何級增加？，輻射強(qiáng)度指數(shù)曲線急劇下降；當(dāng)溫度升高時(shí)，汞蒸汽易激發(fā)，輻射強(qiáng)度也相應(yīng)增強(qiáng)；在冬季低溫季節(jié)紫外線強(qiáng)度穩(wěn)定時(shí)間延長，反映燈管通電后逐漸升溫，強(qiáng)度逐漸增大，達(dá)一定平衡點(diǎn)后，逐步穩(wěn)定?，F(xiàn)行《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中沒有關(guān)于浙青紫外光老化的試驗(yàn)規(guī)定。以往光老化試驗(yàn)中，試樣均采用該規(guī)程中T0609-2011浙青薄膜加熱試驗(yàn)及T0610-2011浙青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)中的老化盤即盛樣皿進(jìn)行準(zhǔn)備，但這就存在一個(gè)很大的問題:規(guī)程中的老化盤呈圓盤狀，內(nèi)徑140mm，深9.5mnTl0mm，由于(旋轉(zhuǎn))薄膜烘箱中溫度均勻，可保證老化盤中浙青試樣各點(diǎn)溫度一致。而紫外線光源輻射出的紫外線強(qiáng)度存在空間分布，在燈軸線中心的垂線上，紫外線強(qiáng)度隨水平輻射距離的增大而衰減，所以常規(guī)老化盤中的浙青會(huì)處于不均一的紫外光下。因此，有必要對浙青紫外線光老化室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，以獲得更為精確理想的試驗(yàn)條件，較好地模擬浙青的長期野外老化，進(jìn)而全面分析浙青抗紫外線老化性能。本發(fā)明在同濟(jì)大學(xué)葉奮教授提出的紫外線老化仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化，提出了一種浙青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法，以期為后續(xù)浙青光老化相關(guān)研究提供技術(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種浙青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法。本發(fā)明提出的浙青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法，具體步驟如下:
(1)、紫外線光源類型的確定
按照紫外線光源所產(chǎn)生的紫外光輻射下的面積形狀，將室內(nèi)光老化試驗(yàn)中的紫外線分為環(huán)狀紫外光和帶狀紫外光。環(huán)狀紫外光由反射型黑光高壓汞燈產(chǎn)生，由蘑菇型或橄欖型燈頭輻射出，功率為125W100W。帶狀紫外光由強(qiáng)紫外線高壓汞燈產(chǎn)生，由圓柱形的燈管輻射出，功率為100W 25kW。(2)、紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布確定
由于紫外線高壓汞燈的紫外線強(qiáng)度受電壓、距離、溫度、鎮(zhèn)流器輸出功率等因素影響，所以當(dāng)室內(nèi)紫外線老化汞燈選型確定且安裝好，并根據(jù)具體外界環(huán)境溫度采取一定的溫度調(diào)節(jié)措施(如安裝風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇等)后，紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布可確定。若為環(huán)狀紫外光源，準(zhǔn)備一張A3硬紙，以投射下光圈的中心最亮點(diǎn)為圓心Atl，用圓規(guī)以半徑lcm、2cm、……、ncm、……等畫出同心圓，由內(nèi)向外紫外光強(qiáng)度由強(qiáng)到弱，并在其上畫出兩個(gè)垂直的直徑。直徑與半徑為ncm的圓的交點(diǎn)作為紫外線強(qiáng)度的測點(diǎn)An、Bn、Cn、Dn0使用UV輻照計(jì)或UV能量計(jì)依次測定記錄各點(diǎn)的光強(qiáng)度值。若為帶狀紫外光源，準(zhǔn)備一張A3硬紙，以投射下最亮的一條帶狀光作為中心光帶，在A3紙上畫出其所輻照區(qū)域的長方形，在其兩側(cè)依次分別畫出同寬同長的紫外光強(qiáng)度測試區(qū)域，由內(nèi)向外紫外光強(qiáng)度由強(qiáng)到弱。畫出橫縱向兩條中心線。以圖2中標(biāo)注的An、Bn、Cn、Dn作為測點(diǎn)，使用UV輻照計(jì)或UV能量計(jì)依次測定記錄各點(diǎn)的光強(qiáng)度值。在未進(jìn)行浙青光老化前，測定以上測點(diǎn)的紫外光強(qiáng)度值作為初始強(qiáng)度，在進(jìn)行浙青光老化一定時(shí)間段后再進(jìn)行強(qiáng)度測定，直至浙青老化試驗(yàn)完成。通過分析測定的紫外線光輻照強(qiáng)度值，獲取所采用的紫外線光源的輻照強(qiáng)度空間分布情況及強(qiáng)度衰變情況。(3)、紫外線光輻照時(shí)間的確定
根據(jù)選定的(不同類型的)紫外線光源的空間強(qiáng)度分布及衰變情況，結(jié)合試驗(yàn)需求，將室外紫外線輻射總有效時(shí)間轉(zhuǎn)化成室內(nèi)紫外線輻射總有效時(shí)間。(4)、紫外線光老化浙青老化盤分區(qū)設(shè)計(jì)
根據(jù)不同的紫外線光源類型及步驟(2)中的紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布情況，對浙青老化盤進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)。若為環(huán)狀紫外光，老化盤需根據(jù)紫外線汞燈的形狀及初始實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，大致為圓環(huán)狀(如圖3);若為帶狀紫外光，老化盤需根據(jù)紫外線汞燈的形狀及初始實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，大致為矩形(如圖4)。(5)、光老化浙青試樣準(zhǔn)備
由于浙青光老化前需進(jìn)行短期熱老化試驗(yàn)，所以，需達(dá)到現(xiàn)行《浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中熱老化試驗(yàn)對浙青膜厚度的規(guī)定。短期老化后的浙青按照試驗(yàn)需要的浙青膜厚度確定各輻照區(qū)的浙青用量。如浙青膜厚為dmm，則:
圓環(huán)狀老化盤第η強(qiáng)度區(qū)的浙青用量為:π(r2n - r2 n-1) x d帶狀老化盤第η強(qiáng)度區(qū)的浙青用量為-.WnXl另外，進(jìn)行浙青熒光顯微鏡試驗(yàn)及表面能試驗(yàn)時(shí)，若不進(jìn)行熱老化，可直接在載玻片上制備浙青樣品，然后根據(jù)光照強(qiáng)度分區(qū)，在光源下按照分區(qū)放置樣品并進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)記，以達(dá)到分強(qiáng)度測試的目的。(6)、紫外線室內(nèi)光老化分強(qiáng)度模擬試驗(yàn)
在進(jìn)行紫外線光老化前，首先需要進(jìn)行薄膜烘箱老化(TFOT)或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化(RTFOT)模擬短期熱老化，即浙青在拌合、運(yùn)輸、攤鋪中的熱老化。將經(jīng)過短期熱老化的試樣放置在室內(nèi)紫外線光老化試驗(yàn)箱中接受強(qiáng)紫外線輻射。通過試驗(yàn)室室內(nèi)空調(diào)、外用風(fēng)扇等措施控制紫外線老化箱內(nèi)的溫度，冬季、夏季分別使浙青表面溫度控制在20°C、40°C以下，以避免浙青試樣的熱老化。(7)、浙青試樣性能測試試驗(yàn) 將光老化后的浙青試樣取出并進(jìn)行性能測試試驗(yàn),主要包括:
宏觀試驗(yàn):浙青表面觀測、針入度、延度、軟化點(diǎn)；
微觀試驗(yàn):浙青族組成分析試驗(yàn)、Superpave試驗(yàn)(BBR試驗(yàn)、DSR試驗(yàn))、紅外光譜試驗(yàn)、熱分析試驗(yàn)(DSR試驗(yàn)、熱重分析試驗(yàn)等)。(8)、結(jié)果分析
綜合試驗(yàn)溫度、紫外線輻照強(qiáng)度、紫外線輻照時(shí)間、浙青性能試驗(yàn)等測試結(jié)果，進(jìn)行浙青抗紫外線老化性能對比、評價(jià)分析。本發(fā)明包括了室內(nèi)光老化試驗(yàn)中紫外線光源的類型選擇及相應(yīng)的輻照強(qiáng)度的空間分布確定，室內(nèi)外紫外光照時(shí)間的換算，光老化浙青盛樣皿即老化盤的分區(qū)設(shè)計(jì)，浙青試樣準(zhǔn)備，紫外線老化輻照試驗(yàn)及浙青各項(xiàng)性能檢測試驗(yàn)。通過本測試方法的實(shí)施，可確保浙青紫外線室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地模擬室外環(huán)境，全面分析浙青紫外線老化程度，揭示浙青紫外線老化過程中的變化規(guī)律。本測試方法設(shè)計(jì)合理，翔實(shí)具體，試驗(yàn)操作簡便易行。


圖1環(huán)狀紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布測定。
圖2帶狀紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布測定。圖3環(huán)狀光老化強(qiáng)度分區(qū)浙青老化盤。
圖4帶狀光老化強(qiáng)度分區(qū)浙青老化盤。圖5實(shí)施例1所采用紫外線光源。
圖6實(shí)施例1紫外輻照強(qiáng)度測定。圖7實(shí)施例1中所設(shè)計(jì)采用老化盤。a)老化盤示意圖，b)老化盤實(shí)物圖，單位:mm,深度h為5-10，壁厚d為0.7 1，高強(qiáng)區(qū)內(nèi)徑rl為20，中強(qiáng)度內(nèi)徑r2為40，低強(qiáng)度內(nèi)徑r3為60。
圖8實(shí)施例2中Ikw強(qiáng)紫外線高壓汞燈。
圖9實(shí)施例2中紫外透射玻璃。圖10實(shí)施例2中所設(shè)計(jì)采用老化盤。單位:mm。深度5_10 ;高強(qiáng)區(qū)寬度40 ;低強(qiáng)度寬度30。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1:
1、紫外線光源類型的確定
試驗(yàn)采用AIUREB (人工強(qiáng)紫外線光源環(huán)境箱)作為紫外線光源(如圖5)，共采用反射型黑光高壓汞燈6個(gè)，功率均為125W，其輻射下的形狀為圓環(huán)狀。2、紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布確定
實(shí)施例中選用紫外輻照計(jì)進(jìn)行紫外光強(qiáng)度測試，測試探頭底端直徑為29mm。準(zhǔn)備一張A3硬紙,確定圓心Atl,用圓規(guī)以半徑2cm、4cm、6cm畫出同心圓，并畫出兩條直徑。兩條直徑與三個(gè)同心圓的交點(diǎn)作為紫外光強(qiáng)度測點(diǎn)A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，A3、B3、C3、D3。然后分別以測點(diǎn)為圓心，畫出直徑為29mm的圓形作為測試探頭的放置點(diǎn)，以便于后續(xù)的快速測試(如圖6)。將以上步驟確定的測點(diǎn)位置剪成圖6中的測位樣紙。進(jìn)行紫外光強(qiáng)度測試時(shí)，將圖6中測位樣紙的中心與反射型高壓汞燈輻照下的最強(qiáng)光點(diǎn)重合放置，然后按照測點(diǎn)由強(qiáng)至弱(即由內(nèi)至外)依次進(jìn)行光強(qiáng)度測試。初始紫外強(qiáng)度測試值如表I所示。另外，每次進(jìn)行紫外光強(qiáng)度測試時(shí)，同步進(jìn)行測點(diǎn)溫度測試。表I實(shí)施例汞燈初始紫外強(qiáng)度(單位μ ff/cm2)
權(quán)利要求
1.一種浙青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法，其特征在于具體步驟如下: (I)、紫外線光源類型的確定按照紫外線光源所產(chǎn)生的紫外光輻射下的面積形狀，將室內(nèi)光老化試驗(yàn)中的紫外線分為環(huán)狀紫外光和帶狀紫外光；環(huán)狀紫外光由反射型黑光高壓汞燈產(chǎn)生，由蘑菇型或橄欖型燈頭輻射出，功率為125W100W ;帶狀紫外光由強(qiáng)紫外線高壓汞燈產(chǎn)生，由圓柱形的燈管輻射出，功率為IOOW 25kW ； (2)、紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布確定 紫外線高壓汞燈的紫外線強(qiáng)度受電壓、距離、溫度和鎮(zhèn)流器輸出功率影響，當(dāng)室內(nèi)紫外線老化汞燈選型確定且安裝好，根據(jù)具體外界環(huán)境溫度采取溫度調(diào)節(jié)措施，紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布確定； 若為環(huán)狀紫外光源，準(zhǔn)備一張A3硬紙，以投射下光圈的中心最亮點(diǎn)為圓心A0,用圓規(guī)以半徑lcm、2cm、......、ncm、......畫出同心圓，由內(nèi)向外紫外光強(qiáng)度由強(qiáng)到弱，并在其上畫出兩個(gè)垂直的直徑；直徑與半徑為ncm的圓的交點(diǎn)作為紫外線強(qiáng)度的測點(diǎn)An、Bn、Cn、Dn ;使用UV輻照計(jì)或UV能量計(jì)依次測定記錄各點(diǎn)的光強(qiáng)度值； 若為帶狀紫外光源，準(zhǔn)備一張A3硬紙，以投射下最亮的一條帶狀光作為中心光帶，在A3紙上畫出其所輻照區(qū)域的長方形，在其兩側(cè)依次分別畫出同寬同長的紫外光強(qiáng)度測試區(qū)域，由內(nèi)向外紫外光強(qiáng)度由強(qiáng)到弱； 畫出橫縱向兩條中心線； 以An、Bn、Cn、Dn作為測點(diǎn)，所述測點(diǎn)是半徑為ncm對應(yīng)的四個(gè)邊界點(diǎn)，使用UV輻照計(jì)或UV能量計(jì)依次測定記錄各點(diǎn)的光強(qiáng)度值； 在未進(jìn)行浙青光老化前，測定以上測點(diǎn)的紫外光強(qiáng)度值作為初始強(qiáng)度，在進(jìn)行浙青光老化后再進(jìn)行紫外線光輻照強(qiáng)度測定，直至浙青老化試驗(yàn)完成； 通過分析測定的紫外線光輻照強(qiáng)度值，獲取所采用的紫外線光源的輻照強(qiáng)度空間分布情況及強(qiáng)度衰變情況； (3)、紫外線光輻照時(shí)間的確定 根據(jù)選定的不同類型的紫外線光源的空間強(qiáng)度分布及衰變情況，結(jié)合試驗(yàn)需求，將室外紫外線輻射總有效時(shí)間轉(zhuǎn)化成室內(nèi)紫外線輻射總有效時(shí)間； (4)、紫外線光老化浙青老化盤分區(qū)設(shè)計(jì) 根據(jù)不同的紫外線光源類型及步驟(2)中的紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布情況，對浙青老化盤進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)； 若為環(huán)狀紫外光，老化盤需根據(jù)紫外線汞燈的形狀及初始實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，大致為圓環(huán)狀；若為帶狀紫外光，老化盤需根據(jù)紫外線汞燈的形狀及初始實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，大致為矩形； (5)、光老化浙青試樣準(zhǔn)備 由于浙青光老化前需進(jìn)行短期熱老化試驗(yàn)，所以，需達(dá)到現(xiàn)行《浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中熱老化試驗(yàn)對浙青膜厚度的規(guī)定； 另外，進(jìn)行浙青熒光顯微鏡試驗(yàn)及表面能試驗(yàn)時(shí)，若不進(jìn)行熱老化，可直接在載玻片上制備浙青樣品，然后根據(jù) 光照強(qiáng)度分區(qū)，在光源下按照分區(qū)放置樣品并進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)記，以達(dá)到分強(qiáng)度測試的目的；(6)、紫外線室內(nèi)光老化分強(qiáng)度模擬試驗(yàn) 在進(jìn)行紫外線光老化前，首先需要進(jìn)行薄膜烘箱或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱模擬短期熱老化，即浙青在拌合、運(yùn)輸、攤鋪中的熱老化； 將經(jīng)過短期熱老化的試樣放置在室內(nèi)紫外線光老化試驗(yàn)箱中接受強(qiáng)紫外線輻射；通過試驗(yàn)室室內(nèi)空調(diào)、外用風(fēng)扇等措施控制紫外線老化箱內(nèi)的溫度，冬季、夏季分別使浙青表面溫度控制在20°C、40°C以下，以避免浙青試樣的熱老化； (7)、浙青試樣性能測試試驗(yàn) 將光老化后的浙青試樣取出并進(jìn)行性能測試試驗(yàn),主要包括: 宏觀試驗(yàn):浙青表面觀測、針入度、延度、軟化點(diǎn)； 微觀試驗(yàn):浙青族組成分析試驗(yàn)、Superpave試驗(yàn)、紅外光譜試驗(yàn)和熱分析試驗(yàn)；Superpave試驗(yàn)包括BBR試驗(yàn)和DSR試驗(yàn),熱分析試驗(yàn)包括DSR試驗(yàn)和熱重分析試驗(yàn)； (8)、結(jié)果分析 綜合試驗(yàn)溫度、紫外線輻照強(qiáng)度、紫外線輻照時(shí)間、浙青性能試驗(yàn)測試結(jié)果，進(jìn)行浙青抗紫外線老化性能對比、評價(jià)分 析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種瀝青紫外線光老化強(qiáng)度分區(qū)測試方法，具體步驟為確定選用兩種不同類型的紫外線光源；根據(jù)不同的紫外線輻照光源，通過使用UV輻照計(jì)或UV能量計(jì)測定紫外光的強(qiáng)度，分別進(jìn)行紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布測定；根據(jù)試驗(yàn)需求的室外紫外線輻照要求，將室外紫外線輻照總有效時(shí)間轉(zhuǎn)化成室內(nèi)紫外線輻射總有效時(shí)間；根據(jù)不同的紫外線光源類型及已確定的紫外線光輻照強(qiáng)度的空間分布情況，進(jìn)行瀝青老化盤分區(qū)設(shè)計(jì)；考慮現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范中瀝青熱老化試驗(yàn)要求及分區(qū)老化盤設(shè)計(jì)，提出了光老化試驗(yàn)瀝青試樣用量準(zhǔn)備方法；根據(jù)上述步驟進(jìn)行光老化室內(nèi)模擬試驗(yàn)后，進(jìn)行瀝青宏觀、微觀性能試驗(yàn)，并綜合試驗(yàn)溫度、紫外線輻照強(qiáng)度、紫外線輻照時(shí)間等試驗(yàn)因素，進(jìn)行瀝青抗紫外線老化性能綜合分析。本測試方法設(shè)計(jì)合理，翔實(shí)具體，試驗(yàn)操作簡便易行。
文檔編號G01N17/00GK103196818SQ20131008793
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者葉奮, 武金婷, 王勝, 吳懷睿, 張德佳 申請人:同濟(jì)大學(xué)