本發(fā)明涉及公路及城市道路領(lǐng)域，具體涉及一種瀝青混合料紫外光老化性能測試的方法。
背景技術(shù)：
室外太陽光直接照射于瀝青路面時，其中的紫外線可直接影響表層瀝青。瀝青分子的擴散作用以及路面空隙或破壞裂紋/裂縫等可使紫外線的影響擴散至路面更深部分，達(dá)到表層以下1cm范圍內(nèi)；而瀝青混合料中瀝青膜厚度一般為5～15μm，所以紫外線輻射對瀝青路面會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟大學(xué)、武漢理工大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)等高校先后對瀝青紫外光老化開展了較多研究，開發(fā)了人工模擬紫外光加速實驗設(shè)備并進行了相關(guān)實驗。但在瀝青及瀝青混合料紫外光老化方面，尚無統(tǒng)一的試驗規(guī)程可供參考。各研究單位及人員間的試驗設(shè)備、試驗方法、試驗條件等(尤其是紫外光照強度、光照時間、瀝青膜厚等)存在較大差別，使得試驗結(jié)果不盡相同，甚至相反，相互間可比性及借鑒性較差。另外，目前在進行瀝青混合料及瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要考慮力學(xué)性能，尚未考慮過紫外光照對材料、結(jié)構(gòu)所造成的性能折減，而事實上，在高強紫外線地區(qū)，紫外線對瀝青路面是一個不可避免、不可忽視的影響因素。
另一方面，對于瀝青路面的路用性能測試，由于對實際運營道路的長期觀測耗時耗力，因此一般通過室內(nèi)車轍試驗、凍融劈裂試驗等進行，但這樣的傳統(tǒng)室內(nèi)試驗，由于試件尺寸、加載模式、環(huán)境條件等有別于實際道路在行車荷載下的受力，較難真實反映路面力學(xué)性能逐漸劣化的過程。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測試功能多、模擬結(jié)果正確的瀝青混合料紫外光老化性能測試的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種瀝青混合料紫外光老化性能測試的方法，包括以下幾個步驟：
(1)根據(jù)實際需求，制備瀝青混合料試樣，并將其在縱向長度上一分為二，形成測試混合料和對照空白料；
(2)將測試混合料放置在紫外光下接受光老化，將對照空白料遮光放置，調(diào)節(jié)兩組試樣的表面溫度；
(3)待光老化結(jié)束后，在測試混合料和對照空白料的表面粘貼應(yīng)變片，靜置后將兩個試樣拼接，放置在MMLS3加速加載設(shè)備上接受動態(tài)加載，進行路用性能測試；
(4)待路用性能測試完畢后，將測試混合料和對照空白料開挖取芯，進行微觀試驗。
所述的測試混合料進行光老化時，紫外光的輻射形狀為帶狀，且測試混合料的縱向中心與紫外光輻射中心帶重合。
所述的光老化時間為300～500h。
所述光老化時的溫度小于等于60℃。
粘貼應(yīng)變片后靜置至少24h后才能進行加載。
所述路用性能測試包括車轍測試、應(yīng)變測試或地震波模量測試，試樣兩側(cè)及頂端需予以固定，保證瀝青混合料試樣在輪胎加載過程中不會發(fā)生移動。
進行動態(tài)加載前，需進行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括以下步驟：將試樣固定在MMLS3加速加載設(shè)備的加載試槽中，將應(yīng)變片連接數(shù)據(jù)線，劃分橫向車轍采集斷面，做好標(biāo)記；確定地震波模量測點，做好標(biāo)記；然后進行2～5min的預(yù)壓。測定加速加載設(shè)備的輪胎壓強，室內(nèi)溫度；設(shè)定加載速率、加載次數(shù)、數(shù)據(jù)采集頻率等參數(shù)。在累積加載次數(shù)分別達(dá)到設(shè)定值時，暫停加載，進行車轍變形及地震波模量的測定；在加載過程中，全程進行動態(tài)應(yīng)變的采集。
所述微觀試驗包括紅外光譜、熱重分析、凝膠色譜。
綜合瀝青及瀝青混合料物理性能(結(jié)構(gòu)類型、空隙率等)、試驗溫度、紫外線輻照強度、紫外線輻照時間、加速加載路用性能(車轍、應(yīng)變、地震波模量)、加載后芯樣結(jié)果、瀝青微觀試驗結(jié)果等，進行瀝青混合料抗紫外線老化性能對比、評價分析；并可對由運營瀝青路面中切割出的瀝青混合料試樣進行室內(nèi)加速加載試驗，分析其路用性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：可較好地模擬實際瀝青路面在交通荷載及紫外線輻照下路用性能的變化情況，全面揭示其光老化規(guī)律，本測試方法設(shè)計合理，詳實具體。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
(1)、瀝青混合料成型及紫外光老化試驗
在瀝青、集料等原材料性能、混合料配合比等檢測符合要求的前提下，采用Slab compactor多尺寸振動輪碾儀成型機，分別一次性成型基質(zhì)瀝青SMA-13混合料、橡膠瀝青SMA-13混合料試樣。試樣尺寸為50cm×30cm×10cm(長×寬×高)，成型溫度為175℃。待瀝青混合料試樣脫模后，采用切割機將試樣沿長度方向均分為二，將其中的1/2試樣放至帶狀紫外線光源下接受光老化，將另外的1/2試樣遮光放至常溫下作為未紫外光老化對比組。
將1/2試樣放至于紫外光源下方，其縱向中心與紫外光輻射中心帶重合。試樣縱向中心帶上紫外光照強度可達(dá)400W/m2，兩側(cè)光照強度隨偏離縱向中心帶距離，按照二次多項式模式遞減。對基質(zhì)、橡膠瀝青混合料試樣紫外光老化照射時間分別定為300h、500h。試樣表面中心最高溫度不超過60℃。
(2)、瀝青混合料加速加載試驗
瀝青混合料試樣在加速加載試驗中，進行車轍、應(yīng)變、地震波模量的路用性能測定。
將達(dá)到紫外光老化時間完成紫外光老化的瀝青混合料試樣及未老化瀝青混合料試樣拿出，在試樣上下表面、側(cè)面等部位指定測點粘貼應(yīng)變片，以對加載過程中的瀝青混合料進行應(yīng)變實時測試，且粘貼應(yīng)變片后36h進行加載。
應(yīng)變測點布置：在瀝青混合料試樣表面、底面、側(cè)面畫網(wǎng)格線，其中縱向線為各面的縱向中心線，橫向線每隔5cm一條。在試樣表面、底面，距離兩個試樣拼接的頂端10cm、25cm處，均布置一縱一橫2個應(yīng)變片，且表面、底面應(yīng)變片一一對應(yīng)；在試樣單個側(cè)面，距離兩個試樣相接的頂端10cm、25cm處，均布置一縱一豎2個應(yīng)變片。
車轍斷面布置：為了全面準(zhǔn)確地獲取加載過程中車轍的變化規(guī)律，在未光老化瀝青混合料試樣上選取3個橫向斷面作為車轍測試斷面，其距離拼接頂端分別為5cm、20cm、35cm；在光老化瀝青混合料試樣上選取5個橫向斷面作為車轍測試斷面，其距離拼接頂端分別為5cm、15cm、26cm、35cm、45cm。
地震波模量測點布置：車轍橫向測試斷面與表面縱向中心線的交點即作為地震波模量的測試點位。
加載試驗分基質(zhì)、橡膠瀝青混合料試樣兩組進行。每組試驗時，未光老化的1/2試樣與光老化1/2試樣縱向緊密拼接放置于加載試槽中(即每組加載斷面尺寸為100cm×15cm×10cm(長×寬×高))，同時接受動態(tài)加載，以進行光老化對SMA-13瀝青混合料影響的對比分析。
試樣兩側(cè)及頂端需予以固定，保證瀝青混合料試樣在輪胎加載過程中不會發(fā)生移動。試樣固定之后，連接各數(shù)據(jù)線；標(biāo)記車轍采集斷面、地震波模量測點。以上工作準(zhǔn)備完畢后對瀝青混合料試樣采用加速加載設(shè)備進行約2min慢速預(yù)壓。接下來，對瀝青混合料進行初始參數(shù)采集，包括斷面車轍、應(yīng)變、地震波模量等。
采用三分之一尺寸小型加速加載設(shè)備MMLS3進行加載試驗。，采用四組充氣輪胎(Φ300mm，寬80mm)，充氣壓強為0.7MPa。加載試驗中，為了保證加載試驗的穩(wěn)定性，前期采用3600次/h的加載速率，而后采用6000次/h的加載速率。加載試驗未考慮橫向移動?；|(zhì)、橡膠瀝青試樣在自然溫度條件下各累積加載次數(shù)50萬次，加載時試樣表面溫度約為33℃。
考慮試樣尺寸、量程精度、加載擾動等因素，采用箔式電阻應(yīng)變片BX120-30AA測量水平縱、橫向應(yīng)變及側(cè)面縱、豎向應(yīng)變，采用DHDAS信號測試分析系統(tǒng)進行動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集；加載過程中，全程進行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，采集頻率100Hz。采用斷面儀MLS Profilometer Driver-P900進行車轍變形采集；采用便攜式地震波模量儀PSPA進行地震波模量采集。在加載過程中，全程進行動態(tài)應(yīng)變的采集。在累積加載次數(shù)達(dá)到指定值(基質(zhì)：0萬次、1萬次、2萬次、4萬次、6萬次、10萬次、20萬次、30萬次、40萬次、50萬次；橡膠：0萬次、1萬次、4萬次、10萬次、20萬次、30萬次、50萬次)時暫停加載，進行車轍變形及地震波模量測定。
(3)、結(jié)果分析
①車轍變形
車轍變形斷面的橫向測量長度為130mm，每隔2mm采集車轍變形。以未加載(0萬次)時斷面原始曲線作為此斷面車轍變形量的計算基準(zhǔn)，高于基準(zhǔn)線的部分為隆起變形，相對變形量以正值表示；相應(yīng)地，低于基準(zhǔn)線的部分為凹陷變形，以負(fù)值表示；斷面曲線最高點與最低點變形量的代數(shù)差作為車轍深度?；|(zhì)及橡膠瀝青混合料試樣上所有斷面車轍深度的平均值隨加載次數(shù)的變化情況如表1所示。
表1瀝青混合料試樣平均車轍深度(單位：mm)
在MMLS3加載作用下，光老化后的瀝青混合料試樣平均車轍深度大于相應(yīng)未進行光老化的瀝青混合料試樣，在加載次數(shù)超過10萬次后兩者差距逐漸減??；橡膠瀝青混合料試樣的平均車轍深度小于基質(zhì)瀝青混合料，兩者的差距隨加載次數(shù)的增大而增大，且橡膠瀝青混合料在光老化與未光老化條件下車轍深度差距小于基質(zhì)瀝青混合料相應(yīng)值。由回歸分析可知，瀝青混合料試樣平均車轍深度與加載次數(shù)呈現(xiàn)較好的冪函數(shù)關(guān)系(R2>0.97)。試驗結(jié)果表明，紫外光老化加劇了瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的降低，紫外光老化對橡膠瀝青混合料的影響遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青。
②動態(tài)應(yīng)變
在加速加載過程中，不間斷地以頻率100Hz進行動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，以獲得可控荷載條件表面、底面縱向、橫向應(yīng)變及側(cè)面縱向、豎向應(yīng)變響應(yīng)的空間分布、時程變化的發(fā)展規(guī)律?？芍?，光老化對底面應(yīng)變影響較小，而光老化瀝青混合料試樣的表面應(yīng)變大于未老化條件下的相應(yīng)值，且隨著加載次數(shù)的增多，光老化及未光老化間的表面應(yīng)變差距倍數(shù)呈減小趨勢，光老化對瀝青混合料力學(xué)響應(yīng)的影響逐漸降低。在加載至50萬次的過程中，光老化的基質(zhì)瀝青混合料試樣表面縱向應(yīng)變是未老化相應(yīng)值的1.00～1.20倍，表面橫向應(yīng)變前者為后者的0.89～1.17倍，側(cè)面豎向應(yīng)變前者為后者的1.29～3.71倍，側(cè)面縱向應(yīng)變前者為后者的0.60～0.78。
橡膠瀝青的底面縱向應(yīng)變小于250με，底面橫向應(yīng)變及側(cè)面縱向應(yīng)變小于100με，光老化及未老化瀝青混合料試樣的底面應(yīng)變及側(cè)面縱向應(yīng)變差別不大(比值在1.00左右)，所以此處主要對比表面應(yīng)變及側(cè)面豎向應(yīng)變。光老化后橡膠瀝青側(cè)面豎向應(yīng)變?yōu)槲蠢匣鄳?yīng)值的2～3倍；表面縱向應(yīng)變前者為后者的1.07～1.25倍；表面橫向應(yīng)變前者為后者的1.01～1.37倍。
綜合以上，光老化對瀝青混合料試樣的表面應(yīng)變及側(cè)面豎向應(yīng)變產(chǎn)生較大的影響，光老化使表面應(yīng)變最高增大30％，更使側(cè)面豎向應(yīng)變最高增大200％，這也印證了光老化后瀝青混合料試樣車轍變形較大的結(jié)果。
③地震波模量
光老化和未光老化的基質(zhì)瀝青混合料試樣在未加載時的初始地震波模量差距較小，但是隨著加載進行，光老化后的基質(zhì)瀝青混合料試樣的地震波模量快速衰減，小于未光老化后試樣，至加載50萬次后，未進行光老化的基質(zhì)瀝青混合料試樣地震波模量降低約至其初始模量的80％，而光老化后的基質(zhì)瀝青混合料試樣相應(yīng)值降低約至其初始模量的65％。這也從另一方面揭示了光老化使得瀝青混合料高溫穩(wěn)定性降低的原因。
橡膠瀝青地震波模量隨加載次數(shù)，以良好的二次多項式形式衰減。相比基質(zhì)瀝青混合料試樣，橡膠瀝青混合料試樣的地震波模量較小。光老化和未光老化的橡膠瀝青混合料試樣在未加載時的初始地震波模量差距較小，但是隨著加載進行，光老化后的橡膠瀝青混合料試樣的地震波模量衰減速率大于未光老化后試樣：光老化橡膠瀝青混合料初期地震波模量衰減速率約為未光老化的2倍，后續(xù)前者稍大于后者。加載50萬次后，未進行光老化、光老化的橡膠瀝青混合料試樣地震波模量降低約至其各自初始模量的75％、70％。在加載后期，由于溫度下降使地震波模量出現(xiàn)小幅增大。
綜合以上可知，橡膠瀝青混合料各項性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料，且性能衰減程度小于基質(zhì)瀝青混合料，則橡膠粉的改性作用在一定程度上降低了紫外光老化的影響?；|(zhì)和橡膠瀝青混合料試樣在光老化后均在宏觀上表現(xiàn)為：在輪載作用下產(chǎn)生較大的車轍變形及動態(tài)應(yīng)變，地震波模量衰減速率更快。因此，紫外光老化加劇了瀝青混合料的性能衰退，將會縮短瀝青路面的使用壽命。