一种模拟沥青砂浆紫外光老化的方法

1.本发明涉及道路材料技术领域，具体涉及一种模拟沥青砂浆紫外光老化的方法。


背景技术：

2.沥青砂浆是广泛应用于公路工程中沥青混合料的组成成分之一的一种典型粘弹性材料，其紫外光老化问题一直备受研究者关注。目前紫外光老化试验可以在室内或室外进行，室外光老化试验直接将试样放置于太阳光下进行，环境因素真实、试验结果可靠性强，但其试验周期过长成为主要问题；室内光老化试验通常利用高压汞灯、氙灯、荧光灯等模拟室外紫外线辐射总量来进行试验，但存在灯源发热严重，以及无法达到与实际紫外辐射强度相当的问题，从而难以模拟沥青砂浆紫外光老化的真实情况。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种模拟沥青砂浆紫外光老化的方法，通过计算室内紫外光老化的当量加速率，再由试验得到当量加速率的修正系数，从而建立室内与室外紫外光老化的等效关系，最后利用等效关系对沥青砂浆进行室内老化模拟试验。本发明提出的模拟沥青砂浆紫外光老化的方法缩短了试验周期，节省了时间成本，提高了试验效率；除此之外，通过对当量加速率进行修正，能够真实模拟沥青砂浆在实际应用中的紫外光老化情况，大大提高了模拟结果的准确性，对研究、改善沥青砂浆的紫外光老化问题至关重要。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模拟沥青砂浆紫外光老化的方法，包括以下步骤：
5.s1：制备沥青砂浆试件；
6.s2：确定与室外辐射强度相当的室内紫外光老化的辐射强度和辐射时间；
7.s3：将所述沥青砂浆试件分为第一试验组和第二试验组，所述第一试验组放置于室内紫外光下进行光老化试验，所述第二试验组放置于室外紫外光下进行光老化试验；
8.s4：光老化试验结束后，分别对老化后的沥青砂浆试件进行不同温度下的频率扫描，得到第一试验组和第二试验组的复数剪切模量；
9.s5：根据所述第一试验组和第二试验组的复数剪切模量，得到室内紫外老化的修正系数k；
10.s6：根据所述修正系数k对沥青砂浆试件进行室内老化模拟试验。
11.可选的，步骤s2包括以下步骤：
12.确定室外辐射强度；
13.设定室内辐射强度，计算得到室内紫外光老化的当量加速率，由所述当量加速率分别得到与所述沥青砂浆试件在室外辐射半年和一年相当的室内辐射时间。
14.可选的，所述当量加速率a1＝qr/qz，其中，qr为相同时间内室内辐射总量，qz为相同时间内室外辐射总量。
15.可选的，步骤s3中，利用led灯源对所述第一试验组进行室内紫外光老化试验。
16.可选的，步骤s3中，将所述第二试验组放置于自然空旷处，并对其进行玻璃罩密封处理后对其进行室外紫外光老化试验。
17.可选的，步骤s4包括以下步骤：
18.利用动态剪切流变仪对未老化的所述沥青砂浆试件进行应变扫描，得到所述沥青砂浆试件的线性粘弹范围应变；
19.设定频率范围、温度和线性粘弹范围应变，对经老化试验后的所述第一试验组和第二试验组在不同温度下进行频率扫描。
20.可选的，所述频率范围为0.1hz～60hz。
21.可选的，设定的所述温度介于0℃～45℃。
22.可选的，所述线性粘弹范围应变为0.01％。
23.可选的，步骤s5包括以下步骤：
24.计算所述第一试验组和第二试验组不同温度下的复数剪切模量的离散系数cv；
25.得到所述修正系数k的范围，其中，在离散系数cv最小的温度下，所述第一试验组与第二试验组复数剪切模量的差值百分比最小值为所述修正系数k的最小值，所述第一试验组与第二试验组复数剪切模量的差值百分比最大值为所述修正系数k的最大值；
26.建立室内与室外紫外光老化的等效关系。
27.可选的，所述离散系数其中，
28.可选的，所述第一试验组的复数剪切模量小于所述第二试验组的复数剪切模量时，所述等效关系为a2＝(1-k)a1。
29.可选的，所述第一试验组的复数剪切模量大于所述第二试验组的复数剪切模量时，所述等效关系为a2＝(1 k)a1。
30.可选的，步骤s6包括以下步骤：
31.根据所述等效关系计算出与室外辐射强度相当的修正后的室内紫外光老化的辐射时间；
32.根据修正后的室内紫外光老化的辐射时间对所述沥青砂浆试件进行室内老化模拟试验。
33.本发明提供的模拟沥青砂浆紫外光老化的方法，至少具有以下技术效果：
34.本发明提供的模拟沥青砂浆紫外光老化的方法，通过计算室内紫外光老化的当量加速率，再由试验得到当量加速率的修正系数，从而建立室内与室外紫外光老化的等效关系，最后利用等效关系对沥青砂浆进行室内老化模拟试验。本发明提出的模拟沥青砂浆紫外光老化的方法缩短了试验周期，节省了时间成本，提高了试验效率；除此之外，通过对当量加速率进行修正，能够真实模拟沥青砂浆在实际应用中的紫外光老化情况，大大提高了模拟结果的准确性，对研究、改善沥青砂浆的紫外光老化问题至关重要。
附图说明
35.图1显示为实施例提供的模拟沥青砂浆紫外光老化的方法的流程图。
36.图2a～2b显示为实施例步骤s4中第一试验组的扫描结果。
37.图3a～3b显示为实施例步骤s4中第二试验组的扫描结果。
具体实施方式
38.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
39.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
40.实施例
41.本实施例提供一种模拟沥青砂浆紫外光老化的方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
42.步骤s1：制备沥青砂浆试件；
43.首先，计算得到沥青混合料的最佳油石比，即沥青混合料中沥青与矿料的最佳质量比，油石比是沥青用量的指标之一，它的用量多少直接影响路面质量，油石比大路面容易泛油，反之则影响强度和防水效果。具体的，最佳油石比可以通过马歇尔试验获得，马歇尔试验为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
44.接着，计算得到沥青砂浆的最佳油石比。作为示例，根据沥青砂浆中矿料吸附沥青含量和粉胶比与沥青混合料保持一致原则可计算出沥青砂浆中等效沥青含量，沥青砂浆中集料配比根据沥青混合料中的集料配比等比例放大得到，从而得到沥青砂浆的油石比；
45.最后，制成沥青砂浆试件。作为示例，根据沥青砂浆的最佳油石比和配合比进行配料、烘料，沥青砂浆配合比如表1所示，根据jtg e20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中试验分项t0702方法拌合好沥青砂浆后，采用sgc设置旋转压实次数，将沥青砂浆压实成型直径为100mm的圆柱体试件。等待冷却60min以上后对沥青砂浆试件进行脱模，采用精密切割机将圆柱体沥青砂浆试件切割成统一规格并且适合动态剪切流变仪矩形夹具适用的沥青砂浆小块试件。
46.表1沥青砂浆配合比
[0047][0048]
步骤s2：确定与室外辐射强度相当的室内紫外光老化的辐射强度和辐射时间；
[0049]
首先，确定室外辐射强度。室外辐射强度需要根据所处的地区和时间来确定，以湖南地区为例，通过查阅湖南地区实际天气条件下太阳能年辐射量为4190mj/m2～5016mj/m2，年日照时数为1400h～2200h，标准光照下年平均日照时间为3.1h～3.8h，以紫外线占太阳年辐射量的5％来计算，得到湖南年平均紫外线辐射量为230mj/m2，年平均紫外线辐射日总
量qz为0.01243w。
[0050]
接着，确定与室外辐射强度相当的室内紫外光老化的辐射强度和辐射时间。作为示例，设定室内辐射强度为30mw/cm2，每天老化23h，一天的辐射总量qr即为0.69w，室内紫外光老化的当量加速率a1＝qr/qz≈55.51，取湖南地区年日照时数的平均值为1800h，即在室外辐射一年相当于在室内辐射1800h/55.51＝32.42h，在室外辐射半年相当于在室内辐射16.21h。
[0051]
步骤s3：将所述沥青砂浆试件分为第一试验组和第二试验组，所述第一试验组放置于室内紫外光下进行光老化试验，所述第二试验组放置于室外紫外光下进行光老化试验；
[0052]
作为示例，对于第一试验组，利用led灯源对所述第一试验组进行室内紫外光老化试验，辐射强度为30mw/cm2，且进一步将第一试验组分为两组沥青砂浆试件，设定一组的辐射时间为16.21h模拟室外辐射半年的情况，设定另一组的辐射时间为32.42h模拟室外辐射一年的情况。
[0053]
作为示例，第二试验组放置于自然空旷的地方，为了尽量只考虑自然光辐射对第二试验组产生的老化，防止水损伤的作用，对第二试验组进行玻璃罩密封处理，再对其进行自然光辐射老化。同样，将第二试验组分为两组沥青砂浆试件，将其中一组放置于室外辐射半年，另一组放置于室外辐射一年。
[0054]
步骤s4：光老化试验结束后，分别对老化后的沥青砂浆试件进行不同温度下的频率扫描，得到第一试验组和第二试验组的复数剪切模量；
[0055]
由于沥青类材料是典型的黏弹性材料，对温度的敏感性十分明显，因此为了保证测量结果具有可复现性，需要先确定材料的线性粘弹范围。作为示例，利用动态剪切流变仪对未老化的沥青砂浆试件进行扫描，扫描频率为0.1hz～60hz，扫描温度为0℃，应变范围为0.001％～0.1％，根据线性粘弹范围的确定方法，规定应变扫描结果中粘弹性材料复数剪切模量随着应变的增大减小量在5％内为线性粘弹范围，扫描得到线性粘弹范围应变为0.01％。
[0056]
对经老化试验后的第一试验组和第二试验组在不同温度下进行频率扫描，扫描频率为0.1hz～60hz，扫描温度介于0℃～45℃，具体地，将扫描温度分别设定为0℃、15℃、30℃和45℃，扫描线性粘弹范围应变为0.01％。第一试验组的扫描结果如图2a和2b所示，图2a显示为在室内辐射16.21h的情况下，试件的复数剪切模量随频率的变化；图2b显示为在室内辐射32.42h的情况下，试件的复数剪切模量随频率的变化。第二试验组的扫描结果如图3a和3b所示，图3a显示为在室外辐射半年的情况下，试件的复数剪切模量随频率的变化；图3b显示为在室外辐射一年的情况下，试件的复数剪切模量随频率的变化。
[0057]
步骤s5：根据所述第一试验组和第二试验组的复数剪切模量，得到室内紫外老化的修正系数；
[0058]
首先，对图2a～2b和3a～3b所示的扫描结果进行数据分析，根据下列公式(1)～(3)计算得到各个温度下的复数剪切模量的离散系数cv，计算结果如表2所示。
[0059][0060]
[0061][0062]
表2不同老化时间和老化环境的试样在不同扫描温度下的复数剪切模量的离散系数cv[0063][0064]
由表2可以看出，扫描温度为15℃时复数剪切模量的离散系数cv最小，离散系数cv最小代表平行试验数据的离散性最小，即在此情况下能够计算得到更为准确的参考值。在扫描温度15℃下，通过不同扫描频率得到的室内与室外复数剪切模量的差值百分比如表3所示，其中，室外复数剪切模量均大于室内复数剪切模量，选取室内与室外复数剪切模量的差值百分比最小值为修正系数k的最小值，即修正系数k的最小值为11.38％；选取室内与室外复数剪切模量的差值百分比最大值为修正系数k的最大值，即修正系数k的最大值为13.87％。最终得到修正系数k的范围为11.38％～13.87％，建立室内与室外紫外光老化的等效关系a2＝(1-k)a1。
[0065]
表315℃下频率扫描室内与室外复数剪切模量差值百分比
[0066]
[0067][0068]
步骤s6：根据所述修正系数k对沥青砂浆试件进行室内老化模拟试验；
[0069]
作为示例，根据等效关系a2＝(1-k)a1计算出与室外辐射强度相当的修正后的室内紫外光的老化的辐射时间，例如，湖南地区年日照时数的平均值为1800h，即在室外辐射一年相当于在室内辐射1800h/a2＝1800h/(1-k)a1，在本实施例中，a1＝55.51，k取其范围的中值12.625％，即在湖南地区室外辐射一年相当于室内辐射37.1h。
[0070]
如上，经试验得到了与室外辐射量相同的修正后的室内紫外光辐时间，然后，根据修正后的室内紫外光老化的辐射时间对沥青砂浆试件进行室内老化模拟试验。作为示例，利用led灯源对沥青砂浆试件进行室内紫外光老化试验，辐射强度为30mw/cm2，设定辐射时间为37.1h模拟室外辐射一年的情况。在其他可选实施例中，室内辐射时间根据需要模拟的室外辐射时间进行相应的调整。
[0071]
综上所述，本发明提供一种模拟沥青砂浆紫外光老化的方法，通过计算室内紫外光老化的当量加速率，再由试验得到当量加速率的修正系数，从而建立室内与室外紫外光老化的等效关系，最后利用等效关系对沥青砂浆进行室内老化模拟试验。本发明提出的模拟沥青砂浆紫外光老化的方法缩短了试验周期，节省了时间成本，提高了试验效率；除此之外，通过对当量加速率进行修正，能够真实模拟沥青砂浆在实际应用中的紫外光老化情况，大大提高了模拟结果的准确性，对研究、改善沥青砂浆的紫外光老化问题至关重要。
[0072]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。