專利名稱：瀝青紫外線光老化強度分區測試方法
技術領域：
本發明屬于公路及城市道路領域，具體涉及一種浙青紫外線光老化強度分區測試方法。
背景技術：
浙青在貯運、加工、施工過程中，會發生一系列的物理及化學變化，如蒸發、脫氫、縮合、氧化等，使浙青逐漸硬化、變脆，不能繼續發揮其原有的粘結或密封作用，造成短期老化。路面在后續服務期中，白天受日光強烈輻射，紫外線使浙青面層進一步老化，浙青變得干澀、脆硬，低溫勁度增加、破壞應變減小，極易形成溫縮裂縫；同時其粘度進一步下降，與集料的粘附性變差，容易引起路面龜裂，更嚴重時浙青從集料表面脫落，唧漿、松散、脫落形成坑槽，坑槽內積水滲入到面層下，產生水損害破壞，從而影響浙青路面的使用壽命。但是目前關于道路浙青的老化研究主要集中在短期熱老化，許多研究成果己轉變成標準規范，在實際工程中得到了廣泛的應用。而對紫外線引起的浙青光老化研究較少。我國青海、西藏、新疆等西北部地區海拔高、空氣稀薄、紫外線輻射強烈，加之高寒、干旱、風沙、鹽堿等自然環境的綜合作用，容易使浙青路面產生裂縫、坑槽、剝落等病害，大大縮短了路面的服務期限。因此，有必要對浙青的紫外光老化進行系統研究。但由于在自然條件下浙青的老化周期較長，一般為18 30個月。為了能夠快速獲取浙青的光老化規律，需要采用人工強紫外線光源環境箱的試驗方法進行加速紫外光老化模擬試驗。加速紫外光老化模擬試驗將浙青短期熱老化與紫外光氧老化結合起來,是一種能夠較好模擬浙青長期野外老化的測試方法。室內浙青紫外光老化試驗中一般采用紫外線高壓汞燈，其紫外線輻射強度受電壓、距離、溫度、鎮流器輸出功率等因素的影響，具體表現為:電壓增高或鎮流器輸出功率增大時，燈管的工作電流增大，使銀燈絲發射較多的電子，紫外線輻射強度增加；燈管可視為無數個光亮點輻射紫外線，隨著距離增加，以燈管為中心點的球面以幾何級增加？，輻射強度指數曲線急劇下降；當溫度升高時，汞蒸汽易激發，輻射強度也相應增強；在冬季低溫季節紫外線強度穩定時間延長，反映燈管通電后逐漸升溫，強度逐漸增大，達一定平衡點后，逐步穩定。現行《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》中沒有關于浙青紫外光老化的試驗規定。以往光老化試驗中，試樣均采用該規程中T0609-2011浙青薄膜加熱試驗及T0610-2011浙青旋轉薄膜加熱試驗中的老化盤即盛樣皿進行準備，但這就存在一個很大的問題:規程中的老化盤呈圓盤狀，內徑140mm，深9.5mnTl0mm，由于(旋轉)薄膜烘箱中溫度均勻，可保證老化盤中浙青試樣各點溫度一致。而紫外線光源輻射出的紫外線強度存在空間分布，在燈軸線中心的垂線上，紫外線強度隨水平輻射距離的增大而衰減，所以常規老化盤中的浙青會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試驗進行改進，以獲得更為精確理想的試驗條件，較好地模擬浙青的長期野外老化，進而全面分析浙青抗紫外線老化性能。本發明在同濟大學葉奮教授提出的紫外線老化仿真系統的基礎上，進一步優化，提出了一種浙青紫外線光老化強度分區測試方法，以期為后續浙青光老化相關研究提供技術支持。
發明內容
本發明的目的在于提供一種浙青紫外線光老化強度分區測試方法。本發明提出的浙青紫外線光老化強度分區測試方法，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生的紫外光輻射下的面積形狀，將室內光老化試驗中的紫外線分為環狀紫外光和帶狀紫外光。環狀紫外光由反射型黑光高壓汞燈產生，由蘑菇型或橄欖型燈頭輻射出，功率為125W100W。帶狀紫外光由強紫外線高壓汞燈產生，由圓柱形的燈管輻射出，功率為100W 25kW。(2)、紫外線光輻照強度的空間分布確定
由于紫外線高壓汞燈的紫外線強度受電壓、距離、溫度、鎮流器輸出功率等因素影響，所以當室內紫外線老化汞燈選型確定且安裝好，并根據具體外界環境溫度采取一定的溫度調節措施(如安裝風機、風扇等)后，紫外線光輻照強度的空間分布可確定。若為環狀紫外光源，準備一張A3硬紙，以投射下光圈的中心最亮點為圓心Atl，用圓規以半徑lcm、2cm、……、ncm、……等畫出同心圓，由內向外紫外光強度由強到弱，并在其上畫出兩個垂直的直徑。直徑與半徑為ncm的圓的交點作為紫外線強度的測點An、Bn、Cn、Dn0使用UV輻照計或UV能量計依次測定記錄各點的光強度值。若為帶狀紫外光源，準備一張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域的長方形，在其兩側依次分別畫出同寬同長的紫外光強度測試區域，由內向外紫外光強度由強到弱。畫出橫縱向兩條中心線。以圖2中標注的An、Bn、Cn、Dn作為測點，使用UV輻照計或UV能量計依次測定記錄各點的光強度值。在未進行浙青光老化前，測定以上測點的紫外光強度值作為初始強度，在進行浙青光老化一定時間段后再進行強度測定，直至浙青老化試驗完成。通過分析測定的紫外線光輻照強度值，獲取所采用的紫外線光源的輻照強度空間分布情況及強度衰變情況。(3)、紫外線光輻照時間的確定
根據選定的(不同類型的)紫外線光源的空間強度分布及衰變情況，結合試驗需求，將室外紫外線輻射總有效時間轉化成室內紫外線輻射總有效時間。(4)、紫外線光老化浙青老化盤分區設計
根據不同的紫外線光源類型及步驟(2)中的紫外線光輻照強度的空間分布情況，對浙青老化盤進行分區設計。若為環狀紫外光，老化盤需根據紫外線汞燈的形狀及初始實測強度進行設計，大致為圓環狀(如圖3);若為帶狀紫外光，老化盤需根據紫外線汞燈的形狀及初始實測強度進行設計，大致為矩形(如圖4)。(5)、光老化浙青試樣準備
由于浙青光老化前需進行短期熱老化試驗，所以，需達到現行《浙青及浙青混合料試驗規程》中熱老化試驗對浙青膜厚度的規定。短期老化后的浙青按照試驗需要的浙青膜厚度確定各輻照區的浙青用量。如浙青膜厚為dmm，則:
圓環狀老化盤第η強度區的浙青用量為:π(r2n - r2 n-1) x d帶狀老化盤第η強度區的浙青用量為-.WnXl另外，進行浙青熒光顯微鏡試驗及表面能試驗時，若不進行熱老化，可直接在載玻片上制備浙青樣品，然后根據光照強度分區，在光源下按照分區放置樣品并進行相應標記，以達到分強度測試的目的。(6)、紫外線室內光老化分強度模擬試驗
在進行紫外線光老化前，首先需要進行薄膜烘箱老化(TFOT)或旋轉薄膜烘箱老化(RTFOT)模擬短期熱老化，即浙青在拌合、運輸、攤鋪中的熱老化。將經過短期熱老化的試樣放置在室內紫外線光老化試驗箱中接受強紫外線輻射。通過試驗室室內空調、外用風扇等措施控制紫外線老化箱內的溫度，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 將光老化后的浙青試樣取出并進行性能測試試驗,主要包括:
宏觀試驗:浙青表面觀測、針入度、延度、軟化點；
微觀試驗:浙青族組成分析試驗、Superpave試驗(BBR試驗、DSR試驗)、紅外光譜試驗、熱分析試驗(DSR試驗、熱重分析試驗等)。(8)、結果分析
綜合試驗溫度、紫外線輻照強度、紫外線輻照時間、浙青性能試驗等測試結果，進行浙青抗紫外線老化性能對比、評價分析。本發明包括了室內光老化試驗中紫外線光源的類型選擇及相應的輻照強度的空間分布確定，室內外紫外光照時間的換算，光老化浙青盛樣皿即老化盤的分區設計，浙青試樣準備，紫外線老化輻照試驗及浙青各項性能檢測試驗。通過本測試方法的實施，可確保浙青紫外線室內試驗能夠較好地模擬室外環境，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律。本測試方法設計合理，翔實具體，試驗操作簡便易行。
圖1環狀紫外線光輻照強度的空間分布測定。
圖2帶狀紫外線光輻照強度的空間分布測定。圖3環狀光老化強度分區浙青老化盤。
圖4帶狀光老化強度分區浙青老化盤。圖5實施例1所采用紫外線光源。
圖6實施例1紫外輻照強度測定。圖7實施例1中所設計采用老化盤。a)老化盤示意圖，b)老化盤實物圖，單位:mm,深度h為5-10，壁厚d為0.7 1，高強區內徑rl為20，中強度內徑r2為40，低強度內徑r3為60。
圖8實施例2中Ikw強紫外線高壓汞燈。
圖9實施例2中紫外透射玻璃。圖10實施例2中所設計采用老化盤。單位:mm。深度5_10 ;高強區寬度40 ;低強度寬度30。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發明。實施例1:
1、紫外線光源類型的確定
試驗采用AIUREB (人工強紫外線光源環境箱)作為紫外線光源(如圖5)，共采用反射型黑光高壓汞燈6個，功率均為125W，其輻射下的形狀為圓環狀。2、紫外線光輻照強度的空間分布確定
實施例中選用紫外輻照計進行紫外光強度測試，測試探頭底端直徑為29mm。準備一張A3硬紙,確定圓心Atl,用圓規以半徑2cm、4cm、6cm畫出同心圓，并畫出兩條直徑。兩條直徑與三個同心圓的交點作為紫外光強度測點A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，A3、B3、C3、D3。然后分別以測點為圓心，畫出直徑為29mm的圓形作為測試探頭的放置點，以便于后續的快速測試(如圖6)。將以上步驟確定的測點位置剪成圖6中的測位樣紙。進行紫外光強度測試時，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光點重合放置，然后按照測點由強至弱(即由內至外)依次進行光強度測試。初始紫外強度測試值如表I所示。另外，每次進行紫外光強度測試時，同步進行測點溫度測試。表I實施例汞燈初始紫外強度(單位μ ff/cm2)
權利要求
1.一種浙青紫外線光老化強度分區測試方法，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生的紫外光輻射下的面積形狀，將室內光老化試驗中的紫外線分為環狀紫外光和帶狀紫外光；環狀紫外光由反射型黑光高壓汞燈產生，由蘑菇型或橄欖型燈頭輻射出，功率為125W100W ;帶狀紫外光由強紫外線高壓汞燈產生，由圓柱形的燈管輻射出，功率為IOOW 25kW ； (2)、紫外線光輻照強度的空間分布確定 紫外線高壓汞燈的紫外線強度受電壓、距離、溫度和鎮流器輸出功率影響，當室內紫外線老化汞燈選型確定且安裝好，根據具體外界環境溫度采取溫度調節措施，紫外線光輻照強度的空間分布確定； 若為環狀紫外光源，準備一張A3硬紙，以投射下光圈的中心最亮點為圓心A0,用圓規以半徑lcm、2cm、......、ncm、......畫出同心圓，由內向外紫外光強度由強到弱，并在其上畫出兩個垂直的直徑；直徑與半徑為ncm的圓的交點作為紫外線強度的測點An、Bn、Cn、Dn ;使用UV輻照計或UV能量計依次測定記錄各點的光強度值； 若為帶狀紫外光源，準備一張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域的長方形，在其兩側依次分別畫出同寬同長的紫外光強度測試區域，由內向外紫外光強度由強到弱； 畫出橫縱向兩條中心線； 以An、Bn、Cn、Dn作為測點，所述測點是半徑為ncm對應的四個邊界點，使用UV輻照計或UV能量計依次測定記錄各點的光強度值； 在未進行浙青光老化前，測定以上測點的紫外光強度值作為初始強度，在進行浙青光老化后再進行紫外線光輻照強度測定，直至浙青老化試驗完成； 通過分析測定的紫外線光輻照強度值，獲取所采用的紫外線光源的輻照強度空間分布情況及強度衰變情況； (3)、紫外線光輻照時間的確定 根據選定的不同類型的紫外線光源的空間強度分布及衰變情況，結合試驗需求，將室外紫外線輻射總有效時間轉化成室內紫外線輻射總有效時間； (4)、紫外線光老化浙青老化盤分區設計 根據不同的紫外線光源類型及步驟(2)中的紫外線光輻照強度的空間分布情況，對浙青老化盤進行分區設計； 若為環狀紫外光，老化盤需根據紫外線汞燈的形狀及初始實測強度進行設計，大致為圓環狀；若為帶狀紫外光，老化盤需根據紫外線汞燈的形狀及初始實測強度進行設計，大致為矩形； (5)、光老化浙青試樣準備 由于浙青光老化前需進行短期熱老化試驗，所以，需達到現行《浙青及浙青混合料試驗規程》中熱老化試驗對浙青膜厚度的規定； 另外，進行浙青熒光顯微鏡試驗及表面能試驗時，若不進行熱老化，可直接在載玻片上制備浙青樣品，然后根據 光照強度分區，在光源下按照分區放置樣品并進行相應標記，以達到分強度測試的目的；(6)、紫外線室內光老化分強度模擬試驗 在進行紫外線光老化前，首先需要進行薄膜烘箱或旋轉薄膜烘箱模擬短期熱老化，即浙青在拌合、運輸、攤鋪中的熱老化； 將經過短期熱老化的試樣放置在室內紫外線光老化試驗箱中接受強紫外線輻射；通過試驗室室內空調、外用風扇等措施控制紫外線老化箱內的溫度，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 將光老化后的浙青試樣取出并進行性能測試試驗,主要包括: 宏觀試驗:浙青表面觀測、針入度、延度、軟化點； 微觀試驗:浙青族組成分析試驗、Superpave試驗、紅外光譜試驗和熱分析試驗；Superpave試驗包括BBR試驗和DSR試驗,熱分析試驗包括DSR試驗和熱重分析試驗； (8)、結果分析 綜合試驗溫度、紫外線輻照強度、紫外線輻照時間、浙青性能試驗測試結果，進行浙青抗紫外線老化性能對比、評價分 析。
全文摘要
本發明涉及一種瀝青紫外線光老化強度分區測試方法，具體步驟為確定選用兩種不同類型的紫外線光源；根據不同的紫外線輻照光源，通過使用UV輻照計或UV能量計測定紫外光的強度，分別進行紫外線光輻照強度的空間分布測定；根據試驗需求的室外紫外線輻照要求，將室外紫外線輻照總有效時間轉化成室內紫外線輻射總有效時間；根據不同的紫外線光源類型及已確定的紫外線光輻照強度的空間分布情況，進行瀝青老化盤分區設計；考慮現行試驗規范中瀝青熱老化試驗要求及分區老化盤設計，提出了光老化試驗瀝青試樣用量準備方法；根據上述步驟進行光老化室內模擬試驗后，進行瀝青宏觀、微觀性能試驗，并綜合試驗溫度、紫外線輻照強度、紫外線輻照時間等試驗因素，進行瀝青抗紫外線老化性能綜合分析。本測試方法設計合理，翔實具體，試驗操作簡便易行。
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 優先權日2013年3月19日
發明者葉奮, 武金婷, 王勝, 吳懷睿, 張德佳 申請人:同濟大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
