专利名称：沥青紫外线光老化强度分区测试方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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�。仔纬晌滤趿逊欤煌逼湔扯冉徊较陆担爰系恼掣叫员洳睿菀滓鹇访婀炅眩现厥闭闱啻蛹媳砻嫱崖洌蠼�、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。本发明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。
发明内容
本发明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。本发明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。本发明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，光老化浙青盛样皿即老化盘的分区设计，浙青试样准备，紫外线老化辐照试验及浙青各项性能检测试验。通过本测试方法的实施，可确保浙青紫外线室内试验能够较好地模拟室外环境，全面分析浙青紫外线老化程度，揭示浙青紫外线老化过程中的变化规律。本测试方法设计合理，翔实具体，试验操作简便易行。
图1环状紫外线光辐照强度的空间分布测定。
图2带状紫外线光辐照强度的空间分布测定。图3环状光老化强度分区浙青老化盘。
图4带状光老化强度分区浙青老化盘。图5实施例1所采用紫外线光源。
图6实施例1紫外辐照强度测定。图7实施例1中所设计采用老化盘。a)老化盘示意图，b)老化盘实物图，单位:mm,深度h为5-10，壁厚d为0.7 1，高强区内径rl为20，中强度内径r2为40，低强度内径r3为60。
图8实施例2中Ikw强紫外线高压汞灯。
图9实施例2中紫外透射玻璃。图10实施例2中所设计采用老化盘。单位:mm。深度5_10 ;高强区宽度40 ;低强度宽度30。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。实施例1:
1、紫外线光源类型的确定
试验采用AIUREB (人工强紫外线光源环境箱)作为紫外线光源(如图5)，共采用反射型黑光高压汞灯6个，功率均为125W，其辐射下的形状为圆环状。2、紫外线光辐照强度的空间分布确定
实施例中选用紫外辐照计进行紫外光强度测试，测试探头底端直径为29mm。准备一张A3硬纸,确定圆心Atl,用圆规以半径2cm、4cm、6cm画出同心圆，并画出两条直径。两条直径与三个同心圆的交点作为紫外光强度测点A1、B1、C1、D1，A2、B2、C2、D2，A3、B3、C3、D3。然后分别以测点为圆心，画出直径为29mm的圆形作为测试探头的放置点，以便于后续的快速测试(如图6)。将以上步骤确定的测点位置剪成图6中的测位样纸。进行紫外光强度测试时，将图6中测位样纸的中心与反射型高压汞灯辐照下的最强光点重合放置，然后按照测点由强至弱(即由内至外)依次进行光强度测试。初始紫外强度测试值如表I所示。另外，每次进行紫外光强度测试时，同步进行测点温度测试。表I实施例汞灯初始紫外强度(单位μ ff/cm2)
权利要求
1.一种浙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: (I)、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IOOW 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lcm、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，在进行浙青光老化后再进行紫外线光辐照强度测定，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；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； 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或旋转薄膜烘箱模拟短期热老化，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、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、浙青性能试验测试结果，进行浙青抗紫外线老化性能对比、评价分 析。
全文摘要
本发明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。
文档编号G01N17/00GK103196818SQ20131008793
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者叶奋, 武金婷, 王胜, 吴怀睿, 张德佳 申请人:同济大学
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