CN106706507A - 一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，包括以下几个步骤：(1)根据实际需求，制备沥青混合料试样，并将其在纵向长度上一分为二，形成测试混合料和对照空白料；(2)将测试混合料放置在紫外光下接受光老化，将对照空白料遮光放置，调节两组试样的表面温度；(3)待光老化结束后，在测试混合料和对照空白料的表面粘贴应变片，静置后将两个试样拼接，放置在MMLS3加速加载设备上接受动态加载，进行路用性能测试；(4)待路用性能测试完毕后，将测试混合料和对照空白料开挖取芯，进行微观试验。与现有技术相比，本发明可较好地模拟实际沥青路面在交通荷载及紫外线辐照下路用性能的变化情况，全面揭示其光老化规律。
Description
技术领域
本发明涉及公路及城市道路领域，具体涉及一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法。
背景技术
室外太阳光直接照射于沥青路面时，其中的紫外线可直接影响表层沥青。沥青分子的扩散作用以及路面空隙或破坏裂纹/裂缝等可使紫外线的影响扩散至路面更深部分，达到表层以下1cm范围内；而沥青混合料中沥青膜厚度一般为5～15μm，所以紫外线辐射对沥青路面会产生相当大的影响。哈尔滨工业大学、同济大学、武汉理工大学、西安建筑科技大学等高校先后对沥青紫外光老化开展了较多研究，开发了人工模拟紫外光加速实验设备并进行了相关实验。但在沥青及沥青混合料紫外光老化方面，尚无统一的试验规程可供参考。各研究单位及人员间的试验设备、试验方法、试验条件等(尤其是紫外光照强度、光照时间、沥青膜厚等)存在较大差别，使得试验结果不尽相同，甚至相反，相互间可比性及借鉴性较差。另外，目前在进行沥青混合料及沥青路面结构设计时，主要考虑力学性能，尚未考虑过紫外光照对材料、结构所造成的性能折减，而事实上，在高强紫外线地区，紫外线对沥青路面是一个不可避免、不可忽视的影响因素。
另一方面，对于沥青路面的路用性能测试，由于对实际运营道路的长期观测耗时耗力，因此一般通过室内车辙试验、冻融劈裂试验等进行，但这样的传统室内试验，由于试件尺寸、加载模式、环境条件等有别于实际道路在行车荷载下的受力，较难真实反映路面力学性能逐渐劣化的过程。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试功能多、模拟结果正确的沥青混合料紫外光老化性能测试的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，包括以下几个步骤：
(1)根据实际需求，制备沥青混合料试样，并将其在纵向长度上一分为二，形成测试混合料和对照空白料；
(2)将测试混合料放置在紫外光下接受光老化，将对照空白料遮光放置，调节两组试样的表面温度；
(3)待光老化结束后，在测试混合料和对照空白料的表面粘贴应变片，静置后将两个试样拼接，放置在MMLS3加速加载设备上接受动态加载，进行路用性能测试；
(4)待路用性能测试完毕后，将测试混合料和对照空白料开挖取芯，进行微观试验。
所述的测试混合料进行光老化时，紫外光的辐射形状为带状，且测试混合料的纵向中心与紫外光辐射中心带重合。
所述的光老化时间为300～500h。
所述光老化时的温度小于等于60℃。
粘贴应变片后静置至少24h后才能进行加载。
所述路用性能测试包括车辙测试、应变测试或地震波模量测试，试样两侧及顶端需予以固定，保证沥青混合料试样在轮胎加载过程中不会发生移动。
进行动态加载前，需进行预处理，所述预处理包括以下步骤：将试样固定在MMLS3加速加载设备的加载试槽中，将应变片连接数据线，划分横向车辙采集断面，做好标记；确定地震波模量测点，做好标记；然后进行2～5min的预压。测定加速加载设备的轮胎压强，室内温度；设定加载速率、加载次数、数据采集频率等参数。在累积加载次数分别达到设定值时，暂停加载，进行车辙变形及地震波模量的测定；在加载过程中，全程进行动态应变的采集。
所述微观试验包括红外光谱、热重分析、凝胶色谱。
综合沥青及沥青混合料物理性能(结构类型、空隙率等)、试验温度、紫外线辐照强度、紫外线辐照时间、加速加载路用性能(车辙、应变、地震波模量)、加载后芯样结果、沥青微观试验结果等，进行沥青混合料抗紫外线老化性能对比、评价分析；并可对由运营沥青路面中切割出的沥青混合料试样进行室内加速加载试验，分析其路用性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：可较好地模拟实际沥青路面在交通荷载及紫外线辐照下路用性能的变化情况，全面揭示其光老化规律，本测试方法设计合理，详实具体。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
(1)、沥青混合料成型及紫外光老化试验
在沥青、集料等原材料性能、混合料配合比等检测符合要求的前提下，采用Slabcompactor多尺寸振动轮碾仪成型机，分别一次性成型基质沥青SMA-13混合料、橡胶沥青SMA-13混合料试样。试样尺寸为50cm×30cm×10cm(长×宽×高)，成型温度为175℃。待沥青混合料试样脱模后，采用切割机将试样沿长度方向均分为二，将其中的1/2试样放至带状紫外线光源下接受光老化，将另外的1/2试样遮光放至常温下作为未紫外光老化对比组。
将1/2试样放至于紫外光源下方，其纵向中心与紫外光辐射中心带重合。试样纵向中心带上紫外光照强度可达400W/m2，两侧光照强度随偏离纵向中心带距离，按照二次多项式模式递减。对基质、橡胶沥青混合料试样紫外光老化照射时间分别定为300h、500h。试样表面中心最高温度不超过60℃。
(2)、沥青混合料加速加载试验
沥青混合料试样在加速加载试验中，进行车辙、应变、地震波模量的路用性能测定。
将达到紫外光老化时间完成紫外光老化的沥青混合料试样及未老化沥青混合料试样拿出，在试样上下表面、侧面等部位指定测点粘贴应变片，以对加载过程中的沥青混合料进行应变实时测试，且粘贴应变片后36h进行加载。
应变测点布置：在沥青混合料试样表面、底面、侧面画网格线，其中纵向线为各面的纵向中心线，横向线每隔5cm一条。在试样表面、底面，距离两个试样拼接的顶端10cm、25cm处，均布置一纵一横2个应变片，且表面、底面应变片一一对应；在试样单个侧面，距离两个试样相接的顶端10cm、25cm处，均布置一纵一竖2个应变片。
车辙断面布置：为了全面准确地获取加载过程中车辙的变化规律，在未光老化沥青混合料试样上选取3个横向断面作为车辙测试断面，其距离拼接顶端分别为5cm、20cm、35cm；在光老化沥青混合料试样上选取5个横向断面作为车辙测试断面，其距离拼接顶端分别为5cm、15cm、26cm、35cm、45cm。
地震波模量测点布置：车辙横向测试断面与表面纵向中心线的交点即作为地震波模量的测试点位。
加载试验分基质、橡胶沥青混合料试样两组进行。每组试验时，未光老化的1/2试样与光老化1/2试样纵向紧密拼接放置于加载试槽中(即每组加载断面尺寸为100cm×15cm×10cm(长×宽×高))，同时接受动态加载，以进行光老化对SMA-13沥青混合料影响的对比分析。
试样两侧及顶端需予以固定，保证沥青混合料试样在轮胎加载过程中不会发生移动。试样固定之后，连接各数据线；标记车辙采集断面、地震波模量测点。以上工作准备完毕后对沥青混合料试样采用加速加载设备进行约2min慢速预压。接下来，对沥青混合料进行初始参数采集，包括断面车辙、应变、地震波模量等。
采用三分之一尺寸小型加速加载设备MMLS3进行加载试验。，采用四组充气轮胎(Φ300mm，宽80mm)，充气压强为0.7MPa。加载试验中，为了保证加载试验的稳定性，前期采用3600次/h的加载速率，而后采用6000次/h的加载速率。加载试验未考虑横向移动。基质、橡胶沥青试样在自然温度条件下各累积加载次数50万次，加载时试样表面温度约为33℃。
考虑试样尺寸、量程精度、加载扰动等因素，采用箔式电阻应变片BX120-30AA测量水平纵、横向应变及侧面纵、竖向应变，采用DHDAS信号测试分析***进行动态应变数据采集；加载过程中，全程进行应变数据采集，采集频率100Hz。采用断面仪MLS ProfilometerDriver-P900进行车辙变形采集；采用便携式地震波模量仪PSPA进行地震波模量采集。在加载过程中，全程进行动态应变的采集。在累积加载次数达到指定值(基质：0万次、1万次、2万次、4万次、6万次、10万次、20万次、30万次、40万次、50万次；橡胶：0万次、1万次、4万次、10万次、20万次、30万次、50万次)时暂停加载，进行车辙变形及地震波模量测定。
(3)、结果分析
①车辙变形
车辙变形断面的横向测量长度为130mm，每隔2mm采集车辙变形。以未加载(0万次)时断面原始曲线作为此断面车辙变形量的计算基准，高于基准线的部分为***变形，相对变形量以正值表示；相应地，低于基准线的部分为凹陷变形，以负值表示；断面曲线最高点与最低点变形量的代数差作为车辙深度。基质及橡胶沥青混合料试样上所有断面车辙深度的平均值随加载次数的变化情况如表1所示。
表1沥青混合料试样平均车辙深度(单位：mm)
在MMLS3加载作用下，光老化后的沥青混合料试样平均车辙深度大于相应未进行光老化的沥青混合料试样，在加载次数超过10万次后两者差距逐渐减小；橡胶沥青混合料试样的平均车辙深度小于基质沥青混合料，两者的差距随加载次数的增大而增大，且橡胶沥青混合料在光老化与未光老化条件下车辙深度差距小于基质沥青混合料相应值。由回归分析可知，沥青混合料试样平均车辙深度与加载次数呈现较好的幂函数关系(R2>0.97)。试验结果表明，紫外光老化加剧了沥青混合料高温稳定性能的降低，紫外光老化对橡胶沥青混合料的影响远小于基质沥青。
②动态应变
在加速加载过程中，不间断地以频率100Hz进行动态应变数据采集，以获得可控荷载条件表面、底面纵向、横向应变及侧面纵向、竖向应变响应的空间分布、时程变化的发展规律。可知，光老化对底面应变影响较小，而光老化沥青混合料试样的表面应变大于未老化条件下的相应值，且随着加载次数的增多，光老化及未光老化间的表面应变差距倍数呈减小趋势，光老化对沥青混合料力学响应的影响逐渐降低。在加载至50万次的过程中，光老化的基质沥青混合料试样表面纵向应变是未老化相应值的1.00～1.20倍，表面横向应变前者为后者的0.89～1.17倍，侧面竖向应变前者为后者的1.29～3.71倍，侧面纵向应变前者为后者的0.60～0.78。
橡胶沥青的底面纵向应变小于250με，底面横向应变及侧面纵向应变小于100με，光老化及未老化沥青混合料试样的底面应变及侧面纵向应变差别不大(比值在1.00左右)，所以此处主要对比表面应变及侧面竖向应变。光老化后橡胶沥青侧面竖向应变为未老化相应值的2～3倍；表面纵向应变前者为后者的1.07～1.25倍；表面横向应变前者为后者的1.01～1.37倍。
综合以上，光老化对沥青混合料试样的表面应变及侧面竖向应变产生较大的影响，光老化使表面应变最高增大30％，更使侧面竖向应变最高增大200％，这也印证了光老化后沥青混合料试样车辙变形较大的结果。
③地震波模量
光老化和未光老化的基质沥青混合料试样在未加载时的初始地震波模量差距较小，但是随着加载进行，光老化后的基质沥青混合料试样的地震波模量快速衰减，小于未光老化后试样，至加载50万次后，未进行光老化的基质沥青混合料试样地震波模量降低约至其初始模量的80％，而光老化后的基质沥青混合料试样相应值降低约至其初始模量的65％。这也从另一方面揭示了光老化使得沥青混合料高温稳定性降低的原因。
橡胶沥青地震波模量随加载次数，以良好的二次多项式形式衰减。相比基质沥青混合料试样，橡胶沥青混合料试样的地震波模量较小。光老化和未光老化的橡胶沥青混合料试样在未加载时的初始地震波模量差距较小，但是随着加载进行，光老化后的橡胶沥青混合料试样的地震波模量衰减速率大于未光老化后试样：光老化橡胶沥青混合料初期地震波模量衰减速率约为未光老化的2倍，后续前者稍大于后者。加载50万次后，未进行光老化、光老化的橡胶沥青混合料试样地震波模量降低约至其各自初始模量的75％、70％。在加载后期，由于温度下降使地震波模量出现小幅增大。
综合以上可知，橡胶沥青混合料各项性能优于基质沥青混合料，且性能衰减程度小于基质沥青混合料，则橡胶粉的改性作用在一定程度上降低了紫外光老化的影响。基质和橡胶沥青混合料试样在光老化后均在宏观上表现为：在轮载作用下产生较大的车辙变形及动态应变，地震波模量衰减速率更快。因此，紫外光老化加剧了沥青混合料的性能衰退，将会缩短沥青路面的使用寿命。
Claims (8)
1.一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，所述方法包括以下几个步骤：
(1)根据实际需求，制备沥青混合料试样，并将其在纵向长度上一分为二，形成测试混合料和对照空白料；
(2)将测试混合料放置在紫外光下接受光老化，将对照空白料遮光放置，调节两组试样的表面温度；
(3)待光老化结束后，在测试混合料和对照空白料的表面粘贴应变片，静置后将两个试样拼接，放置在MMLS3加速加载设备上接受动态加载，进行路用性能测试；
(4)待路用性能测试完毕后，将测试混合料和对照空白料开挖取芯，进行微观试验。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，所述的测试混合料进行光老化时，紫外光的辐射形状为带状，且测试混合料的纵向中心与紫外光辐射中心带重合。
3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，所述的光老化时间为300～500h。
4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，所述光老化时的温度小于等于60℃。
5.根据权利要求1所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，粘贴应变片后静置至少24h后才能进行加载。
6.根据权利要求1所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，所述路用性能测试包括车辙测试、应变测试或地震波模量测试。
7.根据权利要求6所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，进行动态加载前，需进行预处理，所述预处理包括以下步骤：将试样固定在MMLS3加速加载设备的加载试槽中，将应变片连接数据线，划分横向车辙采集断面，做好标记；确定地震波模量测点，做好标记；然后进行2～5min的预压。
8.根据权利要求1所述的一种沥青混合料紫外光老化性能测试的方法，其特征在于，所述微观试验包括红外光谱、热重分析、凝胶色谱。
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