CN108956438B - 紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置及方法 - Google Patents

紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紫外辐射‑氧‑温‑湿度耦合的沥青老化试验装置及方法，包括控制箱、环境箱、设置于控制箱内的动力组件以及设置于环境箱内的载物台及转动轴，控制箱上设置有控制面板；控制箱位于环境箱的底部，动力组件的输出轴与转动轴的下端相连接，载物台设置于转动轴的上，且载物台倾斜分布，载物台上设置有盛样皿，环境箱的内壁上设置有若干紫外灯以及用于检测环境箱内温度、湿度及氧气浓度的传感器组，鼓风***的出口与环境箱的进气口相连通；控制面板与鼓风***的控制端、传感器组的输出端及动力组件的控制端相连接，该装置及方法实现紫外线强度、温度、氧通量及湿度在恒定及变换模式下沥青老化的试验。

Description

紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种沥青老化试验装置及方法，具体涉及一种紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置及方法。
背景技术
在自然环境下，沥青的老化主要受热、氧、光照和水的影响，目前尚未有与实际自然环境相对应的试验装置与方法评价多因素耦合作用下沥青的老化，本发明设计了一种沥青经受紫外辐射、热氧及湿度等多因素耦合的老化试验装置，并提出了基于该老化试验装置的试验方法和评价老化程度的指标，从而，可以更准确地模拟沥青在自然环境下的老化，以及评价沥青经受多因素耦合作用下的老化程度。
热、氧、光照和水等都会影响沥青的老化,并且老化过程往往是比较漫长、复杂的,随着老化的加剧,最终会使沥青的化学性质发生较大改变,导致沥青路面硬化开裂,直接影响了路面的耐久性与安全性。目前，基于室内试验的沥青老化试验装置主要有旋转薄膜烘箱、压力老化仪和紫外老化仪等，用于模拟沥青在热氧条件下的短期老化、长期老化和紫外线辐射老化等，尚未有对应的试验装置与试验方法用于模拟和说明沥青在热、氧、光照和水等多因素耦合作用下的老化过程，未涉及紫外线强度、温度、氧通量和湿度在恒定和变换模式下沥青老化的试验方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置及方法，该装置及方法实现紫外线强度、温度、氧通量及湿度在恒定及变换模式下沥青老化的试验。
为达到上述目的，本发明所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置包括控制箱、环境箱、设置于控制箱内的动力组件以及设置于环境箱内的载物台及转动轴，控制箱上设置有控制面板；
控制箱位于环境箱的底部，动力组件的输出轴与转动轴的下端相连接，载物台设置于转动轴的上，且载物台倾斜分布，载物台上设置有盛样皿，环境箱的内壁上设置有若干紫外灯以及用于检测环境箱内温度、湿度及氧气浓度的传感器组，鼓风***的出口与环境箱的进气口相连通；
控制面板与鼓风***的控制端、传感器组的输出端及动力组件的控制端相连接。
所述鼓风***包括风机、过滤***、温度调节装置及湿度调节器，风机的出口依次经过滤***、温度调节装置及湿度调节装置与环境箱侧壁的进气口相连通。
传感器组包括温度传感器、湿度传感器及氧气传感器。
载物台上设置有凹槽，盛样皿内嵌于所述凹槽内，盛样皿为桶形结构。
还包括保护壳，紫外灯位于所述保护壳内。
各紫外灯分别位于环境箱的顶部及侧壁上。
所述转动轴能够进行升降；控制面板为触屏显示器。
本发明所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法包括以下步骤：
将沥青放置于盛样皿内，再通过鼓风***及紫外灯与传感器组相配合调节环境箱内的温度、湿度、氧通量及紫外线强度，然后在控制面板上设置转动轴的转速及沥青的老化时间，再进行沥青老化试验，以获取不同老化时间沥青的复数剪切模量G*、储能模量G′及损耗模量G″，再根据不同老化时间沥青的复数剪切模量G*、储能模量G′及损耗模量G″计算沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″，然后根据沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″评估沥青的老化速率，其中，
Figure BDA0001739635920000031
Figure BDA0001739635920000032
Figure BDA0001739635920000033
及
Figure BDA0001739635920000034
为老化时间为tn+1时沥青的复数剪切模量、储能模量及损耗模量，
Figure BDA0001739635920000037
及
Figure BDA0001739635920000036
为老化时间为tn时沥青的复数剪切模量、储能模量及损耗模量，tn+1＞tn。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置及方法在具体操作时，通过鼓风***及紫外灯与传感器组相配合调节环境箱内的温度、湿度、氧通量及紫外线强度，再通过试验获取沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″，并以此评估沥青的老化速率，需要说明的是，在试验过程中，可以使得环境箱内温度、湿度、氧通量及紫外线强度进行恒定，也可以使得环境箱内温度、湿度、氧通量及紫外线强度进行变换，该控制过程中，通过控制面板控制鼓风***及紫外灯来完成，以实现紫外线强度、温度、氧通量及湿度在恒定及变换模式下沥青老化的试验，操作方便、简单。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为控制箱、2为动力组件、3为环境箱、4为传感器组、5为载物台、6为盛样皿、7为紫外灯、8为保护壳、9为转动轴、10为鼓风***、11为控制面板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置包括控制箱1、环境箱3、设置于控制箱1内的动力组件2以及设置于环境箱3内的载物台5及转动轴9，控制箱1上设置有控制面板11；控制箱1位于环境箱3的底部，动力组件2的输出轴与转动轴9的下端相连接，载物台5设置于转动轴9的上，且载物台5倾斜分布，载物台5上设置有盛样皿6，环境箱3的内壁上设置有若干紫外灯7以及用于检测环境箱3内温度、湿度及氧气浓度的传感器组4，鼓风***10的出口与环境箱3的进气口相连通；控制面板11与鼓风***10的控制端、传感器组4的输出端及动力组件2的控制端相连接。
所述鼓风***10包括风机、过滤***、温度调节装置及湿度调节器，风机的出口依次经过滤***、温度调节装置及湿度调节装置与环境箱3侧壁的进气口相连通；传感器组4包括温度传感器、湿度传感器及氧气传感器。
本发明还包括保护壳8，紫外灯7位于所述保护壳8内；各紫外灯7分别位于环境箱3的顶部及侧壁上。
载物台5上设置有凹槽，盛样皿6内嵌于所述凹槽内，盛样皿6为桶形结构；载物台5的倾斜角度能够进行任意调整，以控制盛样皿6中沥青试样的流动速度，确保沥青均匀老化，载物台5与盛样皿6的材质均为耐高温透紫外线的透明石英玻璃，确保盛样皿6中沥青试样在各个方向可以均匀接受光照。另外，所述转动轴9能够进行升降；控制面板11为触屏显示器。
本发明所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法包括以下步骤：
将沥青放置于盛样皿6内，再通过鼓风***10及紫外灯7与传感器组4相配合调节环境箱3内的温度、湿度、氧通量及紫外线强度，然后在控制面板11上设置转动轴9的转速及沥青的老化时间，再进行沥青老化试验，以获取不同老化时间沥青的复数剪切模量G*、储能模量G′及损耗模量G″，再根据不同老化时间沥青的复数剪切模量G*、储能模量G′及损耗模量G″计算沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″，然后根据沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″评估沥青的老化速率，其中，
Figure BDA0001739635920000051
Figure BDA0001739635920000052
及
Figure BDA0001739635920000053
为老化时间为tn+1时沥青的复数剪切模量、储能模量及损耗模量，
Figure BDA0001739635920000056
及
Figure BDA0001739635920000057
为老化时间为tn时沥青的复数剪切模量、储能模量及损耗模量，tn+1＞tn。
另外，在试验过程中，温度、氧通量、紫外强度及湿度中的一个或多个参数可进行变化，例如，设置恒定的氧通量、紫外强度及湿度条件，通过改变不同的老化温度，可得到不同老化温度条件下的复数剪切模量、储能模量及损耗模量的变化率；或者组合变化其中的多个试验条件，可得到相应的不同组合老化条件下沥青的复数剪切模量、储能模量和损耗模量的变化率。

Claims (7)

1.一种紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，基于紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置，紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验装置，其特征在于，包括控制箱(1)、环境箱(3)、设置于控制箱(1)内的动力组件(2)以及设置于环境箱(3)内的载物台(5)及转动轴(9)，控制箱(1)上设置有控制面板(11)；
控制箱(1)位于环境箱(3)的底部，动力组件(2)的输出轴与转动轴(9)的下端相连接，载物台(5)设置于转动轴(9)的上，且载物台(5)倾斜分布，载物台(5)上设置有盛样皿(6)，环境箱(3)的内壁上设置有若干紫外灯(7)以及用于检测环境箱(3)内温度、湿度及氧气浓度的传感器组(4)，鼓风***(10)的出口与环境箱(3)的进气口相连通；
控制面板(11)与鼓风***(10)的控制端、传感器组(4)的输出端及动力组件(2)的控制端相连接；
包括以下步骤：
将沥青放置于盛样皿(6)内，再通过鼓风***(10)及紫外灯(7)与传感器组(4)相配合调节环境箱(3)内的温度、湿度、氧通量及紫外线强度，然后在控制面板(11)上设置转动轴(9)的转速及沥青的老化时间，再进行沥青老化试验，以获取不同老化时间沥青的复数剪切模量G*、储能模量G′及损耗模量G″，再根据不同老化时间沥青的复数剪切模量G*、储能模量G′及损耗模量G″计算沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″，然后根据沥青的复数剪切模量的变化率υ*、储能模量的变化率υ′及损耗模量的变化率υ″评估沥青的老化速率，其中，
Figure FDA0002754059870000021
Figure FDA0002754059870000022
及
Figure FDA0002754059870000023
为老化时间为tn+1时沥青的复数剪切模量、储能模量及损耗模量，
Figure FDA0002754059870000024
及
Figure FDA0002754059870000025
为老化时间为tn时沥青的复数剪切模量、储能模量及损耗模量，tn+1＞tn。
2.根据权利要求1所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，所述鼓风***(10)包括风机、过滤***、温度调节装置及湿度调节器，风机的出口依次经过滤***、温度调节装置及湿度调节装置与环境箱(3)侧壁的进气口相连通。
3.根据权利要求1所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，传感器组(4)包括温度传感器、湿度传感器及氧气传感器。
4.根据权利要求1所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，载物台(5)上设置有凹槽，盛样皿(6)内嵌于所述凹槽内，盛样皿(6)为桶形结构。
5.根据权利要求1所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，还包括保护壳(8)，紫外灯(7)位于所述保护壳(8)内。
6.根据权利要求1所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，各紫外灯(7)分别位于环境箱(3)的顶部及侧壁上。
7.根据权利要求1所述的紫外辐射-氧-温-湿度耦合的沥青老化试验方法，其特征在于，所述转动轴(9)能够进行升降；控制面板(11)为触屏显示器。
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