专利名称：沥青紫外线老化的室内测试方法
技术领域：
本发明属于交通运输工程领域，涉及用于浙青紫外线老化的室内测试方法。
背景技术：
由于我国地形东低西高，西部的青藏高原、新疆地区和南部是我国日照时数和太 阳辐射总量最多的地区，同时这些地区远离海洋，气候干燥、云雨量少、大气透明度高，太阳 辐射被削弱的少，从而到达地面的太阳直接辐射也相对其他地方多。太阳辐射中到达地面 的紫外线波段能量的多少，主要决定于太阳总辐射能量的多少，紫外线辐射一般占太阳总 辐射的5 7%左右。因此，西部的青藏高原、新疆地区和南部是我国紫外线辐射最强的地 区(如西藏的拉萨同期的紫外线强度是上海的4倍)。浙青紫外线老化后其粘度下降，与集料的粘附性变差，容易引起路面产生龟裂，更 严重的甚至浙青从集料的表面脱落，产生坑槽。如果不及时维修的话，下雨天坑槽内会积 水，雨水渗入到面层下，进一步产生唧泥等损害，严重影响浙青路面的路用性能。再加上高 原地区的高寒、干旱、风沙、盐碱等自然环境的综合作用，使路面裂缝、坑槽、剥落严重，影响 了浙青路面的设计寿命。因而强紫外线易使浙青混合料中的浙青过早老化及衰变，影响浙 青路面的使用寿命。在西部强紫外线辐射地区设计、施工和维修浙青路面的时候，应该考虑 紫外线光老化对浙青材料的影响远大于热老化。浙青材料在浙青混合料的拌和、摊铺、碾压过程中以及浙青路面使用过程中都存 在老化现象。浙青材料的老化现象是影响浙青路面使用质量和寿命的最主要因素之一。浙 青老化主要有四种情况，即氧化老化、挥发物的衰减、自然硬化和渗流硬化，一般认为氧化 引起的硬化是浙青老化的主要原因。目前，行业技术人员对于浙青在氧、热等因素作用下的 老化已有较为深刻的认识，但是对于浙青光氧老化还没有深层次的研究。申请人通过试验 还发现紫外线光老化与热老化对浙青性能的影响在指标上有所不同，从影响浙青路面低温 开裂的延度和劲度模量这两项指标来说，紫外光老化对浙青性能的影响远大于PAV热老化 对浙青性能的影响。因此，需要将光老化技术与热老化技术结合起来，才能较好地模拟浙青 的长期野外老化过程。在自然条件下浙青的老化周期较长，一般为18 30个月，这对研究浙青材料在日 光紫外线下的老化规律非常不利，为了尽快得出结果，需要采用人工强紫外线光源环境箱 的试验方法进行加速老化，将室外强日光紫外线辐射时间换算成室内强紫外线辐射时间， 缩短室内老化时间。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种浙青紫外线老化的室内测试方法，可有效、方便且 准确的模拟紫外线的室外环境。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是一种浙青紫外线老化的室内测试方法，包括以下步骤
(1)、紫外线光老化时间的确定紫外线照射时间的长短直接影响到试验结果的准确性，将室外紫外线辐射总有效 时间换算为室内紫外线辐射总有效时间；(2)、短期热老化进行紫外线室内试验时，采用紫外线光老化模拟环境箱模拟长期紫外线老化过 程，在进行紫外线老化操作前，首先需要进行浙青薄膜加热试验或浙青旋转薄膜加热试验 模拟短期热老化；(3)、紫外线老化试验将经过短期热老化的试样放置在人工强紫外线光源环境箱内接受强紫外线辐射； 控制箱内的温度以避免浙青试样的热老化；控制箱内的照射时间；(4)、试样测试将已经老化后的浙青试样按照《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)进行针入度、软化点、延度等试验分析。进一步，步骤1)中室外紫外线辐射总有效时间与室内紫外线辐射总有效时间的 换算为a、根据5% 计算室外紫外线总量，其中为室外总太阳辐射量，为 室外紫外线辐射总量；b、根据1. 1XQ,= 计算得到室内紫外线辐射总量，其中，为室内紫外线辐射
总量；c、根据PXt = 计算得出试件被紫外线照射时间，其中P为紫外线辐射绝对强 度，t为紫外线照射时间。步骤(3)中箱内的温度，冬季控制在20°C以下，夏季控制在40°C以下；箱内的照射 时间每天照射16h，间隔8h。步骤(3)中紫外线的辐射强度为室外自然日光条件下的10倍以上。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点本发明的方中紫外线的辐射强度达 到室外日光条件下的10倍以上，并将室外强日光紫外线辐射时间(或量)换算成室内强紫 外线辐射时间(或量)，确保紫外线室内试验能够较好的模拟紫外线室外环境，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。
图1是本发明采用的人工强紫外线老化仿真系统的结构示意图。图中，1 一反射型黑光高压汞灯、2—温度计及温度控制系统、3—稳压器、4一电源 控制系统、时间控制系统及安全控制系统、5—进风扇、6—升降控制钮、7—出风扇、8—可升 降板、9一样品试验室。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。1、紫外线光老化时间的确定紫外线照射时间的长短直接影响到试验结果的准确性，采用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的换算方法。室内紫外线照射时间计算是依据青海省果洛州大武镇的年日照时数2，577. 9h、总 太阳辐射量700kJ/cm2 紫外光占5%，换算成总紫外线辐射量为35kJ/cm2 a1,即Q外=5%XQ总(式 1)Q总一总太阳辐射量(kj/cm2 a"1)Q外——室外紫外线辐射总量(kj/cm2 a—1)考虑1. 1倍的增大系数(由于室内紫外线试验是强化试验，样品紫外线的吸收有 损失，根据室内外的对比试验发现需要增大1. 1倍，这样室内外试验的结果一致)，即1.1父0外=0内(式 2)Q外——室外紫外线辐射总量(kj/cm2)；Q内——室内紫外线辐射总量(kj/cm2)。并由此将室外紫外线辐射时间换算成室内紫外线辐射时间，换算结果见表1。表1室外紫外线辐射时间与室内紫外线辐射时间换算关系表 另外一个反射型黑光高压汞灯的紫外线辐射绝对强度3. 00w,可选择多个反射型 黑光高压汞灯进行照射，通过下式计算试件被室内紫外线照射时间，即pxt = Q 内(式 3)P—紫外线辐射绝对强度(w/cm2)t一紫外线照射时间(s)Q内—室内紫外线辐射总量(kj/cm2)2、短期热老化进行紫外线室内试验时，采用紫外线光(UV-A)老化模拟环境箱模拟长期紫外线 老化过程，在进行UV-A老化前，首先需要进行浙青薄膜加热试验(TF0T)或浙青旋转薄膜加 热试验(RTF0T)模拟短期热老化。3、紫外线老化试验将经过短期热老化的试样放置在AIUREB (人工强紫外线光源环境箱)内接受强紫 外线辐射。控制AIUREB内的温度，冬季控制在20°C以下，夏季控制在40°C以下，以避免浙青 试样的热老化；控制AIUREB内的照射时间，每日从早上5:30至晚上21:30，每天照射16h， 间隔8h。所述“人工强紫外线老化仿真系统”就是指在人为制造的环境内模拟自然条件下 并强化紫外线的辐射强度(10倍以上)，以期在较短的时间内获得试验结果。人工强紫外线老化仿真系统由以下几部分组成
1)样品试验室9 为试样提供了一个模拟自然条件的环境；2)光源系统1 包括反射型黑光高压汞灯及稳压器；3)温度控制系统2 由于西部地区海拔较高(每上升1km气温下降5°C )年平均 气温在10°c以内，有的甚至0°C以下，而灯泡内的温度高达80°C左右，因此就必须严格控制 温度(制冷及通风)；4)安全控制系统4 :365nm的紫外线属于UV-A，虽然它对人体不仅无害而且有益 (UV-A最主要的生物效应是色素沉着作用，它是指UV-A能使皮肤中的黑色素原通过氧化酶 的作用，转变为黑色素，使皮肤发生色素沉着。由于黑色素对短波辐射的吸收量和吸收能力 都比人体其它组织大数倍。因此色素在皮肤上的沉着，对防止皮肤深部组织不受太阳的短 波辐射的损害、并促进人体对钙的吸收都是十分有益的)。但是人的眼睛如果受到大量和长 时间的UV-A的照射，会使它受到伤害，如视力下降、流泪、红肿等现象。有必要在紫外线灯 工作时，若发生意外开启环境箱门的情形，应能自动关闭反射型黑光高压汞灯和电源控制 系统，以防止电流过载和触电；5)时间控制系统4 紫外线灯的辐射强度极强，试验如要取得准确的结果必须严 格控制时间(准确到分，可以自动开启和关闭，并可以设定总试验时间)。关于人工强紫外线老化仿真系统，具体请参阅申请号为200620121037.0的中国专利。人工强紫外线老化仿真系统中的紫外线灯可采用反射型黑光高压汞灯，它的外壳 采用的是只透长波紫外线UV-A的伍得氏玻璃。这种玻璃不透过可见光，灯的外壳起了滤光 片的作用，能够透过外壳的只有单纯的狭窄的线光谱——365nm长波紫外线UV-A。因为这 种灯输出的光谱单色性很强，所以反射型黑光高压汞灯是一个很好的专门用于光化学试验 和荧光分析试验的仪器，例如，可采用上海上元电光源技术有限公司的GHF125W-03型反射 型黑光高压汞灯。表2表示GHF125W-03型反射型黑光高压汞灯的光谱绝对能量。表2 GHF125W-03型反射型黑光高压汞灯的光谱绝对能量 人工强紫外线老化仿真系统如附图所示。为对比紫外线老化模拟效果，同时进行紫外线室外老化试验，同样首先将试样经 过薄膜烘箱老化(TF0T)，然后将经过薄膜烘箱老化的试样放置在青海省果洛州大武镇公路 养护总段人工搭建的平台上接受强日光紫外线辐射。4、试样测试分别取原样、TF0T、室外日光自然强紫外线辐射3个月、室外日光自然强紫外线辐 射9个月、室内强紫外线辐射13天和室内强紫外线辐射39天的试样，进行针入度、软化点、 延度分析及对比，结果见表3。表3室内外紫外线老化对比表 从表3中可以看出同等紫外线辐射量的室外日光自然强紫外线老化比室内模拟 强紫外线辐射老化剧烈。但是从3个月至9个月室内外同等紫外线辐射量的三项指标变化 中可已发现变化率基本一致。例如，针入度室外下降1. 5，室内下降2. 5 ；软化点室外上 升3. 7，室内上升3. 2;延度室外下降13. 5，室内下降12. 5。说明室内模拟室外日光自然强 紫外线老化是可行的。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
权利要求
一种沥青紫外线老化的室内测试方法，其特征在于包括以下步骤(1)、紫外线光老化时间的确定紫外线照射时间的长短直接影响到试验结果的准确性，将室外紫外线辐射总有效时间换算为室内紫外线辐射总有效时间；(2)、短期热老化进行紫外线室内试验时，采用紫外线光老化模拟环境箱模拟长期紫外线老化过程，在进行紫外线老化操作前，首先需要进行沥青薄膜加热试验或沥青旋转薄膜加热试验模拟短期热老化；(3)、紫外线老化试验将经过短期热老化的试样放置在人工强紫外线光源环境箱内接受强紫外线辐射；控制箱内的温度以避免沥青试样的热老化；控制箱内的照射时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1)中室外紫外线辐射总有效时间与室内紫外线辐射总有效时间的换算为a、根据5%XQ&计算室外紫外线总量，其中为室外总太阳辐射量，为室外 紫外线辐射总量；b、根据1.IXQ,= Qrt计算得到室内紫外线辐射总量，其中，Qrt为室内紫外线辐射总量；c、根据PXt= Qrt计算得出试件被紫外线照射时间，其中P为紫外线辐射绝对强度，t 为紫外线照射时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中箱内的温度，冬季控制在20°C以下，夏季控制在40°C以下；箱内的照射时 间每天照射16h，间隔8h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中紫外线的辐射强度为室外自然日光条件下的10倍以上。
全文摘要
本发明提供一种沥青紫外线老化的室内检测方法，利用紫外线老化仿真系统在人为制造的环境内模拟自然条件下并强化紫外线的辐射强度，将室外紫外线辐射总有效时间换算成室内紫外线辐射总有效时间，使得紫外线的辐射强度达到室外条件的10倍以上，以期在较短的时间内获得试验结果，确保紫外线室内试验能够较好地模拟紫外线室外环境，对于强紫外线地区，全面分析沥青紫外线老化程度，揭示沥青紫外线老化过程中的变化规律，研究沥青光老化机理，建立沥青抗紫外线老化评价指标具有重要意义。本测试方法设计合理，试验操作简便易行。
文档编号G01N17/00GK101852717SQ20101019275
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者叶奋, 武金婷, 王宝松 申请人:同济大学