一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置及方法与流程

1.本发明涉及沥青老化试验领域，具体是一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置及方法。


背景技术：

2.我国高等级路面90％以上为沥青路面，其使用寿命直接关乎国家经济可持续发展。沥青路面的主要组成材料为沥青、集料、矿粉和添加剂，其中沥青作为主要胶结料，对材料整体性能起到关键作用。由于沥青路面长期处于自然条件下，遭受氧气、温度、光照、尾气、降雨等因素的作用，容易发生老化现象，使得路面组成材料间粘附能力下降，进而加速开裂、松散、车辙、坑槽等早期病害的发展，降低了沥青路面的使用性能和服役寿命，也给路面维修养护带来极大地的挑战。然而，目前缺乏沥青在典型自然区划、典型地质条件下进行长期、全寿命周期的野外暴露试验数据，更缺乏对西北寒旱强紫外线区典型气候真实环境下沥青自然衰变机理、演化规律的探索，寒旱区沥青路面的自然老化及抗老化研究且尚未形成统一的标准体系。
3.国内外专家学者对有关沥青材料的老化进行了大量研究，但对寒旱强紫外线地区真实环境下沥青的老化研究相对甚少，且尚未形成统一的标准体系。本项目对沥青在大温差、强紫外线、极旱等多因素耦合条件下老化机理及不同尺度下行为特性与其混合料性能的一致性进行深入分析，进而提出相对合理的评价指标，形成可靠完整的老化评价体系，可填补该技术领域的空白。
4.(1)对沥青老化进行了较多研究，但多数采用实验室模拟手段，缺乏在典型气候区域、典型地质条件下，长期的、全寿命周期的、体系化的、多元化的真实环境下沥青性能演化规律的探索，不能真实反应沥青路面性能自然老化机理，未建立实验室沥青老化数据与野外自然老化数据之间的联系。
5.(2)由于缺乏沥青在全天候、多因素耦合条件下的自然老化观测数据作为支撑，现有模拟沥青服役时老化的手段单一，缺少多种环境因素耦合作用的全天候老化模拟试验方法，导致实验室模拟与实际路面老化存在较大差异，而且室内紫外老化设备如何真实有效地模拟沥青在自然环境下的老化，还需要大量的改进工作。
6.(3)目前抗老化工艺较为基础，石油分馏工艺优化过程复杂、操作困难，实际工程中抗老化效果不易保证、施工费用昂贵；添加抗老化材料是当前主要研究方向，由于缺乏沥青老化机理作为理论支撑，抗老化材料的选取及作用效果缺乏针对性；未形成统一有效的抗老化定量评价方法，不能有效评估抗老化材料的抗老化效果，更增加了抗老化材料选取的难度；混合料级配、孔隙结构等对沥青路面抗老化效果发挥有重要影响，但目前缺乏抗老化沥青混合料设计方法及施工工艺等方面的研究。
7.因此，沥青在复杂恶劣气候环境下，尤其西北寒旱区日温差大，紫外线强，在这种自然环境的综合作用下，更容易使路面产生裂缝、坑槽、剥落等病害，严重影响了沥青路面的使用寿命。本研究方法将以西北寒旱强紫外线区气候环境为重点依托，以其它不同气候
环境区作为研究辅助，通过开发多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置并提出沥青野外暴露试验方法，建立我国不同典型气候区紫外线对沥青老化规律的梯度联系，针对性揭示寒旱强紫外线区真实环境下沥青老化的分子机理，开发室内加速老化模拟试验装置，建立该气候区沥青老化及抗老化性能综合评价体系，提出沥青靶向抗老化技术，对长寿命沥青路面的发展具有重要意义，有利于提高寒旱强紫外线地区公路沥青路面的建设和养护水平，保障沥青路面在全寿命周期内的路用性能。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置及方法以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置，包括试样架；所述试样架的顶部设有仪器安装架；所述仪器安装架的顶部设有玻璃；所述试样架的底部设有支腿；所述试样架的内部设有试样盘；并在所述试样盘的底部设有过滤网。
11.作为本发明再进一步的方案：所述试样盘的上侧设有多个直径一百四十毫米的沥青样品盘子。
12.作为本发明再进一步的方案：所述玻璃与试样架之间设有垫片。
13.作为本发明再进一步的方案：所述玻璃上贴有不同紫外线通过率的膜，每个通过率的膜对应一个沥青样品盘子，且在所述玻璃上设有可以便于安装镀锌铁皮的卡槽结构，在不需要光照可以放镀锌铁皮遮住阳光照射。
14.作为本发明再进一步的方案：所述过滤网为250目不锈钢过滤网。
15.作为本发明再进一步的方案：所述仪器安装架的前侧从右至左依次安装有温度湿度紫外辐射传感器、摄像头、色度仪以及数显屏幕；所述温度湿度紫外辐射传感器、摄像头以及色度仪都为无线传输，远程室内可以实时查看数据；且所述温度湿度紫外辐射传感器、摄像头以及色度仪均通过导线与数显屏幕内部pcb控制板相连，实时显示当前温度、湿度、紫外辐射基本数据。
16.一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验方法：包括如下步骤：
17.沥青试样制备
18.(1)沥青材料选择：根据试验需求可以选择不同油源、不同批次的各种沥青；
19.(2)沥青试样盘选择：选择旋转薄膜烘箱用标准沥青样品盘，老化盘尺寸为直径140mm的圆盘。也可根据需求定制不同大小沥青样品盘放置于箱体内托盘之上。
20.(3)沥青结合料的短期老化：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20—2011)中旋转薄膜烘箱(rtfot)对不同类型沥青样本进行短期老化，模拟其实际拌合过程中的老化；
21.(4)沥青结合料膜厚选择：紫外光对于沥青的穿透能力十分有限，沥青膜厚的选择非常重要，越薄的沥青膜厚意味着其受到的紫外老化作用会越明显，为此通过国内外研究调研，结合现有规范和实际路面情况，拟选择沥青结合料膜厚为3.18mm，不同试验方案也可根据需求制作不同厚度沥青样品；
22.(5)全气候区域真实环境下的沥青试样制备：为了更加科学、合理、真实地反应沥
青材料在不同典型气候区域使用过程中性能的变化规律，首先对沥青结合料进行短期老化，然后将短期老化后的不同沥青结合料浇筑50
±
0.5g于老化盘中，并将其置于不同工况进行不同暴露时间的长期老化，最后对沥青结合料试样进行定期收集以获得不同工况、不同暴露时间及不同类型的沥青结合料真实环境老化试样；
23.采样周期及频率可根据实验者内容自行确定。
24.研究工况：
25.(1)全天候自然暴露(箱体上部无遮盖无玻璃)
26.(2)热氧老化：镀锌板(箱体上面无玻璃盖镀锌铁皮遮光)
27.(3)紫外老化：不同透紫外玻璃(箱体上面盖不同透紫外线玻璃)
28.①
紫外线通过率10％；
29.②
紫外线通过率50％；
30.③
紫外线通过率80％；
31.④
紫外线通过率90％。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.本发明可以解决沥青目前只是室内加速模拟试验的不准确性，而且国内外对于沥青在真实环境下的紫外老化机理及标准体系缺失，可为沥青真实环境紫外老化机理及抗老化措施提供依据，并以此利用温度、湿度、紫外辐射辐射等数据指标进行统计分析，基于沥青老化动力学模型对沥青老化自然环境诱因进行量化分析与分级提取，对不同环境诱因分别进行单变量分析、交互作用分析及耦合叠加效应分析，推算出寒旱区的沥青自然老化环境参数。
34.通过利用开发的多数据源试验装置，并将该装置放于我国典型气候野外环境分区，可有效规范沥青紫外老化在野外观测研究的标准化，并建立沥青紫外老化梯次化布局。通过综合气候环境数据的挖掘分析和定期沥青样品的采集，试验方法如下：
35.首先从微观分子层面分析不同种沥青的老化机理，探明沥青老化敏感诱因，研究沥青靶向抗老化技术，综合考虑物理、化学分析方法，开发沥青靶向抗老化材料。然后，通过采集当地气候条件，选择相应环境发生器，组装开发寒旱区加速老化模拟试验装置，通过样品性能匹配，确定装置试验参数及模拟对应年限，提出沥青老化及抗老化评价方法与指标。最后，建立常用沥青在典型不同气候环境下多尺度行为特性化学组成、微观特性与宏观性能三者之间的联系，分析沥青不同尺度下行为特性与其混合料性能的一致性，提出该地区合理的评价指标，预测老化对路用性能的影响。本研究的顺利开展将有助于揭示寒旱区沥青老化的分子机理，开发寒旱区加速老化模拟试验装置，建立寒旱区沥青老化及抗老化性能综合评价体系，提出寒旱区沥青靶向抗老化技术，对长寿命沥青路面的发展具有重要意义。
附图说明
36.图1为多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置的立体结构示意图。
37.图2为多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置中试样盘2的俯视结构示意图。
38.图3为多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置中过滤网的俯视结构示意图。
39.图中：支腿1、过滤网2、试样盘3、试样架4、仪器安装架5、玻璃6、温度湿度紫外辐射
传感器7、摄像头8、色度仪9、数显屏幕10。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.请参阅图1～3，本发明实施例中，一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验装置，包括试样架4；所述试样架4的顶部设有仪器安装架5；所述仪器安装架5的顶部设有玻璃6；所述试样架4的底部设有支腿1；所述试样架4的内部设有试样盘3；并在所述试样盘3的底部设有过滤网2。
42.所述试样盘3的上侧设有多个直径一百四十毫米的沥青样品盘子。
43.所述玻璃3与试样架1之间设有垫片。
44.所述玻璃3上贴有不同紫外线通过率的膜，每个通过率的膜对应一个沥青样品盘子，且在所述玻璃3上设有可以便于安装镀锌铁皮的卡槽结构，在不需要光照可以放镀锌铁皮遮住阳光照射。
45.所述过滤网2为250目不锈钢过滤网。
46.所述仪器安装架5的前侧从右至左依次安装有温度湿度紫外辐射传感器7、摄像头8、色度仪9以及数显屏幕10；所述温度湿度紫外辐射传感器7、摄像头8以及色度仪9都为无线传输，远程室内可以实时查看数据；且所述温度湿度紫外辐射传感器7、摄像头8以及色度仪9均通过导线与数显屏幕10内部pcb控制板相连，实时显示当前温度、湿度、紫外辐射基本数据。
47.一种多数据源野外真实环境下沥青老化试验方法：包括如下步骤：
48.沥青试样制备
49.(1)沥青材料选择：根据试验需求可以选择不同油源、不同批次的各种沥青；
50.(2)沥青试样盘选择：选择旋转薄膜烘箱用标准沥青样品盘，老化盘尺寸为直径140mm的圆盘。也可根据需求定制不同大小沥青样品盘放置于箱体内托盘之上。
51.(3)沥青结合料的短期老化：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20—2011)中旋转薄膜烘箱(rtfot)对不同类型沥青样本进行短期老化，模拟其实际拌合过程中的老化；
52.(4)沥青结合料膜厚选择：紫外光对于沥青的穿透能力十分有限，沥青膜厚的选择非常重要，越薄的沥青膜厚意味着其受到的紫外老化作用会越明显，为此通过国内外研究调研，结合现有规范和实际路面情况，拟选择沥青结合料膜厚为3.18mm，不同试验方案也可根据需求制作不同厚度沥青样品；
53.(5)全气候区域真实环境下的沥青试样制备：为了更加科学、合理、真实地反应沥青材料在不同典型气候区域使用过程中性能的变化规律，首先对沥青结合料进行短期老化，然后将短期老化后的不同沥青结合料浇筑50
±
0.5g于老化盘中，并将其置于不同工况进行不同暴露时间的长期老化，最后对沥青结合料试样进行定期收集以获得不同工况、不同暴露时间及不同类型的沥青结合料真实环境老化试样；
54.采样周期及频率可根据实验者内容自行确定。
55.研究工况：
56.(1)全天候自然暴露(箱体上部无遮盖无玻璃)
57.(2)热氧老化：镀锌板(箱体上面无玻璃盖镀锌铁皮遮光)
58.(3)紫外老化：不同透紫外玻璃(箱体上面盖不同透紫外线玻璃)
59.①
紫外线通过率10％；
60.②
紫外线通过率50％；
61.③
紫外线通过率80％；
62.④
紫外线通过率90％。
63.本发明的工作原理是：
64.不同通过紫外线的过滤玻璃或者隔光的玻璃(不让紫外线进入，箱体还是保持通风)，该玻璃功能是只让紫外线通过，
①
紫外线通过率10％；
②
紫外线通过率50％；
③
紫外线通过率80％；
④
紫外线通过率90％，不同紫外线通过用于研究不同地区紫外线强度对沥青老化性能的影响。该箱体装置的功能还比距具有通风功能，和外面实现气体交换，而且箱体里面有温度、湿度、紫外线传感器，可以实时无线传输，因为沥青的老化与温度、湿度、紫外线都密切相关，数据可为研究沥青在真实环境下的老化机理及研发抗老化材料提供支撑；箱体内还设有自动拍照及色度分析功能，定时对沥青样品进行拍照并对色度数据无线传输，可以研究沥青表面形貌的变化。
65.通过该方法及研究系统的设立，可以解决沥青目前只是室内加速模拟试验的不准确性，而且国内外对于沥青在真实环境下的紫外老化机理及标准体系缺失，可为沥青真实环境紫外老化机理及抗老化措施提供依据，并以此利用温度、湿度、紫外辐射辐射等数据指标进行统计分析，基于沥青老化动力学模型对沥青老化自然环境诱因进行量化分析与分级提取，对不同环境诱因分别进行单变量分析、交互作用分析及耦合叠加效应分析，推算出寒旱区的沥青自然老化环境参数，进而通过匹配环境参数开发模拟全选择相应环境发生器，组装开发寒旱区室内加速老化模拟试验装置。
66.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
67.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。