一种沥青老化性能的预测方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种沥青老化性能的预测方法及其应用，采用沥青羰基指数作为沥青老化性能的指标；通过计算经历若干不同路径下的热‑光耦合老化后的沥青羰基指数，来对沥青老化进行定量分析，其要点在于，给出了在任意温度、紫外线强度下的沥青中羰基的生成速率的计算公式。通过实测数据与预测数据的对比，采用本申请的一种沥青老化性能的预测方法及其应用，能够较好的预测沥青老化性能。

A Prediction Method for Aging Performance of Asphalt and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种沥青老化性能的预测方法及其应用
本专利技术涉及建筑材料领域，具体涉及一种沥青老化性能的预测方法及其应用。
技术介绍
老化是影响沥青在路面使用效率的主要因素，评价与预测沥青老化性能对延缓老化至关重要。现有技术中：“基于PG值的机场道面沥青抗老化性能预估模型”，刘芳等，建筑材料学报，2017年2月(第20卷第1期)从沥青老化机理出发,提出了预测机场道面沥青抗老化性能的预估模型；在标准大气压下针对1种基质沥青和2种改性沥青进行4种温度下不同时间段的老化处理,同时采用动态流变剪切仪(DSR)对沥青试样的PG上限温度值进行测试,研究其在老化作用下的变化规律。“基于氧化动态模型的沥青热氧老化性能预测”，刘芳等，湖南大学学报，2018年：在该文献中，对3种沥青在不同时间和温度条件下进行热氧老化，采用动态流变剪切仪对各老化后的沥青试样进行动态频率扫描试验，得到沥青的复数剪切模量、相位角主曲线，进而获得各试样的交叉模量，分析交叉模量在沥青老化过程中随老化时间和老化温度的动态变化规律，建立预测交叉模量的氧化动态模型。目前普遍采用的模拟沥青老化的试验方法为旋转薄膜烘箱试验(RTFO)，和压力老化容器试验(PAV)，但这两种试验均存在着诸多问题。首先，这些方法均是通过升高温度或增大气压来加速沥青老化进程实现的，不可避免的，这样的高温高压条件会改变沥青中诸多碳氢化合物的化学反应平衡，同时在高温条件下还会引发沥青中某些组分发生其他化学反应而在实际路面常温条件下不会发生。其次，这些方法均是在单一温度条件下进行的，而实际路面温度是随时间不断变化的，路面沥青材料性能随温度和时间也在不断改变，因此无法动态的评价沥青在使用过程中不同时期的老化程度和老化速率，也无法精确预测其老化性能。除此之外，太阳紫外光辐射也是导致沥青老化的主要原因，而PAV试验中并没有考虑光照的作用。综上，目前面临的困境是较短时间的试验所测得沥青老化性能与实际相差较大，而沥青路面在自然气候条件下发生的老化是非常缓慢的，若以自然条件下进行老化试验获得较为准确的结果则需要相当长的时间。因此，将实验室较短时间内得到的道面老化的信息，如何利用上述信息来预测和评价沥青老化性能是一个亟待解决的问题。现有技术：“机场道面老化特性的多智能体仿真分析与预测研究”，刘芳，南京航空航天大学，2016年，在该文献中，对于紫外线影响沥青的老化机理进行了系统的研究。但是，咋该文献中并未对预测紫外线-温度耦合的方法进行研究。因此，考虑紫外线-温度耦合下的沥青老化预测方法称为一个亟待解决的问题。同时，现有技术中，也没有针对沥青老化预测方法，如何应用到具体工程中的论述，即缺乏理论研究-实际工程结合的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沥青老化性能的预测方法，其目的在于能够考虑紫外线-热耦合条件下的沥青老化。本专利技术的目的在于提供一种沥青路面维修的施工方法，其目的是为了合理指导施工，对沥青路面进行预防性维修。本申请的方案如下：一种沥青老化性能的预测方法，包括以下步骤：一种沥青老化性能的预测方法，其特征在于：采用沥青羰基指数作为沥青老化性能的指标；CA是经历若干不同路径下的热-光耦合老化后的沥青羰基指数，其经历的路径为：t1时间内,温度为T1,紫外线强度为I1；t2时间内,温度为T2,紫外线强度为I3；……tn时间内,温度为Tn,紫外线强度为In；其中，CARTFO是经RTFO老化后的沥青羰基指数；表示在温度Ti、紫外线强度Ii下的沥青中羰基的生成速率，1/day。进一步：在任意温度Ty、紫外线强度Ix下，羰基的生成速率通过下式可求得：其中，l,n,m为模型参数；其中，m为常数，0.0315；表示无紫外线辐射情况下的沥青热氧老化活化能，J/mol；R表示摩尔气体常量，8.314472J/(mol·K)；其中，l,n,三个模型参数通过试验测量得到，其方式为：第一，沥青经短期旋转薄膜烘箱试验后制备沥青薄膜试样，同时利用傅里叶红外光谱仪测试沥青经短期旋转薄膜烘箱试验老化后的羰基指数CARTFO；第二，将形成薄膜的沥青试样分别放入光-热耦合老化试验装置中，对所述试样进行不同紫外光辐射强度IA，A＝1,2,3…a、不同温度TB，B＝1,2,3…b和老化试验时间tc，C＝1,2,3…c下的的老化反应；并利用傅里叶红外光谱仪，测定不同老化程度的沥青试样的羰基指数(共计abc个数据)；其中，I1＝0W·m-2(必须进行无紫外光辐射下的试验)；第三，分别绘制在IA(A＝1,2,3…a)紫外光辐射强度与老化温度TB(B＝1,2,3…b)条件下，不同沥青的羰基指数与老化试验时间tc的关系曲线图，利用以下公式拟合(每次拟合时，有c个数据；共计需要拟合ab次)，即线性方程拟合(EXCEL可完成)：可以求得(产生ab个数据)；第四，绘制在紫外光辐射强度条件下IA，与1/(RTB)的曲线(需要绘制a次)：通过下式进行拟合(每次拟合时，有b个数据；共计需要拟合a次)，即线性方程拟合(EXCEL可完成)：可以求得，老化反应的频率因子(产生a个数据)，1/hour，老化活化能(产生a个数据)，J/mol；特别的，绘制在紫外光辐射强度条件下I1，与1/(RTB)的曲线：通过下式进行拟合，即：可以求得，老化反应的频率因子1/hour，无紫外光辐射时的老化活化能J/mol；第五，计算n、l：绘制与IA的曲线，采用下式进行拟合(拟合一次，共计a组数据)，即线性拟合(EXCEL可完成)：能够计算求得，n与l的数值。进一步，所取沥青薄膜厚度范围为0.1mm-1mm。进一步，利用光-热耦合老化试验装置对沥青薄膜试样进行不同紫外光辐射强度、温度和老化试验时间的老化，其中紫外光辐射强度、温度和老化试验时间均不少于3组，紫外光辐射强度范围为0～50W·m-2，每组辐射强度间隔不小于10W·m-2，温度范围为40～100℃之间，每组温度间隔不小于15℃。进一步，所述n、l参数测量过程中，对沥青试样进行不同紫外光辐射强度、温度和老化试验时间条件下的老化见表1(进行60次试验)。表1沥青老化试验方案进一步，所述步骤③中，采用傅立叶变换红外光谱分析仪对沥青试样进行红外光谱测试，分析红外光谱图，波数范围为1700cm-1则为羰基C＝O吸收峰，获取的羰基指数为羰基C＝O吸收峰面积占各官能图积分面积总和之比，如下式，∑A＝A1700+A1600+A1031+A1035,1120,1214+A1465,2850,2920+A1375,2960(7)其中A1700为1700cm-1附近吸收峰波段的面积，∑A为所有吸收峰波段面积之和；进一步，式中的单位为：式中，为沥青中羰基的生成速率，1/day；—为老化反应的频率因子，1/day；—为老化活化能，J/mol；R—为摩尔气体常量，J/(mol*K)；TB—为热力学温度，K。进一步，m、n、l，计算拟合参数的依据为，式中，m，n，l为模型参数；I—为紫外光辐射强度，W·m-2。一种沥青路面维修的施工方法，其施工步骤在于：第一，路面施工后的不同年份的沥青的羰基指数，采用前述的方法进行计算：其中，沥青采用该路段新建时所采用的沥青，将上述沥青进行旋转薄膜烘箱试验，利用傅里叶红外光谱仪测定其羰基指数CARTFO；其中，查询当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沥青老化性能的预测方法，其特征在于：采用沥青羰基指数作为沥青老化性能的指标；CA是经历若干不同路径下的热‑光耦合老化后的沥青羰基指数，其经历的路径为：t1时间内,温度为T1,紫外线强度为I1；t2时间内,温度为T2,紫外线强度为I3；……tn时间内,温度为Tn,紫外线强度为In；

【技术特征摘要】
1.一种沥青老化性能的预测方法，其特征在于：采用沥青羰基指数作为沥青老化性能的指标；CA是经历若干不同路径下的热-光耦合老化后的沥青羰基指数，其经历的路径为：t1时间内,温度为T1,紫外线强度为I1；t2时间内,温度为T2,紫外线强度为I3；……tn时间内,温度为Tn,紫外线强度为In；其中，CARTFO是经RTFO老化后的沥青羰基指数；表示在温度Ti、紫外线强度Ii下的沥青中羰基的生成速率。2.如权利要求1所述的一种沥青老化性能的预测方法，其特征在于：在任意温度Ty、紫外线强度Ix下，羰基的生成速率的计算公式为：其中，l,n,m为模型参数；m＝0.0315；表示无紫外线辐射情况下的沥青热氧老化活化能；R表示摩尔气体常量，8.314472J/(mol·K)；其中，与l、n通过以下实验进行测量，测量步骤包括：第一，沥青经短期旋转薄膜烘箱试验后制备沥青薄膜试样，同时利用傅里叶红外光谱仪测试沥青经短期旋转薄膜烘箱试验老化后的羰基指数CARTFO；第二，将形成薄膜的沥青试样分别放入光-热耦合老化试验装置中，对所述试样进行不同紫外光辐射强度IA，A＝1,2,3…a、不同温度TB，B＝1,2,3…b和老化试验时间tc，C＝1,2,3…c下的的老化反应；并利用傅里叶红外光谱仪，测定不同老化程度的沥青试样的羰基指数其中，I1＝0；第三，分别绘制在IA紫外光辐射强度与老化温度TB条件下，不同沥青的羰基指数与老化试验时间tc...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，董晓强，张翛，王宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14