精细沥青老化测试新方案：quv加速老化测试模拟沥青材料一年的户外自然老化

引言

老化是改变道路上沥青混合料性能的最有影响力的因素之一。"老化 "一词最初是用来描述随着时间的推移暴露在外部影响下的材料所发生的变化（如热量和阳光）。自然，外部影响是以不同的剂量、持续时间和组合方式暴露的。这些组合方式因地点、海拔高度和季节而不同。 然而，在实验室中模拟这些条件是必要的，目的是尽可能接近真实的大气条件，以重现其影响。这种模拟结合了不同的老化因素，使材料处于类似的外部条件，但在更短的时间内获得结果。并改善其设计。

沥青路面的老化是影响道路使用寿命的主导因素。沥青混合料铺设在道路上，预计通常可以使用20年。然而，由于路面上出现的变形，这一目标很难实现，需要进行修复。成功设计和建造能在设计寿命内使用的沥青路面是基础设施项目的主要目标。 目前的沥青老化技术依赖于将材料暴露在不同温度和压力下的热量和空气中，以模拟现场老化。尽管这些方法在过去几年中证明了它们的成功，但所有这些方法都将紫外线作为老化的一个来源，会影响其可靠性和性能。

紫外线是太阳光中对材料造成物理损害的部分，直接暴露在紫外线下会导致材料降解，不具有紫外线稳定性的材料可能会因紫外线而开裂或解体，连续暴露在紫外线下会比零星暴露更严重，因为损害取决于暴露的范围和程度。 Wu等人使用差示扫描量热仪（DSC）、热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和动态剪切流变仪（DSR）研究了不同膜厚的沥青粘结剂的热和流变行为。 结果表明，紫外线老化会提高粘结剂的玻璃化温度，这将导致热性能的改善，同时，结果表明，流变特性会因薄膜厚度和老化时间而发生变化。Mouillet等人的研究表明，紫外线老化会改善沥青胶结料的物理性能（提高玻璃化温度或抗车辙性能）。氧化作用随着紫外线老化而增加，并在路面顶部1cm处有明显的渗透作用

沥青材料老化测试

研究目的

本研究的目的是调查利用加速老化试验仪在老化过程中的可行性。

本研究的目的是研究在沥青混合料的老化过程中利用加速老化仪的可行性。老化调查是通过对不同WMA混合物的典型特征进行视觉评估。低场核磁共振和机械测试。

本研究的另一个目的是评估紫外光老化对用WMA添加剂制备的细集料混合物（FAM）的影响。此外，还测试了使用加速老化机模拟卡塔尔实验室内气候的老化方案的有效性。

材料

在这项研究中，WMA添加剂与聚合物改性粘结剂PG76-22和Gabbro骨料一起用于制备温拌细集料混合物（W-FAM）样品。W-FAM样品的高度为50毫米，直径为12毫米，沥青粘结剂含量为7.9%，空气空隙为3%。 Sasobit是一种有机（蜡）WMA添加剂，由南非的Sasol Wax公司采用Fisher Tropsch工艺从天然气中聚合而成，它可以降低沥青粘结剂的粘度，有助于在较低温度下混合和压实沥青混合料。 Advera是铝硅酸盐沸石的自由流动的白色至灰色粉末，可以在粘结剂和骨料之间的混合阶段引入，它在混合时释放水分子，通过发泡机制降低粘度。

此外，Rediset LQ由阿克苏诺贝尔公司生产，是一种液态WMA化学添加剂，对沥青胶结料的性能影响不大；但是，它可以减少沥青混合料组分之间的摩擦，从而降低搅拌和压实温度。但它可以减少沥青混合料组分之间的摩擦，从而降低混合和压实温度。

测试方法：

quv加速老化测试仪

模拟卡塔尔国沥青混合料的老化是通过使用加速老化试验仪（型号QUV）进行的。该机器是为了模拟受控室中的外部天气条件而开发的。 这台由美国Q-Lab公司生产的试验机的形状是一个三角棱镜，包括紫外线灯、加热器、喷水嘴和水盘（图1）。这台机器有四个可控因素，可以以不同的组别和多个周期暴露在材料上。热量是先进可以与其他因素结合的因素。然而，机器可以在预先设定的周期内控制这些因素的时间段。对于热量，机器可以控制室内的温度，使其在室温下达到80摄氏度。最后，机器有喷头，可以在样品表面以可控的体积喷水，以模拟下雨。

加速老化试验仪的标准样品形式是一个薄膜。然而，新的样品支架被制造出来，以在一个面板上容纳六个手指大小的样品，如图2所示。制造的支架被设计成覆盖样品的每一端近10毫米，以避免紫外线的直接照射。在下面的章节中描述了新的协议。

低场核磁共振

在加速老化试验器中老化前后的W-FAM样品，使用Magritek公司的2兆赫核磁共振分析仪进行了调查。使用Magritek的2兆赫核磁共振岩心分析仪进行调查。

测量时，采用了CPMG脉冲序列。获得T2自旋回波衰减（SEDs）。实验参数设置如下：重复时间为1秒，脉冲长度为20us，/2为11.5dB，脉冲为5.5dB。脉冲。磁铁内的温度对于P54探头是30C，对于P35探头是40C。P35探针的内部温度为30C。

未老化和老化的W-FAM样品在70C热处理50分钟后，在P54探头上的冷却过程中进行测量，回波时间（2t）被设置为100us。

为了比较不同样品的信号振幅，通过将衰减的振幅除以样品的重量，对背景校正的SED进行校准。

校准的核磁共振SEDs随后被转换为T2分布，通过执行Python实现的反转方法。在Python中实施的反转方法，它是基于Tikhonov正则化的。

动态剪切流变仪（DSR）

使用动态剪切流变仪（DSR）对W-FAM样品进行了机械测试。流变仪（DSR）。测试在老化和未老化的样品上进行，以评估新的老化方案对W-FAM样品的影响。对老化和未老化的样品进行测试，以评估新的老化方案对W-FAM样品的影响。样品在25摄氏度和75千帕的应力振幅下进行频率扫描测试（1-10赫兹）。样品的两端用金属片粘住，以便将W-FAM样品固定在DSR上。一个特殊的固定装置（附件）被用来对固体样品进行扭转力，并测量其反应。如图3所示的反应。

老化是材料对气候的反应，导致不必要的失效。材料退化的巨大成本促使生产者寻找方法，以保持产品不因环境原因而失效，并提高材料的耐久性。产品不因环境原因而失效，并提高材料的耐久性。老化有三个主要因素：太阳辐射（光能）、温度和水。在这项研究中，水的影响被省略了，因为它在分析潮湿在本研究中，水的影响被省略了，因为它在分析湿气对老化的破坏时非常复杂。

太阳辐射

太阳是地球上生命的原始能量来源。它以光（光子）的形式发出辐射能量，穿过空间到达地球表面。这些光子的能量与它们的光波长成反比，波长越短，能量越高。 送到地球表面的太阳辐射包含一个广泛的光谱，波长在280至3000纳米之间，可细分为三类：紫外线（UV）、可见光（VIS）和红外线（IR）。紫外线辐射，波长在200-400纳米之间，只占总入射太阳辐射的6.8%。

臭氧层覆盖在地球上，有助于防止UVC波长的通过。然而，UVA和UVB可以以不同的比例到达地面。一些UVB被云层反射，但UVA则完全进入地表，具有很强的辐射能力。一些UVB被云层反射，但UVA则完全进入地表，对人体健康和材料降解有很大影响。加速老化试验仪提供紫外线荧光灯，产生指定强度的紫外线波长。UVA-340灯可以提供与太阳光相似的辐照度。(如图4所示，使用0.68 W/m的强度可以提供与太阳光（UV-A）类似的辐照度。(使用更高的强度（最大1.55 W/m）可能会导致老化时间的增加，但远离真正的户外老化。

全球水平辐照度（GHI）是太阳能的测量参数，它表示地球水平表面接收到的辐射总量。卡塔尔国的全球水平辐照度范围在2050千瓦时/平方米到2150千瓦时/平方米之间，正如Solar GIS网站[25]所报告的那样。然而，这个数值并不固定，在不同的测量方法和不同的年份都会发生变化。 从不同的资源中，本研究选择了2140千瓦时/平方米（7704兆焦/米/年）的数值。由于紫外线约占太阳总辐射的6.8%，紫外线辐射约为145千瓦时/米（524000千焦/米/年）。(另一方面，老化试验器中安装的紫外线灯是在单一波长（340纳米）下工作的，而单一波长范围（340纳米）所包含的能量几乎是整个紫外线A范围（295-385）的1%。

所以，524000千焦/米/年的总UV-A（295-385纳米）相当于5240千焦/平方米的能量

测试方法：

由于目前还没有具体的标准来遵循使用老化测试仪对沥青混合料进行老化。由于目前还没有具体的标准来遵循使用老化试验仪对沥青混合料进行老化，所以我们遵循ASTM的一般标准来尽可能地接近 为了获得更好的结果，我们采用了ASTM G 154标准，该标准名为 "荧光紫外线灯的操作"。题为 "用于曝光非金属材料的紫外线灯设备 "的ASTM G 154被用来遵循常见的曝光条件，并预先设定了周期。使用ASTM G 154，即 "非金属材料曝光的荧光紫外灯设备的操作"，以遵循常见的曝光条件和预先设定的老化周期。选择辐照强度是确定老化试验箱内样品的老化期的关键因素。将辐照强度设置为0.68 W/m，将提供一个更真实的条件，具有较长的老化期。然而，选择ASTM G 154推荐的强度，即0.89 W/m，可以提供一个更真实的老化期条件。然而，选择ASTM G 154推荐的强度，0.89 W/m'，仍然可以在更短的时间内产生类似的结果。该方案考虑在紫外光周期之后增加黑暗周期，模拟白天和黑夜，以获得更实际的结果。该方案考虑在模拟白天和黑夜的紫外线周期后增加黑暗周期，以获得更实际的结果。

沥青材料老化的结果评估

视觉评估

对不同混合料的FAM样品进行了视觉评估。表2显示了未老化样品和老化样品之间表面颜色的差异。褪色可能表明沥青样品的退化或微裂纹。

机械测试

材料特性是通过DSR的扫频测量获得的。图7显示了频率为10赫兹的剪切模量（GD）和相位角（8）的测量。可以注意到，使用新的老化协议对W-FAM样品进行老化，增加了材料的硬度。可以注意到，使用新的老化方案对W-FAM样品进行老化后，材料的刚度增加了，正如预期的那样。然而，Sasobit混合料显示了老化和未老化之间最小的差异。

然而，Sasobit混合料在老化和未老化样品之间的差异最小，这可能表明，使用Sasobit 作为WMA添加剂降低了紫外线老化的影响。

此外，图8显示了老化样品的频率扫描测试结果，在所有的频率振幅下，老化样品的剪切模量都高于未老化样品。在所有的频率振幅下，剪切模量都比未老化的样品高。除了Sasobit混合料外，所有W-FAM样品的刚度都提高了约20%。紫外线老化后，所有的W-FAM样品都显示出较高的刚度，约为20%，除了Sasobit混合料。Sasobit混合料老化后的刚度低于其他混合料，这表明紫外线老化对该混合料的影响较小。另外，在紫外光下老化的样品在刚度上与未老化的样品在频率上有相似的趋势。

摘要和结论

老化是影响沥青材料性能的最重要因素之一。在这项研究中，我们成功地使用了加速老化试验仪来模拟一年的户外老化。老化协议的设计是将材料暴露在紫外线和热能下，以符合预先设定的周期。老化方案的设计是将材料暴露在符合卡塔尔气候的预设周期的紫外线和热量下。对卡塔尔的天气进行了分析，以说明夏季的最高气温和表面吸收的辐照量。这些信息被用来计算模拟一年的户外活动所需的紫外线照射时数。这些信息被用来计算模拟一年的户外使用所需的紫外线照射时间。

所有类型的混合料在老化后表面都出现了颜色褪色。所有类型的混合料在老化后都出现了表面颜色褪色的现象。低场核磁共振检测到，与未老化的样品相比，老化样品的粘结剂 低场核磁共振检测到，与未老化的样品相比，老化的样品中粘合剂的粘度有所增加。扫频测试，结果还显示老化协议增加了材料的硬度。这些结果表明，老化试验机中的老化方案（紫外光结合高温）会增加材料的刚度。(这些结果表明，老化试验机中的老化方案（紫外光与高温相结合）是有效的。所有的WMA添加剂都显示出混合物的刚度增加了近20%。然而，Sasobit混合料在老化和未老化样品之间的刚度差异最小。这表明在混合料中加入Sasobit降低了沥青混合料的紫外线/热老化。进一步的研究计划是将紫外光的影响与高温老化分开，以量化紫外光对材料性能的影响。进一步的研究计划将紫外线的影响与高温老化分开，以量化紫外线对材料性能的影响。