精細瀝青老化測試新方案：quv加速老化測試模擬瀝青材料一年的戶外自然老化

引言

老化是改變道路上瀝青混合料性能的最有影響力的因素之一。"老化 "一詞最初是用來描述隨著時間的推移暴露在外部影響下的材料所發生的變化（如熱量和陽光）。自然，外部影響是以不同的劑量、持續時間和組合方式暴露的。這些組合方式因地點、海拔高度和季節而不同。 然而，在實驗室中模擬這些條件是必要的，目的是盡可能接近真實的大氣條件，以重現其影響。這種模擬結合了不同的老化因素，使材料處於類似的外部條件，但在更短的時間內獲得結果。並改善其設計。

瀝青路麵的老化是影響道路使用壽命的主導因素。瀝青混合料鋪設在道路上，預計通常可以使用20年。然而，由於路麵上出現的變形，這一目標很難實現，需要進行修複。成功設計和建造能在設計壽命內使用的瀝青路麵是基礎設施項目的主要目標。 目前的瀝青老化技術依賴於將材料暴露在不同溫度和壓力下的熱量和空氣中，以模擬現場老化。盡管這些方法在過去幾年中證明了它們的成功，但所有這些方法都將紫外線作為老化的一個來源，會影響其可靠性和性能。

紫外線是太陽光中對材料造成物理損害的部分，直接暴露在紫外線下會導致材料降解，不具有紫外線穩定性的材料可能會因紫外線而開裂或解體，連續暴露在紫外線下會比零星暴露更嚴重，因為損害取決於暴露的範圍和程度。 Wu等人使用差示掃描量熱儀（DSC）、熱重分析（TGA）、傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）和動態剪切流變儀（DSR）研究了不同膜厚的瀝青粘結劑的熱和流變行為。 結果表明，紫外線老化會提高粘結劑的玻璃化溫度，這將導致熱性能的改善，同時，結果表明，流變特性會因薄膜厚度和老化時間而發生變化。Mouillet等人的研究表明，紫外線老化會改善瀝青膠結料的物理性能（提高玻璃化溫度或抗車轍性能）。氧化作用隨著紫外線老化而增加，並在路麵頂部1cm處有明顯的滲透作用

瀝青材料老化測試

研究目的

本研究的目的是調查利用加速老化試驗儀在老化過程中的可行性。

本研究的目的是研究在瀝青混合料的老化過程中利用加速老化儀的可行性。老化調查是通過對不同WMA混合物的典型特征進行視覺評估。低場核磁共振和機械測試。

本研究的另一個目的是評估紫外光老化對用WMA添加劑製備的細集料混合物（FAM）的影響。此外，還測試了使用加速老化機模擬卡塔爾實驗室內氣候的老化方案的有效性。

材料

在這項研究中，WMA添加劑與聚合物改性粘結劑PG76-22和Gabbro骨料一起用於製備溫拌細集料混合物（W-FAM）樣品。W-FAM樣品的高度為50毫米，直徑為12毫米，瀝青粘結劑含量為7.9%，空氣空隙為3%。 Sasobit是一種有機（蠟）WMA添加劑，由南非的Sasol Wax公司采用Fisher Tropsch工藝從天然氣中聚合而成，它可以降低瀝青粘結劑的粘度，有助於在較低溫度下混合和壓實瀝青混合料。 Advera是鋁矽酸鹽沸石的自由流動的白色至灰色粉末，可以在粘結劑和骨料之間的混合階段引入，它在混合時釋放水分子，通過發泡機製降低粘度。

此外，Rediset LQ由阿克蘇諾貝爾公司生產，是一種液態WMA化學添加劑，對瀝青膠結料的性能影響不大；但是，它可以減少瀝青混合料組分之間的摩擦，從而降低攪拌和壓實溫度。但它可以減少瀝青混合料組分之間的摩擦，從而降低混合和壓實溫度。

測試方法：

quv加速老化測試儀

模擬卡塔爾國瀝青混合料的老化是通過使用加速老化試驗儀（型號QUV）進行的。該機器是為了模擬受控室中的外部天氣條件而開發的。 這台由美國Q-Lab公司生產的試驗機的形狀是一個三角棱鏡，包括紫外線燈、加熱器、噴水嘴和水盤（圖1）。這台機器有四個可控因素，可以以不同的組別和多個周期暴露在材料上。熱量是先進可以與其他因素結合的因素。然而，機器可以在預先設定的周期內控製這些因素的時間段。對於熱量，機器可以控製室內的溫度，使其在室溫下達到80攝氏度。最後，機器有噴頭，可以在樣品表麵以可控的體積噴水，以模擬下雨。

加速老化試驗儀的標準樣品形式是一個薄膜。然而，新的樣品支架被製造出來，以在一個麵板上容納六個手指大小的樣品，如圖2所示。製造的支架被設計成覆蓋樣品的每一端近10毫米，以避免紫外線的直接照射。在下麵的章節中描述了新的協議。

低場核磁共振

在加速老化試驗器中老化前後的W-FAM樣品，使用Magritek公司的2兆赫核磁共振分析儀進行了調查。使用Magritek的2兆赫核磁共振岩心分析儀進行調查。

測量時，采用了CPMG脈衝序列。獲得T2自旋回波衰減（SEDs）。實驗參數設置如下：重複時間為1秒，脈衝長度為20us，/2為11.5dB，脈衝為5.5dB。脈衝。磁鐵內的溫度對於P54探頭是30C，對於P35探頭是40C。P35探針的內部溫度為30C。

未老化和老化的W-FAM樣品在70C熱處理50分鍾後，在P54探頭上的冷卻過程中進行測量，回波時間（2t）被設置為100us。

為了比較不同樣品的信號振幅，通過將衰減的振幅除以樣品的重量，對背景校正的SED進行校準。

校準的核磁共振SEDs隨後被轉換為T2分布，通過執行Python實現的反轉方法。在Python中實施的反轉方法，它是基於Tikhonov正則化的。

動態剪切流變儀（DSR）

使用動態剪切流變儀（DSR）對W-FAM樣品進行了機械測試。流變儀（DSR）。測試在老化和未老化的樣品上進行，以評估新的老化方案對W-FAM樣品的影響。對老化和未老化的樣品進行測試，以評估新的老化方案對W-FAM樣品的影響。樣品在25攝氏度和75千帕的應力振幅下進行頻率掃描測試（1-10赫茲）。樣品的兩端用金屬片粘住，以便將W-FAM樣品固定在DSR上。一個特殊的固定裝置（附件）被用來對固體樣品進行扭轉力，並測量其反應。如圖3所示的反應。

老化是材料對氣候的反應，導致不必要的失效。材料退化的巨大成本促使生產者尋找方法，以保持產品不因環境原因而失效，並提高材料的耐久性。產品不因環境原因而失效，並提高材料的耐久性。老化有三個主要因素：太陽輻射（光能）、溫度和水。在這項研究中，水的影響被省略了，因為它在分析潮濕在本研究中，水的影響被省略了，因為它在分析濕氣對老化的破壞時非常複雜。

太陽輻射

太陽是地球上生命的原始能量來源。它以光（光子）的形式發出輻射能量，穿過空間到達地球表麵。這些光子的能量與它們的光波長成反比，波長越短，能量越高。 送到地球表麵的太陽輻射包含一個廣泛的光譜，波長在280至3000納米之間，可細分為三類：紫外線（UV）、可見光（VIS）和紅外線（IR）。紫外線輻射，波長在200-400納米之間，隻占總入射太陽輻射的6.8%。

臭氧層覆蓋在地球上，有助於防止UVC波長的通過。然而，UVA和UVB可以以不同的比例到達地麵。一些UVB被雲層反射，但UVA則完全進入地表，具有很強的輻射能力。一些UVB被雲層反射，但UVA則完全進入地表，對人體健康和材料降解有很大影響。加速老化試驗儀提供紫外線熒光燈，產生指定強度的紫外線波長。UVA-340燈可以提供與太陽光相似的輻照度。(如圖4所示，使用0.68 W/m的強度可以提供與太陽光（UV-A）類似的輻照度。(使用更高的強度（最大1.55 W/m）可能會導致老化時間的增加，但遠離真正的戶外老化。

全球水平輻照度（GHI）是太陽能的測量參數，它表示地球水平表麵接收到的輻射總量。卡塔爾國的全球水平輻照度範圍在2050千瓦時/平方米到2150千瓦時/平方米之間，正如Solar GIS網站[25]所報告的那樣。然而，這個數值並不固定，在不同的測量方法和不同的年份都會發生變化。 從不同的資源中，本研究選擇了2140千瓦時/平方米（7704兆焦/米/年）的數值。由於紫外線約占太陽總輻射的6.8%，紫外線輻射約為145千瓦時/米（524000千焦/米/年）。(另一方麵，老化試驗器中安裝的紫外線燈是在單一波長（340納米）下工作的，而單一波長範圍（340納米）所包含的能量幾乎是整個紫外線A範圍（295-385）的1%。

所以，524000千焦/米/年的總UV-A（295-385納米）相當於5240千焦/平方米的能量

測試方法：

由於目前還沒有具體的標準來遵循使用老化測試儀對瀝青混合料進行老化。由於目前還沒有具體的標準來遵循使用老化試驗儀對瀝青混合料進行老化，所以我們遵循ASTM的一般標準來盡可能地接近 為了獲得更好的結果，我們采用了ASTM G 154標準，該標準名為 "熒光紫外線燈的操作"。題為 "用於曝光非金屬材料的紫外線燈設備 "的ASTM G 154被用來遵循常見的曝光條件，並預先設定了周期。使用ASTM G 154，即 "非金屬材料曝光的熒光紫外燈設備的操作"，以遵循常見的曝光條件和預先設定的老化周期。選擇輻照強度是確定老化試驗箱內樣品的老化期的關鍵因素。將輻照強度設置為0.68 W/m，將提供一個更真實的條件，具有較長的老化期。然而，選擇ASTM G 154推薦的強度，即0.89 W/m，可以提供一個更真實的老化期條件。然而，選擇ASTM G 154推薦的強度，0.89 W/m'，仍然可以在更短的時間內產生類似的結果。該方案考慮在紫外光周期之後增加黑暗周期，模擬白天和黑夜，以獲得更實際的結果。該方案考慮在模擬白天和黑夜的紫外線周期後增加黑暗周期，以獲得更實際的結果。

瀝青材料老化的結果評估

視覺評估

對不同混合料的FAM樣品進行了視覺評估。表2顯示了未老化樣品和老化樣品之間表麵顏色的差異。褪色可能表明瀝青樣品的退化或微裂紋。

機械測試

材料特性是通過DSR的掃頻測量獲得的。圖7顯示了頻率為10赫茲的剪切模量（GD）和相位角（8）的測量。可以注意到，使用新的老化協議對W-FAM樣品進行老化，增加了材料的硬度。可以注意到，使用新的老化方案對W-FAM樣品進行老化後，材料的剛度增加了，正如預期的那樣。然而，Sasobit混合料顯示了老化和未老化之間最小的差異。

然而，Sasobit混合料在老化和未老化樣品之間的差異最小，這可能表明，使用Sasobit 作為WMA添加劑降低了紫外線老化的影響。

此外，圖8顯示了老化樣品的頻率掃描測試結果，在所有的頻率振幅下，老化樣品的剪切模量都高於未老化樣品。在所有的頻率振幅下，剪切模量都比未老化的樣品高。除了Sasobit混合料外，所有W-FAM樣品的剛度都提高了約20%。紫外線老化後，所有的W-FAM樣品都顯示出較高的剛度，約為20%，除了Sasobit混合料。Sasobit混合料老化後的剛度低於其他混合料，這表明紫外線老化對該混合料的影響較小。另外，在紫外光下老化的樣品在剛度上與未老化的樣品在頻率上有相似的趨勢。

摘要和結論

老化是影響瀝青材料性能的最重要因素之一。在這項研究中，我們成功地使用了加速老化試驗儀來模擬一年的戶外老化。老化協議的設計是將材料暴露在紫外線和熱能下，以符合預先設定的周期。老化方案的設計是將材料暴露在符合卡塔爾氣候的預設周期的紫外線和熱量下。對卡塔爾的天氣進行了分析，以說明夏季的最高氣溫和表麵吸收的輻照量。這些信息被用來計算模擬一年的戶外活動所需的紫外線照射時數。這些信息被用來計算模擬一年的戶外使用所需的紫外線照射時間。

所有類型的混合料在老化後表麵都出現了顏色褪色。所有類型的混合料在老化後都出現了表麵顏色褪色的現象。低場核磁共振檢測到，與未老化的樣品相比，老化樣品的粘結劑 低場核磁共振檢測到，與未老化的樣品相比，老化的樣品中粘合劑的粘度有所增加。掃頻測試，結果還顯示老化協議增加了材料的硬度。這些結果表明，老化試驗機中的老化方案（紫外光結合高溫）會增加材料的剛度。(這些結果表明，老化試驗機中的老化方案（紫外光與高溫相結合）是有效的。所有的WMA添加劑都顯示出混合物的剛度增加了近20%。然而，Sasobit混合料在老化和未老化樣品之間的剛度差異最小。這表明在混合料中加入Sasobit降低了瀝青混合料的紫外線/熱老化。進一步的研究計劃是將紫外光的影響與高溫老化分開，以量化紫外光對材料性能的影響。進一步的研究計劃將紫外線的影響與高溫老化分開，以量化紫外線對材料性能的影響。