[发明专利]沥青混合料紫外老化竖向扩散深度的计算方法

说明书

本发明公开了一种沥青混合料紫外老化竖向扩散深度的计算方法，包括：步骤S1)，制备紫外老化后沥青，对紫外老化后沥青从紫外老化面层逐层进行剥离，测试逐层剥离的沥青的复合模量；步骤S2)，采用半无穷长物体扩散模型计算紫外老化面层沥青扩散系数；步骤S3)，通过图像识别构建沥青混合料剖面模型，形成沥青混合料有限元模型图；步骤S4)，导入沥青混合料有限元模型图，通过有限元模拟计算得出紫外老化沥青在混合料中的竖向扩散深度。本发明的沥青混合料紫外老化竖向扩散深度的计算方法，能够有效计算不同扩散时间下紫外老化沥青在沥青混合料中的扩散深度，为沥青混合料紫外老化竖向扩散深度提供一种有效的计算方法。

技术领域

本发明涉及道路建筑材料技术领域，具体地指一种沥青混合料紫外老化竖向扩散深度的计算方法。

背景技术

沥青的组分复杂，其是由芳香分、饱和分、沥青质、胶质等类高分子材料组成的复杂化合物。在温度、紫外线等的作用下，沥青会被逐渐氧化。由于其氧化导致的分子量变大、化学组分重组，会导致沥青的力学和物理性能改变。

一般而言，沥青的老化基本可以分为两个共同的过程，一是沥青轻质组分(芳香分、饱和分)的挥发过程，二是芳香分转变成为胶质、胶质成为沥青质的过程。总体而言，老化后的沥青强度会得到增大，在高温使用时，弹性恢复能力会变得更强。因此在夏季沥青路面使用时，沥青路面抵抗变形的能力会得到提高。老化沥青路面对于诸如车辙、形变等病害具有良好的抵抗能力。但是，在沥青老化变硬的同时，其柔性大幅降低。表现在物理性能上即形变能力变差。在低温时，老化沥青路面内部温度应变和车辆荷载应变的双重作用使得沥青路面极易产生诸如疲劳开裂、裂纹、网裂、剥落等病害。

因此，为了模拟沥青混合料的老化过程并预测其在实际使用过程中的性能变化，国内外学者广泛应用了沥青混合料热氧加速老化试验来模拟沥青混合料的热氧老化过程。然而，在沥青路面的实际服役过程中，沥青不仅仅遭受着温度、氧气的作用，同时由于紫外线的存在，其较高的能量能激发沥青至较高的能态，会使得沥青中的化学键断裂，从而在氧气的作用下发生光氧老化反应。

在国内外的紫外老化模拟研究中，仅有关于沥青紫外老化深度的相关研究，如中国发明专利申请第201710437576.8号“一种沥青紫外老化纵向深度的测试方法”，其对沥青的紫外老化深度测试方法进行了详细说明，但并未涉及沥青混合料紫外老化纵向深度的测试方法。而沥青混合料紫外老化纵向深度的测定，对于开展沥青混合料的紫外老化模拟研究至关重要。因此，确定沥青混合料在紫外线作用下的老化纵向深度是道路工程领域亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种沥青混合料紫外老化竖向扩散深度的计算方法，能够通过计算确定沥青混合料在紫外线作用下的老化纵向深度。

为实现上述目的，本发明所设计的沥青混合料紫外老化竖向扩散深度的计算方法，包括以下步骤：步骤S1)，制备紫外老化后沥青，对紫外老化后沥青从紫外老化面层逐层进行剥离，测试逐层剥离的沥青的复合模量；步骤S2)，采用半无穷长物体扩散模型计算紫外老化面层沥青扩散系数；步骤S3)，通过图像识别构建沥青混合料剖面模型，形成沥青混合料有限元模型图；步骤S4)，导入沥青混合料有限元模型图，设置边界条件和紫外老化沥青扩散系数，通过有限元模拟计算得出紫外老化沥青在混合料中的竖向扩散深度；所述步骤S2)中进一步包括以下步骤：步骤S2.1)，根据混合经验公式得出在扩散时间t、扩散层位深度x下，紫外老化面层沥青的扩散浓度其中G^*_i为剥离第i层沥青的复合模量，G^*₀为原样沥青的复合模量；步骤S2.2)，根据紫外老化面层沥青的扩散浓度C₁＝(1-erf(β))得到高斯误差函数erf(β)；步骤S2.3)，根据双曲函数方程方程计算得到变量β，步骤S2.4)，根据及得到紫外老化面层沥青的扩散系数其中，T₁为剥离第1层沥青厚度，T_i为剥离第i层沥青厚度。