一种评估桥梁缆索护套材料在服役过程中颜色稳定性年限的方法与流程

本发明涉及一种评估桥梁缆索护套材料颜色稳定性年限的方法，具体指通过太阳跟踪聚光加速老化试验，建立颜色蜕变模型，评估彩色护套材料在服役过程中的颜色稳定性年限。

背景技术：

1、缆索是大跨径斜拉桥和悬索桥的主要承重结构，缆索由内部起承重作用的钢索和外部起防护和装饰作用的护套组成。护套封装在钢索上，通过隔绝水、大气污染物等腐蚀介质防止钢索腐蚀。对于有特殊景观要求的桥梁，护套会制作成不同颜色，颜色的稳定性对保障景观效果具有重要的作用。

2、护套通常采用高密度聚乙烯(hdpe)材料制作，hdpe材料在自然界的紫外光、温度和水等环境因素作用下会发生老化，出现颜料助剂迁移和性能衰减等现象，导致护套褪色，提前失效，失去景观效果，必须更换。更换费用极高，将造成重大经济损失。

3、桥梁设计使用年限标准一般为50年或100年。对于带有特殊景观要求的缆索护套，行业迫切需要一种可以准确评估护套材料颜色稳定性的方法，以保障护套材料的安全可靠服役，降低经济损失和灾害。以往，缆索护套材料的性能稳定性评估主要通过人工加速老化实验来实现，试验方法包括氙灯加速老化、荧光紫外灯加速老化、金属卤素灯加速老化等。人工加速老化试验虽然周期短、时效快，但是，因为人工模拟的老化试验条件与自然环境存在差异，比如试验光源与太阳光谱存在差异，同时忽略了昼夜温差、季节变化及空气活性组分等因素的影响，不能完全、真实地反映自然环境中全部因素，评估过于保守，导致更换成本增加。而太阳跟踪聚光加速老化试验是一种利用太阳跟踪聚光装置，聚集太阳光中的紫外线，同时增加样品表面温度，通过强化紫外线辐射量和温度实现加速老化试验的目的，通常加速倍率可达8～10倍。太阳聚光加速试验直接使用太阳光源，且在自然环境下进行，因而试验结果与实际服役结果有较好的相关性，是评估高分子材料长期服役性能稳定性的良好试验手段，具有准确性高、试验成本低等优点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种评估桥梁缆索护套材料在服役过程中颜色稳定性年限的方法。该方法以具有景观效果的彩色缆索护套材料为评估对象，在严酷自然大气环境下，通过太阳跟踪聚光加速老化试验增加紫外线辐射量加速材料老化，获得材料老化过程中色差与接受的紫外线辐射量的对应关系数据，以此建立材料老化过程中色差变化模型。基于模型，代入护套材料服役地区的年度紫外辐射量数据，预测护套材料在服役地区的色差随服役时间演变规律。依据桥梁缆索行业通用标准规定的颜色失效判据，评估护套材料可以保持颜色稳定性的年限。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种评估桥梁缆索护套材料在服役过程中颜色稳定性年限的方法，包括以下步骤：

3、(1)制备试验样品；试验样品材质来源于桥梁缆索护套颗粒原料，将原料按塑料注塑工艺注塑成样品；

4、(2)对样品开展太阳跟踪聚光加速老化试验，包括样品安装、试验条件设定、试验条件监测记录、样品颜色测量等，对样品的颜色变化进行测量，计算老化一定时间后样品老化前后的色差δe，同时记录每次试验的紫外线辐射量；

5、(3)通过步骤(2)获得的色差δe和紫外线辐射量，绘制样品色差δe和紫外线辐射量的变化曲线图，同时构建样品色差δe和紫外线辐射量的模型公式；

6、(4)按行业标准，当桥梁缆索护套材料颜色蜕变到色差达到5时作为判据，根据步骤(3)获得的变化曲线图或模型公式，得出当色差δe达到5时所需要的紫外线辐射量；

7、(5)将步骤(4)获得的紫外线辐射量除以服役地区历史平均年度的紫外辐射量，即可得到样品颜色退化到符合标准要求临界值的年限，也即样品在服役过程中颜色稳定性的年限。

8、对于步骤(1)，桥梁缆索护套材料主要包括但不限于高密度聚乙烯(hdpe)及其改性塑料；用于试验的样品要求表面平整、光滑无划痕无磨损，样品尺寸通常长*宽*厚为60mm×80mm×3mm，每种样品的平行样至少为3块。

9、对于步骤(2)，具体过程如下：

10、试验样品在试验设备上安装在一个平面上，每块样品之间留有至少3mm间隙；试验条件设置为最高紫外线辐射量为6～10倍地面太阳紫外辐射量，最高试验温度设置为70℃，与护套材料实际服役最高温度基本持平；试验过程中，持续监测记录试验环境条件和定期测量样品颜色并对样品进行拍照。对于紫外线辐射量，可以通过安装在太阳跟踪聚光加速老化试验设备上的紫外线辐射表直接测量，也可以通过计算间接获得，计算方法：地面紫外辐射量乘以加速试验设备紫外反射镜数量再乘以反射镜对紫外线的反射效率计算得到，见公式1。

11、itest＝n·iirr·r (公式1)

12、式中：

13、itest为加速老化试验的紫外线辐射量，单位为兆焦每平方米(mj/m2)；

14、n为加速老化设备紫外反射镜数量；

15、iirr为地面紫外线辐射量，单位为兆焦每平方米(mj/m2)；

16、r为加速老化设备反射镜的紫外线反射效率，单位为％。

17、对于步骤(2)，样品的颜色变化采用色差计测量，用色差计分别测量3块样品老化试验前的色坐标参数l、a、b值，其中，l表示颜色的亮度、a表示颜色的红绿色度、b表示颜色的黄蓝色度，计为l0、a0、b0。试验每隔30天取下样品，并记录对应的紫外线辐射量。用色差计测量样品老化后的色坐标参数l、a、b值，试验期间取样测量5次，第n次的测量结果计为ln、an、bn，其中n表示测量次序，比如，第一次测量结果计为l1、a1、b1，第二次测量结果计为l2、a2、b2……，依据公式(2)计算样品老化一定时间之后，第n次测量与老化前的色差δe。

18、

19、式中：

20、l0、a0、b0分别是样品老化前的颜色的亮度、红绿色度、黄蓝色度；

21、ln、an、bn分别是样品老化后，第n次测量的颜色的亮度、红绿色度、黄蓝色度。

22、对于步骤(3)，以紫外线辐射量为横坐标，色差为纵坐标，绘制色差-紫外线辐射量曲线图，通过最小二乘法、多项式拟合、逐步回归、对数拟合等方法对曲线进行拟合，获得色差-紫外线辐射量模型。

23、对于步骤(4)，按行业通常的标准，当桥梁缆索护套材料颜色蜕变到色差δe≥5时，在室外3米范围内能感觉到明显差异。因此，护套颜色蜕变的标准以色差δe≥5为判据。颜色稳定性年限以年为单位，不足一年的，四舍五入取整。

24、对于步骤(5)，首先通过气象数据和文献资料查阅服役地区近5～10年太阳紫外线辐射量年度平均值，步骤(4)获得的紫外线辐射量除以服役地区历史平均年度的紫外辐射量，即可得到样品在服役过程中颜色稳定性的年限，也即样品颜色退化到符合标准要求临界值的年限。

25、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

26、(1)本方法采用的太阳跟踪聚光加速老化试验，和普通自然老化试验相比，能够有效节省试验时间；和氙灯等人工加速老化试验相比，试验环境条件来自于与真实的自然环境，加速老化与自然老化相关性高，评估的准确度高；

27、(2)本方法简化了加速老化试验的参数，设置的最高试验温度与服役最高温度基本一致，主要以影响材料颜色变化的紫外线辐射量为参数，模型较简单，输入变量易通过查阅文献和气象资料获得，试验量少，操作性强，具有较强的应用价值。