沥青紫外老化研究现状分析

2022.10.07

高明星李美坚李航天陈崎

摘?要：沥青的紫外老化是造成路面寿命降低的重要原因，为明确紫外老化对沥青的影响，对沥青的紫外老化做了综述，并解释了老化机理，分析了现阶段研究存在的不足。结果发现：对紫外老化机理研究的方式单一，单一改性剂对提升沥青的抗紫外老化能力不足，需复配其他改性剂，化学改性剂是沥青抗紫外老化研究的重点。

关键词：沥青;紫外老化;改性剂

文章编号：2095-4085（2020）06-0055-02

强紫外线地区的路面寿命远低于平原地区，是因为紫外老化会降低沥青的性能，因此大量学者对沥青的紫外老化问题展开大量研究。本文通过梳理国内外参考文献，对沥青紫外老化的研究现状进行分析。

1?沥青紫外老化研究现状

早在18世纪，toch[1]等人发现放在各种颜色玻璃板下的沥青经太阳照射后，紫色玻璃下沥青损坏最为严重，由此提出了光氧化理论。为研究沥青紫外老化对沥青性能的影响，为提高试验效率，学者开始研制室内加速紫外老化设备，对沥青进行加速紫外老化。紫外老化后的沥青会变硬，导致沥青的针入度下降，延度减小，脆点减小，降低了其低温抗裂性。沥青薄膜厚度和紫外辐射强度对紫外老化有显著影响，发現沥青薄膜越薄，紫外老化越严重，紫外辐射量越大，沥青老化越快。庞凌[2]等对沥青进行紫外老化后，分析了沥青四组分的含量变化，发现随着沥青老化的进行，饱和分和芳香分会逐渐减小，胶质也会逐渐转变为沥青质。Montepara等人发现沥青的紫外老化还包括了氧化和聚合反应，致使沥青中出现大量的羰基和亚砜基。明确了沥青老化的机理后，开始了对提升沥青的抗紫外老化能力做出了努力。由于紫外老化降低了沥青的低温性能，有学者将可以改善低温性能的SBR加入到沥青中，发现SBR可以减弱紫外线对沥青的影响，胶粉同样对沥青的抗老化能力有帮助。吴少鹏[3]团队将蒙脱土加入到沥青中制备蒙脱土改性沥青，取得了良好的效果，复配SBS后，性能进一步提升。层状氢氧化物（LDH）作为良好的紫外线屏蔽材料也被应用到沥青中，但会影响沥青的低温性能，需配合其他改性剂（如SBR）一起使用。TiO2和CeO2也被应用到沥青的改性中，可以改善沥青的低温性能和抗疲劳性能。化学改性剂具有价格低廉等优点，也被应用于沥青的抗紫外老化研究中，其中丁苯并咪唑可显着提高沥青的抗紫外线老化性能。

2?讨论分析

沥青的紫外老化会对沥青的性能产生很大的影响，疲劳和低温性能下降明显。由于紫外线具有较大的能量，从而导致沥青内部的分子间产生断裂重组，芳香分向胶质转化，胶质转化为沥青质，增大了沥青质在沥青中的比重，使沥青从溶胶型向凝胶型结构转变。从分子角度来说，沥青中的硫与氧气形成亚砜基，苄基碳是与芳环键合的第一个碳，是易于氧化的位置，当氧取代连接在苄基碳原子上的氢原子时，会形成酮，这会使沥青的分子量进一步加大。酮类和亚砜基都有较强的极性，导致了的团聚现象的发生，沥青的流动性减弱。沥青组分分布不均匀，结构强度较大的沥青质出现抱团现象，在低温条件下受到荷载作用，极易从结构强度较小的地方发生开裂，从而造成了低温性能下降。

SBR改性沥青的低温性能较优主要是由于SBR为链状结构的化合物，掺入沥青后，与可以分散在沥青的轻质组分中，从而对沥青起到一个补强的作用。前文中提到，胶粉和SBR改性沥青具有良好的抗紫外老化能力，主要是由于含有部分炭黑，炭黑作为一种良好的紫外光吸收剂可以吸收部分紫外线，从而使紫外辐照度减小，从而减缓紫外老化速率，胶粉和SBR在沥青中形成网状结构，进一步提升沥青的低温能力。蒙脱土、层状氢氧化物、TiO2和CeO2的作用机理与炭黑不同，它们是紫外线屏蔽材料，通过反射紫外线来减少紫外辐照度从而减缓沥青的老化速度。丁苯并咪唑则是在一定程度上抑制沥青分子的芳构化和氧化反应，减慢沥青胶体结构的转变。但目前对于紫外老化的评价方法多为宏观分析和化学分析，随着计算机技术的发展，可以用分子模拟的角度，来进一步解释紫外老化机理。

3?结?论

沥青紫外老化的研究已经形成一个闭环，但各个环节还需进一步加强，还用更大的研究空间。作用机理方面可以通过不同的手段进行全面分析，分子动力学模拟技术是一个很好的选择。改性剂方面除了传统的胶粉和SBR，出现了更多的无机化合物和化学试剂，无机化合物会降低沥青的低温性能，因此化学试剂是未来沥青抗紫外老化的研究方向。

参考文献：

[1]柳永行. 石油沥青[M]. 北京：石油工业出版社， 1984.

[2]庞凌. 沥青紫外光老化特性研究[D].武汉：武汉理工大学， 2008.

[3]ZHANG H， YU J， WU S. Effect of montmorillonite organic modification on ultraviolet aging properties of SBS modified bitumen[J]. Construction and Building Materials， 2012， 27（1）： 553-9.