紫外线对沥青疲劳性能的影响

曹庭维，白　冰，孙　冰

(1.湖北省建筑科学研究设计院，武汉 430070；2.通辽市公路管理处，内蒙 028000)



紫外线对沥青疲劳性能的影响

曹庭维1，白冰2，孙冰2

(1.湖北省建筑科学研究设计院，武汉 430070；2.通辽市公路管理处，内蒙 028000)

摘要：针对紫外老化严重影响沥青路面的服役寿命的问题，该文通过在沥青中掺入有机蒙脱土、LDHs、炭黑3种紫外线阻隔材料来提升沥青耐紫外老化性能，进而提升沥青路面的抗紫外老化性能，延长路面的使用寿命。我国幅员辽阔，不同地区紫外线强度差异较大。因此该文还模拟了沥青在不同紫外线强度下的老化情况。结果表明在相同的紫外线强度和老化时间条件下，紫外阻隔材料提升了沥青的抗紫外老化性能。其中掺有机蒙脱土的老化后疲劳因子最小，掺LDHs疲劳因子要稍小于炭黑。随着二区至四区紫外线强度逐渐减弱，沥青疲劳因子也逐渐减小。紫外线强度越高，沥青疲劳因子也大，沥青老化程度越大，沥青路用性能越差。

关键词：紫外老化；紫外阻隔材料；疲劳因子

沥青在热、氧气、阳光等环境因素作用下会发生一系列挥发、氧化、聚合，导致其路用性能劣化。一般地区的太阳辐射影响有限,所以沥青质量控制中主要考虑热老化。但对于高海拔地区，空气稀薄，太阳辐射强烈，紫外线老化严重影响沥青混凝土路面的使用寿命[1]。太阳光中的高能量紫外线能够切断沥青分子中某些链状结构或引发其发生光氧化反应。根据光氧化机理，沥青材料受到紫外线辐射后，它的C—H，C—O，C—C键断裂，生成了自由基R·，R·与O2反应，设计制作了混凝土简支T梁模型其反应过程如下

R→R·；R·+O2→ROO·

红外光谱分析表明沥青中含有较多极性官能团，在紫外线照射过程中分子间通过极性官能团之间的氢键发生缔合，使沥青中相对分子质量低的组分向相对分子质量高的组分转化[2]。沥青老化严重影响到了沥青的路用性能，导致沥青中胶质减少，沥青质增加，软化点升高，粘度增大，针入度与延度下降。叶奋[3]等认为,紫外线对沥青的影响非常大,从影响沥青混凝土路面低温开裂的延度和劲度模量这两项指标来说,紫外线光老化对沥青性能的影响远大于压力热老化。武汉理工大学的吴少鹏[4-6]和刘刚[7,8]对沥青老化进行的大量的研究，其认为不同紫外分区的沥青老化程度有较大的差异，不同紫外分区可以通过选取LDHs、蒙脱土和炭黑3种紫外阻隔材料对沥青进行改性，以此延长沥青路面的服役寿命。

该文在沥青中掺入有机蒙脱土、LDHs、炭黑3种紫外阻隔材料来提升沥青耐紫外老化性能，提升沥青路面的抗紫外老化性能，延长路面的使用寿命。我国幅员辽阔，不同地区紫外线强度差异较大。因此该文还模拟了70#沥青在不同紫外线强度下的老化情况。

1原材料和实验方法

采用的基质沥青为：PJ-70和PJ-90道路沥青，盘锦北方沥青股份有限公司生产。其物理指标见表1。

表1　PJ-70和PJ-90道路沥青性能指标

该文选取了4个不同地区来模拟不同紫外线强度对沥青老化性能的影响。表2为4个不同区紫外线强度。

表2　紫外线辐射强度分区

该文选取的3种紫外阻隔材料分别是有机蒙脱土、LDHs、炭黑。

2实验结果与分析

疲劳破坏是沥青路面重要的破坏类型，而沥青是影响路面沥青混合料疲劳性能的关键因素。沥青老化严重影响到沥青抗疲劳性能[9]。图1(a)和图(b)分别为基质沥青和SBS改性沥青掺入不同紫外阻隔材料在相同紫外线强度和老化时间条件下疲劳因子变化曲线。

由图1可知，紫外老化会增加基质沥青和SBS改性沥青的疲劳因子。随着老化时间的延长，疲劳因子也逐渐增加。从图1中可以发现，未掺加紫外阻隔材料的沥青疲劳因子要大于掺加紫外阻隔材料的沥青疲劳因子。因此，紫外阻隔材料提升了沥青的抗紫外老化性能。其中掺有机蒙脱土的老化后疲劳因子最小，掺LDHs疲劳因子要稍小于炭黑。表明有机蒙脱土改性沥青在相同紫外老化情况下，沥青疲劳性能改善最佳，炭黑稍逊于LDHs改性沥青。

图2为70#沥青在不同紫外分区、不同老化时间条件下的疲劳因子变化曲线。由图可知，不同紫外线强度对沥青的疲劳因子影响程度不一。随着二区至四区紫外线强度逐渐减弱，沥青疲劳因子也逐渐减小。由此可知，紫外线强度越高，沥青疲劳因子也大，沥青老化程度越大，沥青路用性能越差。

3结语

未掺加紫外阻隔材料的沥青疲劳因子要大于掺加紫外阻隔材料的沥青疲劳因子。因此，紫外阻隔材料提升了沥青的抗紫外老化性能。其中掺有机蒙脱土的老化后疲劳因子最小，掺LDHs疲劳因子要稍小于炭黑。表明有机蒙脱土改性沥青在相同紫外老化情况下，沥青疲劳性能改善最佳，炭黑稍逊于LDHs改性沥青。

不同紫外线强度对沥青的疲劳因子影响程度不一。随着二区至四区紫外线强度逐渐减弱，沥青疲劳因子也逐渐减小。由此可知，紫外线强度越高，沥青疲劳因子也大，沥青老化程度越大，沥青路用性能越差。

参考文献

[1]叶奋,孙大权,黄彭,等.沥青强紫外线光老化性能分析[J].中国公路学报，2006，19:35-38.

[2]杨洪滨.道路沥青抗老化性能及其改性的研究[M].北京:中国石油大学，2008.

[3]叶奋,黄彭.强紫外线辐射对沥青路用性能的影响[J].同济大学学报:自然科学版，2005，33:909-913.

[4]吴少鹏,庞凌,余剑英,等.沥青光氧老化研究进展[J].石油沥青,2007,21:1-6.

[5]Wu S,Han J,Pang L,et al.Rheological Properties for Aged Bitumen Containing Ultraviolate Light Resistant Materials[J].Construction and Building Materials,2012,33:133-138.

[6]Wu S,Pang L,Liu G,et al.Laboratory Study on Ultraviolet Radiation Aging of Bitumen[J].Journal of Materials in Civil Engineering 2010,22:767-772.

[7]Liu G,Nielsen E,Komacka J,et al.Rheological and Chemical Evaluation on the Ageing Properties of SBS Polymer Modified Bitumen:From the Laboratory to the Field[J].Construction and Building Materials,2014,51:244-248.

[8]Liu G,Wu S,van de Ven M,et al.Structure and Artificial Ageing Behavior of Organo Montmorillonite Bitumen Nanocomposites[J].Applied Clay Science,2013,72:49-54.

[9]徐骁龙,叶奋,宋卿卿,等.沥青疲劳评价指标试验研究[J].华东交通大学学报 ，2014，31:14-19.

Influence of Ultraviolet Radiation on the Fatigue of Asphalt

CAOTing-wei1,BAIBing2,SUNBing2

(1.Hubei Provincial Academy of Building Research and Design,Wuhan 430070,China；

2.Road Administration Department of Tongliao City, Inner Mongolia 028000, China)

Abstract:To improve the ultraviolet aging resistance and prolong the service life of pavement,this paper uses organic montmorillonite,LDHs,carbon black three kinds of ultraviolet resistant materials to modify asphalt.Our country has a vast territory,UV intensity is quite different in different regions.So this paper also simulates the aging of asphalt under different UV intensity.The results show that ultraviolet resistant materials enhance the UV aging properties of asphalt under the same aging time and UV intensity.Fatigue factor of organic montmorillonite is minium,and the LDHs fatigue factor is slightly less than that of carbon black.The higher the UV intensity,asphalt fatigue factor is large,which means that the greater the degree of aging of asphalt,asphalt pavement performance worse.

Key words:UV aging;ultraviolet resistant material;fatigue factor

作者简介：曹庭维(1983-)，工程师.E-mail:ctw-123@163.com

收稿日期：2015-10-05.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.001