紫外線對(duì)瀝青疲勞性能的影響

曹庭維，白　冰，孫　冰

(1.湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，武漢 430070；2.通遼市公路管理處，內(nèi)蒙 028000)

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紫外線對(duì)瀝青疲勞性能的影響

曹庭維1，白冰2，孫冰2

(1.湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，武漢 430070；2.通遼市公路管理處，內(nèi)蒙 028000)

摘要：針對(duì)紫外老化嚴(yán)重影響瀝青路面的服役壽命的問(wèn)題，該文通過(guò)在瀝青中摻入有機(jī)蒙脫土、LDHs、炭黑3種紫外線阻隔材料來(lái)提升瀝青耐紫外老化性能，進(jìn)而提升瀝青路面的抗紫外老化性能，延長(zhǎng)路面的使用壽命。我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)紫外線強(qiáng)度差異較大。因此該文還模擬了瀝青在不同紫外線強(qiáng)度下的老化情況。結(jié)果表明在相同的紫外線強(qiáng)度和老化時(shí)間條件下，紫外阻隔材料提升了瀝青的抗紫外老化性能。其中摻有機(jī)蒙脫土的老化后疲勞因子最小，摻LDHs疲勞因子要稍小于炭黑。隨著二區(qū)至四區(qū)紫外線強(qiáng)度逐漸減弱，瀝青疲勞因子也逐漸減小。紫外線強(qiáng)度越高，瀝青疲勞因子也大，瀝青老化程度越大，瀝青路用性能越差。

關(guān)鍵詞：紫外老化；紫外阻隔材料；疲勞因子

瀝青在熱、氧氣、陽(yáng)光等環(huán)境因素作用下會(huì)發(fā)生一系列揮發(fā)、氧化、聚合，導(dǎo)致其路用性能劣化。一般地區(qū)的太陽(yáng)輻射影響有限,所以瀝青質(zhì)量控制中主要考慮熱老化。但對(duì)于高海拔地區(qū)，空氣稀薄，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，紫外線老化嚴(yán)重影響瀝青混凝土路面的使用壽命[1]。太陽(yáng)光中的高能量紫外線能夠切斷瀝青分子中某些鏈狀結(jié)構(gòu)或引發(fā)其發(fā)生光氧化反應(yīng)。根據(jù)光氧化機(jī)理，瀝青材料受到紫外線輻射后，它的C—H，C—O，C—C鍵斷裂，生成了自由基R·，R·與O2反應(yīng)，設(shè)計(jì)制作了混凝土簡(jiǎn)支T梁模型其反應(yīng)過(guò)程如下

R→R·；R·+O2→ROO·

紅外光譜分析表明瀝青中含有較多極性官能團(tuán)，在紫外線照射過(guò)程中分子間通過(guò)極性官能團(tuán)之間的氫鍵發(fā)生締合，使瀝青中相對(duì)分子質(zhì)量低的組分向相對(duì)分子質(zhì)量高的組分轉(zhuǎn)化[2]。瀝青老化嚴(yán)重影響到了瀝青的路用性能，導(dǎo)致瀝青中膠質(zhì)減少，瀝青質(zhì)增加，軟化點(diǎn)升高，粘度增大，針入度與延度下降。葉奮[3]等認(rèn)為,紫外線對(duì)瀝青的影響非常大,從影響瀝青混凝土路面低溫開(kāi)裂的延度和勁度模量這兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)說(shuō),紫外線光老化對(duì)瀝青性能的影響遠(yuǎn)大于壓力熱老化。武漢理工大學(xué)的吳少鵬[4-6]和劉剛[7,8]對(duì)瀝青老化進(jìn)行的大量的研究，其認(rèn)為不同紫外分區(qū)的瀝青老化程度有較大的差異，不同紫外分區(qū)可以通過(guò)選取LDHs、蒙脫土和炭黑3種紫外阻隔材料對(duì)瀝青進(jìn)行改性，以此延長(zhǎng)瀝青路面的服役壽命。

該文在瀝青中摻入有機(jī)蒙脫土、LDHs、炭黑3種紫外阻隔材料來(lái)提升瀝青耐紫外老化性能，提升瀝青路面的抗紫外老化性能，延長(zhǎng)路面的使用壽命。我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)紫外線強(qiáng)度差異較大。因此該文還模擬了70#瀝青在不同紫外線強(qiáng)度下的老化情況。

1原材料和實(shí)驗(yàn)方法

采用的基質(zhì)瀝青為：PJ-70和PJ-90道路瀝青，盤錦北方瀝青股份有限公司生產(chǎn)。其物理指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　PJ-70和PJ-90道路瀝青性能指標(biāo)

該文選取了4個(gè)不同地區(qū)來(lái)模擬不同紫外線強(qiáng)度對(duì)瀝青老化性能的影響。表2為4個(gè)不同區(qū)紫外線強(qiáng)度。

表2　紫外線輻射強(qiáng)度分區(qū)

該文選取的3種紫外阻隔材料分別是有機(jī)蒙脫土、LDHs、炭黑。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

疲勞破壞是瀝青路面重要的破壞類型，而瀝青是影響路面瀝青混合料疲勞性能的關(guān)鍵因素。瀝青老化嚴(yán)重影響到瀝青抗疲勞性能[9]。圖1(a)和圖(b)分別為基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青摻入不同紫外阻隔材料在相同紫外線強(qiáng)度和老化時(shí)間條件下疲勞因子變化曲線。

由圖1可知，紫外老化會(huì)增加基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的疲勞因子。隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，疲勞因子也逐漸增加。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，未摻加紫外阻隔材料的瀝青疲勞因子要大于摻加紫外阻隔材料的瀝青疲勞因子。因此，紫外阻隔材料提升了瀝青的抗紫外老化性能。其中摻有機(jī)蒙脫土的老化后疲勞因子最小，摻LDHs疲勞因子要稍小于炭黑。表明有機(jī)蒙脫土改性瀝青在相同紫外老化情況下，瀝青疲勞性能改善最佳，炭黑稍遜于LDHs改性瀝青。

圖2為70#瀝青在不同紫外分區(qū)、不同老化時(shí)間條件下的疲勞因子變化曲線。由圖可知，不同紫外線強(qiáng)度對(duì)瀝青的疲勞因子影響程度不一。隨著二區(qū)至四區(qū)紫外線強(qiáng)度逐漸減弱，瀝青疲勞因子也逐漸減小。由此可知，紫外線強(qiáng)度越高，瀝青疲勞因子也大，瀝青老化程度越大，瀝青路用性能越差。

3結(jié)語(yǔ)

未摻加紫外阻隔材料的瀝青疲勞因子要大于摻加紫外阻隔材料的瀝青疲勞因子。因此，紫外阻隔材料提升了瀝青的抗紫外老化性能。其中摻有機(jī)蒙脫土的老化后疲勞因子最小，摻LDHs疲勞因子要稍小于炭黑。表明有機(jī)蒙脫土改性瀝青在相同紫外老化情況下，瀝青疲勞性能改善最佳，炭黑稍遜于LDHs改性瀝青。

不同紫外線強(qiáng)度對(duì)瀝青的疲勞因子影響程度不一。隨著二區(qū)至四區(qū)紫外線強(qiáng)度逐漸減弱，瀝青疲勞因子也逐漸減小。由此可知，紫外線強(qiáng)度越高，瀝青疲勞因子也大，瀝青老化程度越大，瀝青路用性能越差。

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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

作者簡(jiǎn)介：曹庭維(1983-)，工程師.E-mail:ctw-123@163.com

收稿日期：2015-10-05.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.001