受阻胺類光穩定劑GW-3346對機場道面用瀝青性能的影響

王春玲，王兆侖

（1.河南省交通科學技術研究院有限公司，河南鄭州 450006；2.河南交通職業技術學院，河南鄭州 450006）

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受阻胺類光穩定劑GW-3346對機場道面用瀝青性能的影響

王春玲1，王兆侖2

（1.河南省交通科學技術研究院有限公司，河南鄭州 450006；2.河南交通職業技術學院，河南鄭州 450006）

摘要：為解決高原地區機場瀝青道面受紫外光老化影響的問題，利用紫外老化環境箱模擬野外環境老化條件進行試驗，研究老化時間和光穩定劑（GW-3346）對瀝青高溫力學性能、低溫抗裂和抗疲勞性能的影響。試驗結果表明，強紫外光降低了瀝青的疲勞性能和低溫性能，改善了抗車轍性能，且隨老化時間延長而加劇；受阻胺類光穩定劑GW-3346能較好地對SBS改性瀝青進行抗紫外老化性能改善，且對其性能改善存在合適的摻量范圍，而對基質瀝青性能改善并不適用，建議對SBS改性瀝青采用GW-3346進行性能改善。

關鍵詞：公路；機場道面；受阻胺類光穩定劑；高溫流變特性；疲勞性能；低溫性能

近年來，瀝青砼在機場跑道尤其是老舊機場道面改擴建加鋪層中的應用受到越來越多的關注。良好的瀝青道面性能及使用壽命，除需要有合理的結構組成設計和施工工藝外，瀝青道面的抗老化性能也至關重要。中國對高速公路瀝青路面的抗老化研究頗具成果，但瀝青道面的運營狀況與高速公路存在較顯著差異，不能照搬其研究成果。

據國家地理環境研究院統計，青海、西藏、新疆等西北部地區紫外線輻射強度高，年太陽總輻射量達670～921 kJ/cm2，為中部地區的幾十倍。目前，針對瀝青路面的耐老化性能多傾向于使用抗老化助劑，改善抗紫外老化能力的主要手段是使用瀝青膠漿抗老化助劑改性。由于原油產地各異、瀝青類型和組分不同，有必要對抗紫外老化劑瀝青的各項性能進行研究，為延長機場瀝青道面使用壽命提供技術支持。該文通過自制的紫外老化試驗箱，選取受阻胺類抗紫外老化劑（GW-3346）、SBS改性瀝青與基質瀝青進行復合改性研究。

1　試驗方案

（1）選擇性能優良的殼牌SBS改性瀝青、盤錦70#基質瀝青與受阻胺類光穩定劑（HALS）GW-3346分別進行復合改性。首先將SBS改性瀝青和70#基質瀝青分別加熱至160、150℃，然后添加不同量（分別為瀝青質量的0.4%、0.8%和1.2%）抗紫外老化劑GW-3346，利用高速剪切機攪拌30 min直至融溶。

（2）為模擬路面實際環境條件，對瀝青試樣進行短期老化和紫外光老化。將經短期老化處理后瀝青置于室內紫外老化箱，試驗溫度60℃，瀝青試樣厚度1 mm。

（3）對不同處理狀態瀝青進行DSR試驗和低溫延度試驗。DSR試驗采用溫度掃描模式，高溫掃描溫度為56～82℃，間隔6℃，試模直徑25 mm，間隙1 000μm，應變控制10%，頻率10 rad/s；中溫掃描溫度為22～34℃，間隔3℃，試模直徑8 mm，間隙2 500μm，應變控制1%，頻率為10 rad/s；延度試驗溫度10℃，拉伸速度為50 mm/min。

2　GW-3346對高溫流變性能的影響

通過分析復合改性GW-3346瀝青試樣高溫流變性能，分析摻量變化對其性能的影響，優化最佳用量，提高瀝青的抗老化性能，并確保GW-3346不影響或改善瀝青其他性能。試驗結果見圖1～3。

從圖1～3可以看出：

（1）紫外老化顯著影響了瀝青復數模量G?和損耗因子tanδ，隨老化時間的增加，基質瀝青和SBS改性瀝青的G?增加，而tanδ變化趨勢則不規律，說明瀝青經紫外老化后彈性模量提高，塑性成分增加。SBS改性瀝青tanδ降低，基質瀝青tanδ提高，說明SBS改性瀝青損耗能量的能力降低，而基質瀝青則增加，SBS的抗紫外老化能力高于基質瀝青。基質瀝青和SBS改性瀝青的G?與tanδ對溫度敏感性不同，隨溫度升高，2種瀝青的G?降低，基質瀝青tanδ呈下降趨勢，SBS改性瀝青的tanδ呈先增加后降低趨勢，說明SBS改性復合瀝青材料損耗因子對溫度敏感性降低。

圖1　復數模量G?和損耗因子tanδ隨老化時間的變化

圖2　GW-3346對原樣瀝青高溫性能的影響

圖3　GW-3346對抗紫外光老化后瀝青的影響

（2）強紫外線光能對瀝青產生嚴重老化，提高瀝青的高溫流變性能，且隨老化時間延長更加嚴重。紫外光線的作用改變了瀝青內部結構，芳香分、膠質轉變成極性的瀝青質。另外，SBS改性瀝青影響較小，這與改性劑的作用有關，也說明改性瀝青的抗紫外光老化能力比基質瀝青更優越。抗紫外老化劑GW-3346的添加對原樣瀝青具有一定影響，隨摻量增加，SBS改性瀝青的G?/sinδ逐漸增加，而基質瀝青變化規律不穩定，說明GW-3346改善了原樣SBS改性瀝青的抗車轍性能。

（3）紫外光老化后提高了瀝青的抗車轍性能，而GW-3346摻量變化對高溫性能也有一定影響，且影響程度與瀝青類型有關。對于基質瀝青，隨摻量增加，G?/sinδ呈先增加后減小的趨勢，但整體之間區辨性較低；而SBS改性瀝青呈增加趨勢，但也存在一定差異，這可能與澆筑試樣不均勻性有關。

（4）由于G?/sinδ對溫度具有敏感性，隨試驗溫度的增加，GW-3346不同摻量之間的區辨性有所下降，說明GW-3346改善瀝青抗紫外老化能力受溫度影響，在特殊環境條件下并不能體現出GW -3346的優勢。摻量0.8%的SBS復合改性瀝青的改善效果最好，整體提高約15%，說明瀝青在此時耗能越少，流動變形越小，抗車轍能力最佳。摻加受阻胺類光穩定劑的瀝青混合料在夏季高溫時并不能完全有效抵抗紫外光線作用，從側面說明了目前高原地區應用光穩定劑后仍出現類似問題的原因。瀝青道面車轍、裂縫等病害的出現與紫外老化等原因存在直接聯系。

3　GW-3346對疲勞性能的影響

瀝青經強紫外光線照射后將發生物理、力學性能變化，宏觀上表現出變硬、變脆，抵抗低溫收縮抗裂能力降低，嚴重影響路面的抗疲勞性能。為此，利用抗疲勞因子G?sinδ指標對紫外老化后瀝青試樣進行評價，試驗結果見圖4～6。

圖4　老化時間對瀝青疲勞性能的影響

圖5　GW-3346對原樣瀝青疲勞性能的影響

圖6　GW-3346對抗紫外光老化后瀝青的影響

從圖4、圖5可以看出：

（1）紫外光老化嚴重影響了瀝青的疲勞性能，隨老化時間增加，G?sinδ顯著提高，且SBS改性瀝青的G?sinδ低于70#基質瀝青，隨時間延長二者之間的差距越大。說明SBS改性瀝青抵抗紫外光老化的抗疲勞性能優于70#基質瀝青。經過紫外光照射，瀝青四組分發生轉移導致其粘性成分降低、彈性成分提高，經受溫度反復作用的抗疲勞能力下降。

（2）GW-3346與原樣瀝青復合改性后其疲勞性能發生顯著改變，隨GW-3346摻量的增加，SBS改性瀝青的G?sinδ呈先降低后增加的趨勢，70#基質瀝青的G?sinδ呈增加趨勢。說明GW-3346降低了70#基質瀝青的抗疲勞性能，合理用量能改善SBS改性瀝青的性能，摻量在0.8%時對SBS改性瀝青的改善效果最佳。

眾多研究均表明瀝青老化后高溫抗車轍能力有所提高，而其他性能下降顯著。從圖6可以看出：

（1）紫外光線老化與其相類似，紫外光老化后瀝青的中溫抗疲勞性能降低，說明紫外光對瀝青性能的改變與瀝青短期老化、長期老化相一致。

（2）GW-3346與70#基質瀝青復合后，隨摻量的增加其G?sinδ有所降低，但仍高于未摻加GW-3346的瀝青，說明GW-3346不能改善該瀝青的抗紫外老化能力。對于SBS改性瀝青，在摻量0.8%時其G?sinδ值最小，GW-3346能與SBS改性劑發生協同作用（兩種添加劑之間不產生副作用，共同改善瀝青性能），改善瀝青內部網絡結構抵抗紫外光線作用。

（3）GW-3346與瀝青復合后抗紫外老化能力具有溫度敏感性，22～28℃時的區辨性較好，且對SBS改性瀝青抗疲勞性能的改善效果好。在34℃時，摻量0.4%～1.2%的G?sinδ值相差很小，說明GW-3346在22℃附近改善瀝青道面抗紫外老化的能力最佳。

4　GW-3346對低溫抗裂性能的影響

瀝青老化前后宏觀上表現出各項性能指標差異，微觀上顯示內部結構狀態變化，規范主要依據指標變化評價瀝青的老化程度，其中延度試驗能反映瀝青在不同溫度條件下的延伸性和柔韌性。利用低溫延度試驗評價紫外老化后瀝青的抗裂能力，分析GW-3346對瀝青性能的影響，結果見圖7。

從圖7可以看出：

（1）GW-3346對原樣瀝青低溫延度值具有顯著影響，隨GW-3346摻量的增加，延度值均不同程度降低。對原樣SBS改性瀝青延度值的劣化程度遠低于70#基質瀝青，摻量0.8%時，SBS改性瀝青與基質瀝青的延度值變化幅度分別為-1.67%和-3.92%。

圖7　瀝青老化前后延度值隨GW-3346摻量的變化

（2）GW-3346與瀝青改性經紫外光老化后，其延度值發生較大變化，即隨摻量增加延度值也增加，GW-3346改善了瀝青的低溫性能。對于70#基質瀝青，摻量0.8%時延度值最大，提高約50%；對于SBS改性瀝青，摻量1.2%時延度值最大，提高約29.4%。GW-3346對瀝青低溫延伸性的改善效果因瀝青類型而異，對于SBS改性瀝青，GW-3346與改性劑良好協作發揮作用，由于GW-3346不吸收260μm以上任意波長的其他光線，材料成分受阻胺在光照過程中與空氣中氧氣發生化學作用，導致氮氧自由基轉化，氮氧自由基在特殊環境條件下具備再生功能，能進一步抑制連鎖反應，保護瀝青材料紫外老化。

5　結論

（1）紫外老化對瀝青的作用與短期老化、長期老化相類似，顯著改變了瀝青內部結構和外觀狀態，提高了瀝青內部粘性成分比例、內在性能，降低了瀝青中低溫抗疲勞、抗裂縫能力，且隨紫外光照射延長影響程度顯著加深。

（2）受阻胺類GW-3346對原樣瀝青具有顯著影響，提高了瀝青的高溫穩定性，而對瀝青中溫疲勞、低溫抗裂性能的影響因瀝青類型及摻量而異，主要表現為降低了70#基質瀝青的抗疲勞能力，改善了SBS改性瀝青的性能。受阻胺類GW-3346用于SBS改性瀝青的最佳劑量為0.8%（受阻胺類光穩定劑與瀝青結合料比例）。

（3）GW-3346對瀝青抗紫外老化性能的改善具有溫度敏感性，隨溫度的提高，改善效果越不明顯。高溫流變性能的改善效果隨溫度增加而降低，中低溫抗疲勞能力的劣化程度無明顯規律，可能與瀝青添加劑成分及組分反應轉移有關，需進一步深入研究。

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中圖分類號：U416.217

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0091-04

收稿日期：2015-12-06