瀝青紫外老化研究現(xiàn)狀分析

高明星 李美堅(jiān) 李航天 陳崎

摘?要：瀝青的紫外老化是造成路面壽命降低的重要原因，為明確紫外老化對(duì)瀝青的影響，對(duì)瀝青的紫外老化做了綜述，并解釋了老化機(jī)理，分析了現(xiàn)階段研究存在的不足。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對(duì)紫外老化機(jī)理研究的方式單一，單一改性劑對(duì)提升瀝青的抗紫外老化能力不足，需復(fù)配其他改性劑，化學(xué)改性劑是瀝青抗紫外老化研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：瀝青;紫外老化;改性劑

文章編號(hào)：2095-4085（2020）06-0055-02

強(qiáng)紫外線地區(qū)的路面壽命遠(yuǎn)低于平原地區(qū)，是因?yàn)樽贤饫匣瘯?huì)降低瀝青的性能，因此大量學(xué)者對(duì)瀝青的紫外老化問(wèn)題展開(kāi)大量研究。本文通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)，對(duì)瀝青紫外老化的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

1?瀝青紫外老化研究現(xiàn)狀

早在18世紀(jì)，toch[1]等人發(fā)現(xiàn)放在各種顏色玻璃板下的瀝青經(jīng)太陽(yáng)照射后，紫色玻璃下瀝青損壞最為嚴(yán)重，由此提出了光氧化理論。為研究瀝青紫外老化對(duì)瀝青性能的影響，為提高試驗(yàn)效率，學(xué)者開(kāi)始研制室內(nèi)加速紫外老化設(shè)備，對(duì)瀝青進(jìn)行加速紫外老化。紫外老化后的瀝青會(huì)變硬，導(dǎo)致瀝青的針入度下降，延度減小，脆點(diǎn)減小，降低了其低溫抗裂性。瀝青薄膜厚度和紫外輻射強(qiáng)度對(duì)紫外老化有顯著影響，發(fā)現(xiàn)瀝青薄膜越薄，紫外老化越嚴(yán)重，紫外輻射量越大，瀝青老化越快。龐凌[2]等對(duì)瀝青進(jìn)行紫外老化后，分析了瀝青四組分的含量變化，發(fā)現(xiàn)隨著瀝青老化的進(jìn)行，飽和分和芳香分會(huì)逐漸減小，膠質(zhì)也會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)。Montepara等人發(fā)現(xiàn)瀝青的紫外老化還包括了氧化和聚合反應(yīng)，致使瀝青中出現(xiàn)大量的羰基和亞砜基。明確了瀝青老化的機(jī)理后，開(kāi)始了對(duì)提升瀝青的抗紫外老化能力做出了努力。由于紫外老化降低了瀝青的低溫性能，有學(xué)者將可以改善低溫性能的SBR加入到瀝青中，發(fā)現(xiàn)SBR可以減弱紫外線對(duì)瀝青的影響，膠粉同樣對(duì)瀝青的抗老化能力有幫助。吳少鵬[3]團(tuán)隊(duì)將蒙脫土加入到瀝青中制備蒙脫土改性瀝青，取得了良好的效果，復(fù)配SBS后，性能進(jìn)一步提升。層狀氫氧化物（LDH）作為良好的紫外線屏蔽材料也被應(yīng)用到瀝青中，但會(huì)影響瀝青的低溫性能，需配合其他改性劑（如SBR）一起使用。TiO2和CeO2也被應(yīng)用到瀝青的改性中，可以改善瀝青的低溫性能和抗疲勞性能。化學(xué)改性劑具有價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，也被應(yīng)用于瀝青的抗紫外老化研究中，其中丁苯并咪唑可顯著提高瀝青的抗紫外線老化性能。

2?討論分析

瀝青的紫外老化會(huì)對(duì)瀝青的性能產(chǎn)生很大的影響，疲勞和低溫性能下降明顯。由于紫外線具有較大的能量，從而導(dǎo)致瀝青內(nèi)部的分子間產(chǎn)生斷裂重組，芳香分向膠質(zhì)轉(zhuǎn)化，膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，增大了瀝青質(zhì)在瀝青中的比重，使瀝青從溶膠型向凝膠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。從分子角度來(lái)說(shuō)，瀝青中的硫與氧氣形成亞砜基，芐基碳是與芳環(huán)鍵合的第一個(gè)碳，是易于氧化的位置，當(dāng)氧取代連接在芐基碳原子上的氫原子時(shí)，會(huì)形成酮，這會(huì)使瀝青的分子量進(jìn)一步加大。酮類和亞砜基都有較強(qiáng)的極性，導(dǎo)致了的團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，瀝青的流動(dòng)性減弱。瀝青組分分布不均勻，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大的瀝青質(zhì)出現(xiàn)抱團(tuán)現(xiàn)象，在低溫條件下受到荷載作用，極易從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較小的地方發(fā)生開(kāi)裂，從而造成了低溫性能下降。

SBR改性瀝青的低溫性能較優(yōu)主要是由于SBR為鏈狀結(jié)構(gòu)的化合物，摻入瀝青后，與可以分散在瀝青的輕質(zhì)組分中，從而對(duì)瀝青起到一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)的作用。前文中提到，膠粉和SBR改性瀝青具有良好的抗紫外老化能力，主要是由于含有部分炭黑，炭黑作為一種良好的紫外光吸收劑可以吸收部分紫外線，從而使紫外輻照度減小，從而減緩紫外老化速率，膠粉和SBR在瀝青中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升瀝青的低溫能力。蒙脫土、層狀氫氧化物、TiO2和CeO2的作用機(jī)理與炭黑不同，它們是紫外線屏蔽材料，通過(guò)反射紫外線來(lái)減少紫外輻照度從而減緩瀝青的老化速度。丁苯并咪唑則是在一定程度上抑制瀝青分子的芳構(gòu)化和氧化反應(yīng)，減慢瀝青膠體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。但目前對(duì)于紫外老化的評(píng)價(jià)方法多為宏觀分析和化學(xué)分析，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以用分子模擬的角度，來(lái)進(jìn)一步解釋紫外老化機(jī)理。

3?結(jié)?論

瀝青紫外老化的研究已經(jīng)形成一個(gè)閉環(huán)，但各個(gè)環(huán)節(jié)還需進(jìn)一步加強(qiáng)，還用更大的研究空間。作用機(jī)理方面可以通過(guò)不同的手段進(jìn)行全面分析，分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。改性劑方面除了傳統(tǒng)的膠粉和SBR，出現(xiàn)了更多的無(wú)機(jī)化合物和化學(xué)試劑，無(wú)機(jī)化合物會(huì)降低瀝青的低溫性能，因此化學(xué)試劑是未來(lái)瀝青抗紫外老化的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳永行. 石油瀝青[M]. 北京： 石油工業(yè)出版社， 1984.

[2]龐凌. 瀝青紫外光老化特性研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)， 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.