高粘高彈改性瀝青路面抗紫外光老化性能研究

關(guān)鍵詞：高粘高彈；改性瀝青；路面結(jié)構(gòu)；抗紫外光老化；納米 中圖分類號：TQ522.65 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）05-0115-04

Abstract：Theanti-ultravioletaging performance of high-viscosityandhigh-elasticity modifiedasphalt pavement structure was analyzed，and the guidance for pavement upgrading was provided.Nano - ，nano - and layered dihydroxides （LDHs）were used as anti-ultraviolet modifiers to prepare testsamples of high-viscosity and highelasticity modified asphalt pavement structure.Each sample was placed in aself-made ultravioletaccelerated irradiation testchamber forultraviolet aging test，and the basic indexes，mechanical propertiesandruting test effects were compared.The experimental analysis showed that the basic indexes of the pavement structure using LDHs anti-ultraviolet light modifier were the best，and the tensile strength and ruting stability were high.Under the dosage of 7.5 LDHs anti-ultraviolet modifier，the stability of pavement structure was the best，and the spliting strength was the highest after ultraviolet aging.

Key Words：high viscosity and high elasticity；Modified asphalt；pavement structure ；anti-uv aging；nano-

高粘彈改性瀝青在傳統(tǒng)瀝青中添加高分子顆粒，增加黏度和韌性，用于鋪筑降噪排水路面，耐久性好，可延長瀝青混凝土罩面層的使用壽命，降低維護(hù)成本[1]。許多學(xué)者都對公路上混凝土的性能提升作出研究，何忠明等學(xué)者使用光穩(wěn)定劑與氧化物混合，提升瀝青的耐紫外老化效果，但是該改性后的混凝土屬于普通混凝土，不能長期適應(yīng)高強度的運輸需求以及惡劣環(huán)境的影響，因此試驗效果并不理想，需要進(jìn)一步研究[2]。黎佳清等學(xué)者使用馬來酸酐與氧化石墨烯混合，改性瀝青的性能，且試驗分析后發(fā)現(xiàn)該瀝青的彈性較好，但是進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該瀝青不具備良好的耐老化性能，使用壽命較短，需要繼續(xù)研究分析[3]。研究高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)以及抗紫外光老化性能分析，為今后路面性能提升提供全新選擇。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器設(shè)備

1.1.1 試驗原料

制備高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)所用的原料：熱塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SBS），東莞市精科高分子有限公司；彈性PE膠，寧波薈聚高分子材料有限公司；基質(zhì)瀝青，泰安匯杰新材料有限公司；天然瀝青，河北締邦新材料科技有限公司；增溶劑，上海嶸馥新能源科技有限公司；碎石，廣西天酬石材加工有限公司；礦粉，河北宗潤礦產(chǎn)品有限公司；機制砂，石家莊元晶礦產(chǎn)品有限公司；納米 ，上海盈承新材料有限公司；納米 ，濟南泉研精細(xì)化工有限公司；層狀雙氫氧化合物（LDHs），西安齊岳生物科技有限公司。

1.1.2 儀器設(shè)備

研究過程中所用儀器設(shè)備：HT-2024烘干箱，廣東紅泰清洗烘干設(shè)備有限公司；PLU電子天平，杭州蕭紡儀器科技有限公司；GFJ2200高速剪切儀，滄州昌志建筑儀器有限公司；SZR-3針入度測試器，滄州華恒試驗儀器有限公司；WAW-P萬能試驗機，濟南文騰試驗儀器有限公司；PZ-300C落錘試驗機，廣東宏闊試驗設(shè)備有限公司。

1.2 高粘高彈改性瀝青制備

選取熱塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SBS）作為彈性改性劑[46]，彈性PE 膠作為高粘改性劑，使用這2種改性劑能實現(xiàn)瀝青的高粘高彈，但是為了實現(xiàn)瀝青的耐紫外光老化，需要使用抗紫外光改性劑[13]。制備高粘高彈改性瀝青步驟如下：

稱取基質(zhì)瀝青，烘干箱 融化，加人天然瀝青、增溶劑，攪拌 5min 。再加入SBS改性劑，攪拌 6min ，175℃下高速剪切 0.5h 。加人彈性PE膠改性劑，攪拌 6min ，再高速剪切 0.5h 。 下加入抗紫外光改性劑（納米 、納米 和LDHs），高速剪切1h。剪切后加熱至 ，加熱 60min ，攪拌排出空氣，獲得高粘高彈改性瀝青。

1.3 抗紫外老化設(shè)置

1.3.1高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)

使用制備的高粘高彈改性瀝青，按碎石與礦粉、機制砂比例35：39：21混合原料，構(gòu)建高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)。

1.3.2 室內(nèi)紫外加速照射試驗箱

將一個廢棄烘干箱改造為紫外線加速照射箱，配備溫度控制系統(tǒng)、汞燈和光源控制系統(tǒng)[8-9]。試驗箱尺寸為 1m×1m×0.85m ，汞燈與箱底距離約0.5m ，可均勻照射整個試驗箱。通風(fēng)槽覆蓋整個樣品，確保試驗環(huán)境與自然環(huán)境相似。試驗溫度控制在 ，輻射量設(shè)定為220℃。

1.3.3計算紫外老化光照時間

根據(jù)經(jīng)驗，將自然環(huán)境紫外光照時間直接換算為室內(nèi)紫外老化光照時間，按式（1）計算：

T=W/ω

式中： T 表示室內(nèi)紫外老化光照時間； W 與 ω 分別表示自然環(huán)境中的紫外光照輻射總量與輻射在試驗樣品上的紫外光照強度。

1.3.4 紫外老化步驟

高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)受到紫外線影響深度約為 1mm～2mm ，影響范圍約為 。按以下步驟進(jìn)行紫外線老化試驗：

將制備的高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)樣品置于溫度 、時長 的試驗箱中實現(xiàn)薄膜紫外光照老化；分別以納米 、納米 和LDHs作為抗紫外光添加劑，各組重復(fù)5次；將各組試驗樣品置于試驗箱中開始紫外光照老化，每照射 后休息12h ，按需求循環(huán)照射[11-12]；按試驗需求調(diào)整各組試驗樣品在試驗箱中的紫外光照老化時長。

1.4高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)抗紫外老化性能分析

1.4.1不同抗紫外光添加劑對抗紫外老化性能影響

針入度計算，把3種不同抗紫外光添加劑制備的試驗樣品在紫外光照下老化 200h ，此后分別在 下加熱至流動狀態(tài)，把針入度測試器垂直插入各個試驗樣品之中，記錄針入度測試器與樣品表面的距離，該距離就是最終的針人度結(jié)果。

軟化點計算，使用球環(huán)法計算試驗樣品的軟化點。把試驗樣品置于深度為 3.5mm 的圓環(huán)之中，設(shè)定溫度把樣品加熱至軟化?？刂茍A球從圓環(huán)中間穿過并掉落，記錄圓球通過試驗樣品并且到達(dá)地面的時間，計算軟化點。

延度計算：使用面積與斷裂伸長之間的關(guān)系，計算出試驗樣品的延度。

紫外老化后拉伸試驗。使用萬能試驗機分析不同老化時長下，各個試驗試件的拉伸強度與斷裂延伸率。

車轍試驗分析。制作300mmx300mmx60mm 的車轍板，模擬紫外光照老化 6m ，測量并計算車轍板變形穩(wěn)定時的動穩(wěn)定度。

1.4.2LDHs改性劑用量對抗紫外老化性能影響

調(diào)整高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)中LDHs改性劑用量，分別為 0%.2.5%.5.0%.7.5% 、 10% ！12.5% ，通過車轍試驗測試不同LDHs改性劑用量下，紫外光照老化前后該路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過落錘試驗機驗證高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)紫外光照老化前后的劈裂強度。

2 結(jié)果與分析

2.1基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)果

通過試驗測試高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)，獲得受到紫外老化影響后，該結(jié)構(gòu)各項基礎(chǔ)數(shù)值的變化，試驗結(jié)果如表1所示。

由表1顯示，紫外光照會導(dǎo)致瀝青及高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)老化，但添加不同抗紫外光改性劑可以改善這種情況。這些改性劑能提高高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)的針入度并降低軟化點，綜合來看，添加抗紫外光改性劑能減緩結(jié)構(gòu)在紫外光老化下的變硬變脆過程。特別是使用LDHs抗紫外光改性劑后，路面結(jié)構(gòu)的各項指標(biāo)更高，抗老化效果更好。

2.2紫外光照老化后強度變化測試

試驗機測試不同抗紫外光改性劑的高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)，經(jīng)過不同紫外光照老化時長下，抗拉強度與斷裂延伸率，結(jié)果如圖1所示。

圖1顯示，紫外光照時長增加，高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)的拉伸強度下降?？棺贤夤飧男詣┌l(fā)揮重要作用，使用LDHs改性的路面結(jié)構(gòu)具有更高的拉伸強度和斷裂延伸率，可延緩道路結(jié)構(gòu)斷裂。

2.3車轍試驗結(jié)果

通過車轍試驗驗證經(jīng)過長時間紫外光照老化以后的3種不同抗紫外光改性劑制備的高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2顯示，經(jīng)過車轍試驗后，添加抗紫外光改性劑的高粘高彈瀝青路面結(jié)構(gòu)的動穩(wěn)定度高于未改

性的結(jié)構(gòu)，說明其具有良好的耐紫外老化性能。使用LDHs作為抗紫外光改性劑制備的結(jié)構(gòu)具有最高的動穩(wěn)定度。

2.4LDHs改性劑用量對道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響

LDHs改性劑用量分別為 0% ） 2.5% 5. 0% ！7.5% ） 10% .12.5% 時，高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)果如圖2所示。

圖2顯示，添加LDHs改性劑的高粘高彈瀝青路面結(jié)構(gòu)在車輪壓力下保持穩(wěn)定，受紫外光照老化影響較小。隨著LDHs用量增加，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上升。但SBS等改性劑影響下，LDHs用量超過 7.5% 時，穩(wěn)定性下降。綜合考慮，應(yīng)選取 10%LDHs 改性劑用量。

2.5LDHs改性劑用量對道路結(jié)構(gòu)劈裂強度影響

不同LDHs改性劑用量下高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)的劈裂強度變化如圖3所示。

圖3顯示，增加LDHs改性劑用量會導(dǎo)致高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)的劈裂強度先升后降。當(dāng)LDHs用量為 7.5% 時，劈裂強度最高。

3結(jié)語

使用抗紫外光改性劑制備高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)可提升其抗紫外老化性能。該改性劑能顯著改變路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性能指標(biāo)，提高路面的柔韌性和耐用性。LDHs改性劑制備的路面結(jié)構(gòu)性能最優(yōu)，用量7.5%時穩(wěn)定性與劈裂強度最高。高粘高彈改性瀝青路面結(jié)構(gòu)具有良好的抗紫外光老化性能，能滿足長期使用要求。

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（責(zé)任編輯：蘇幔）