瀝青紫外老化研究現狀分析

高明星 李美堅 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，為明確紫外老化對瀝青的影響，對瀝青的紫外老化做了綜述，并解釋了老化機理，分析了現階段研究存在的不足。結果發現：對紫外老化機理研究的方式單一，單一改性劑對提升瀝青的抗紫外老化能力不足，需復配其他改性劑，化學改性劑是瀝青抗紫外老化研究的重點。

關鍵詞：瀝青;紫外老化;改性劑

文章編號：2095-4085（2020）06-0055-02

強紫外線地區的路面壽命遠低于平原地區，是因為紫外老化會降低瀝青的性能，因此大量學者對瀝青的紫外老化問題展開大量研究。本文通過梳理國內外參考文獻，對瀝青紫外老化的研究現狀進行分析。

1?瀝青紫外老化研究現狀

早在18世紀，toch[1]等人發現放在各種顏色玻璃板下的瀝青經太陽照射后，紫色玻璃下瀝青損壞最為嚴重，由此提出了光氧化理論。為研究瀝青紫外老化對瀝青性能的影響，為提高試驗效率，學者開始研制室內加速紫外老化設備，對瀝青進行加速紫外老化。紫外老化后的瀝青會變硬，導致瀝青的針入度下降，延度減小，脆點減小，降低了其低溫抗裂性。瀝青薄膜厚度和紫外輻射強度對紫外老化有顯著影響，發現瀝青薄膜越薄，紫外老化越嚴重，紫外輻射量越大，瀝青老化越快。龐凌[2]等對瀝青進行紫外老化后，分析了瀝青四組分的含量變化，發現隨著瀝青老化的進行，飽和分和芳香分會逐漸減小，膠質也會逐漸轉變為瀝青質。Montepara等人發現瀝青的紫外老化還包括了氧化和聚合反應，致使瀝青中出現大量的羰基和亞砜基。明確了瀝青老化的機理后，開始了對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，有學者將可以改善低溫性能的SBR加入到瀝青中，發現SBR可以減弱紫外線對瀝青的影響，膠粉同樣對瀝青的抗老化能力有幫助。吳少鵬[3]團隊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，復配SBS后，性能進一步提升。層狀氫氧化物（LDH）作為良好的紫外線屏蔽材料也被應用到瀝青中，但會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。化學改性劑具有價格低廉等優點，也被應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

瀝青的紫外老化會對瀝青的性能產生很大的影響，疲勞和低溫性能下降明顯。由于紫外線具有較大的能量，從而導致瀝青內部的分子間產生斷裂重組，芳香分向膠質轉化，膠質轉化為瀝青質，增大了瀝青質在瀝青中的比重，使瀝青從溶膠型向凝膠型結構轉變。從分子角度來說，瀝青中的硫與氧氣形成亞砜基，芐基碳是與芳環鍵合的第一個碳，是易于氧化的位置，當氧取代連接在芐基碳原子上的氫原子時，會形成酮，這會使瀝青的分子量進一步加大。酮類和亞砜基都有較強的極性，導致了的團聚現象的發生，瀝青的流動性減弱。瀝青組分分布不均勻，結構強度較大的瀝青質出現抱團現象，在低溫條件下受到荷載作用，極易從結構強度較小的地方發生開裂，從而造成了低溫性能下降。

SBR改性瀝青的低溫性能較優主要是由于SBR為鏈狀結構的化合物，摻入瀝青后，與可以分散在瀝青的輕質組分中，從而對瀝青起到一個補強的作用。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在瀝青中形成網狀結構，進一步提升瀝青的低溫能力。蒙脫土、層狀氫氧化物、TiO2和CeO2的作用機理與炭黑不同，它們是紫外線屏蔽材料，通過反射紫外線來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化和氧化反應，減慢瀝青膠體結構的轉變。但目前對于紫外老化的評價方法多為宏觀分析和化學分析，隨著計算機技術的發展，可以用分子模擬的角度，來進一步解釋紫外老化機理。

3?結?論

瀝青紫外老化的研究已經形成一個閉環，但各個環節還需進一步加強，還用更大的研究空間。作用機理方面可以通過不同的手段進行全面分析，分子動力學模擬技術是一個很好的選擇。改性劑方面除了傳統的膠粉和SBR，出現了更多的無機化合物和化學試劑，無機化合物會降低瀝青的低溫性能，因此化學試劑是未來瀝青抗紫外老化的研究方向。

參考文獻：

[1]柳永行. 石油瀝青[M]. 北京： 石油工業出版社， 1984.

[2]龐凌. 瀝青紫外光老化特性研究[D].武漢：武漢理工大學， 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.