紫外線對瀝青疲勞性能的影響

曹庭維，白　冰，孫　冰

(1.湖北省建筑科學研究設計院，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.湖北省建筑科學研究設計院，武漢 430070；2.通遼市公路管理處，內(nèi)蒙 028000)

摘要：針對紫外老化嚴重影響瀝青路面的服役壽命的問題，該文通過在瀝青中摻入有機蒙脫土、LDHs、炭黑3種紫外線阻隔材料來提升瀝青耐紫外老化性能，進而提升瀝青路面的抗紫外老化性能，延長路面的使用壽命。我國幅員遼闊，不同地區(qū)紫外線強度差異較大。因此該文還模擬了瀝青在不同紫外線強度下的老化情況。結果表明在相同的紫外線強度和老化時間條件下，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)紫外線強度逐漸減弱，瀝青疲勞因子也逐漸減小。紫外線強度越高，瀝青疲勞因子也大，瀝青老化程度越大，瀝青路用性能越差。

關鍵詞：紫外老化；紫外阻隔材料；疲勞因子

瀝青在熱、氧氣、陽光等環(huán)境因素作用下會發(fā)生一系列揮發(fā)、氧化、聚合，導致其路用性能劣化。一般地區(qū)的太陽輻射影響有限,所以瀝青質量控制中主要考慮熱老化。但對于高海拔地區(qū)，空氣稀薄，太陽輻射強烈，紫外線老化嚴重影響瀝青混凝土路面的使用壽命[1]。太陽光中的高能量紫外線能夠切斷瀝青分子中某些鏈狀結構或引發(fā)其發(fā)生光氧化反應。根據(jù)光氧化機理，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，設計制作了混凝土簡支T梁模型其反應過程如下

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，在紫外線照射過程中分子間通過極性官能團之間的氫鍵發(fā)生締合，使瀝青中相對分子質量低的組分向相對分子質量高的組分轉化[2]。瀝青老化嚴重影響到了瀝青的路用性能，導致瀝青中膠質減少，瀝青質增加，軟化點升高，粘度增大，針入度與延度下降。葉奮[3]等認為,紫外線對瀝青的影響非常大,從影響瀝青混凝土路面低溫開裂的延度和勁度模量這兩項指標來說,紫外線光老化對瀝青性能的影響遠大于壓力熱老化。武漢理工大學的吳少鵬[4-6]和劉剛[7,8]對瀝青老化進行的大量的研究，其認為不同紫外分區(qū)的瀝青老化程度有較大的差異，不同紫外分區(qū)可以通過選取LDHs、蒙脫土和炭黑3種紫外阻隔材料對瀝青進行改性，以此延長瀝青路面的服役壽命。

該文在瀝青中摻入有機蒙脫土、LDHs、炭黑3種紫外阻隔材料來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，延長路面的使用壽命。我國幅員遼闊，不同地區(qū)紫外線強度差異較大。因此該文還模擬了70#瀝青在不同紫外線強度下的老化情況。

1原材料和實驗方法

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

表1　PJ-70和PJ-90道路瀝青性能指標

該文選取了4個不同地區(qū)來模擬不同紫外線強度對瀝青老化性能的影響。表2為4個不同區(qū)紫外線強度。

表2　紫外線輻射強度分區(qū)

該文選取的3種紫外阻隔材料分別是有機蒙脫土、LDHs、炭黑。

2實驗結果與分析

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鍵因素。瀝青老化嚴重影響到瀝青抗疲勞性能[9]。圖1(a)和圖(b)分別為基質瀝青和SBS改性瀝青摻入不同紫外阻隔材料在相同紫外線強度和老化時間條件下疲勞因子變化曲線。

由圖1可知，紫外老化會增加基質瀝青和SBS改性瀝青的疲勞因子。隨著老化時間的延長，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)、不同老化時間條件下的疲勞因子變化曲線。由圖可知，不同紫外線強度對瀝青的疲勞因子影響程度不一。隨著二區(qū)至四區(qū)紫外線強度逐漸減弱，瀝青疲勞因子也逐漸減小。由此可知，紫外線強度越高，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結語

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。

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

參考文獻

[1]葉奮,孫大權,黃彭,等.瀝青強紫外線光老化性能分析[J].中國公路學報，2006，19:35-38.

[2]楊洪濱.道路瀝青抗老化性能及其改性的研究[M].北京:中國石油大學，2008.

[3]葉奮,黃彭.強紫外線輻射對瀝青路用性能的影響[J].同濟大學學報:自然科學版，2005，33:909-913.

[4]吳少鵬,龐凌,余劍英,等.瀝青光氧老化研究進展[J].石油瀝青,2007,21:1-6.

[5]Wu S,Han J,Pang L,et al.Rheological Properties for Aged Bitumen Containing Ultraviolate Light Resistant Materials[J].Construction and Building Materials,2012,33:133-138.

[6]Wu S,Pang L,Liu G,et al.Laboratory Study on Ultraviolet Radiation Aging of Bitumen[J].Journal of Materials in Civil Engineering 2010,22:767-772.

[7]Liu G,Nielsen E,Komacka J,et al.Rheological and Chemical Evaluation on the Ageing Properties of SBS Polymer Modified Bitumen:From the Laboratory to the Field[J].Construction and Building Materials,2014,51:244-248.

[8]Liu G,Wu S,van de Ven M,et al.Structure and Artificial Ageing Behavior of Organo Montmorillonite Bitumen Nanocomposites[J].Applied Clay Science,2013,72:49-54.

[9]徐驍龍,葉奮,宋卿卿,等.瀝青疲勞評價指標試驗研究[J].華東交通大學學報 ，2014，31:14-19.

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