道路沥青紫外老化研究综述

道路沥青紫外老化研究综述

徐华龙

（土木与交通工程学院，广东工业大学，广东 广州，510006）

摘要：道路沥青材料受紫外老化后性能会发生改变，沥青路面的服役年限会受到影响。为推进道路沥青材料紫外老化的研究，本文总结了沥青紫外老化机理以及紫外老化对沥青性能的影响，并在此基础上归纳了常用的沥青抗紫外老化材料。

关键词：道路沥青；紫外老化；综述；

0. 引言

由于沥青路面具有耐磨，便于施工等特点，沥青成为我国重要的道路建筑材料。然而，随着时间的推移，在环境因素（氧气、水、热、光）作用下，沥青性能逐渐劣化，发生老化现象，降低沥青路面运行年限。根据老化机制不同，沥青老化可划分为两种：热氧老化和紫外老化。其中，沥青分子的化学键在太阳光中的紫外光辐射下断裂，沥青发生老化行为的过程称为紫外老化。沥青紫外老化现象在高海拔、强紫外光辐射地区更为显著，研究沥青紫外老化问题具有重要的现实意义。

目前国内外对于热氧老化现象做了大量的研究，并且规定了统一的模拟测试技术以评价热氧老化后的沥青性能，比如采用旋转薄膜加热老化(RTFOT)以模拟短期老化，用压力老化(PAV)以模拟长期老化[1]。然而，对于紫外老化现象的研究较为缓慢，尚未形成一种深刻的认识。因此，为推进沥青紫外老化现象的研究，延长沥青路面在紫外光辐照下的使用年限，本文总结了沥青紫外老化机理以及紫外老化对沥青性能的影响，并在此基础上归纳了常用的沥青抗紫外老化材料。

1.沥青紫外老化机理

目前关于沥青紫外老化机理的认识，主要集中于微观和宏观两个方面，微观上形成了自由基理论，宏观上形成了胶体理论。

（1）自由基理论

早在18世纪，Toch等人对放在不同颜色的玻璃板下的相同沥青进行太阳光照射，结果显示紫色玻璃板下的沥青破坏现象最为明显，因此提出紫外光对沥青在氧化作用下的降解起着促进作用[2]。自由基理论对这一作用作出了解释。根据自由基理论，沥青在紫外辐照的作用下生成大分子自由基。大分子自由基容易发生氧化反应，生成氢过氧化物和羰基官能团。两种官能团能吸收紫外光线，促进沥青进一步老化降解。

（2）胶体理论

沥青四组分包括沥青质、胶质、饱和分、芳香分，四组分的含量变化对沥青性能产生很大的影响。基于国内外学者对沥青紫外老化机理的研究，发现沥青紫外老化并非是单一反应，而是由一系列氧化、聚合、分解等综合反应产生。沥青四组分在紫外老化作用下会发生相互转化，具体表现为芳香分→胶质→沥青质[3]。沥青质作为四组分转化的最终产物，其含量可以作为评价沥青老化程度的标准。

2.紫外老化对沥青性能的影响

沥青经历紫外老化后，总体上质地变硬变脆，沥青性能会发生变化，具体表现在宏观指标和微观指标两个方面。宏观上，主要表现为物理性能指标以及流变性能指标的变化；微观上主要表现为沥青组分、微观形貌以及老化官能团的变化。

2.1 紫外老化对沥青宏观指标的影响

沥青物理性能指标包括延度、针入度、软化点和黏度等。葛豪[4]对紫外老化后的四种不同沥青进行了物理性能测试，发现沥青的延度和针入度下降，软化点和黏度上升。沥青流变性能指标包括复数剪切模量、相位角、车辙因子、蠕变速率等，齐秀庭等[5]利用温度扫描实验和BBR试验研究了紫外老化对温拌橡胶沥青流变性能的影响，发现老化后沥青的车辙因子和蠕变劲度均变大，沥青的高温性能得以改善，低温性能变差。

2.2紫外老化对沥青微观指标的影响

沥青四组分包括沥青质、胶质、饱和分和芳香分，为研究四组分含量在老化后的变化情况，张娟等[6]选取SK-90基质沥青和SBS改性沥青进行了不同时间的紫外老化，结果显示，基质沥青和改性沥青的轻组分（饱和分、芳香分）和重组分（沥青质、胶质）在紫外老化后分别呈现下降和上升趋势，并且轻组分向重组分转变。紫外老化还对沥青的微观形貌产生影响，张恒龙等[7]选取70#基质沥青和SBS改性沥青来研究长期老化和紫外老化后沥青微观形貌的差异，结果表明，基质沥青和改性沥青的蜂状结构的体积在老化后均变大，并且在蜂相区域，长期老化比紫外老化对粗糙度影响更大。特定官能团的变化可以表征沥青的老化程度，时敬涛等[8]利用傅里叶红外光谱技术研究了SBS改性沥青在紫外老化过程中的官能团变化，发现随着紫外老化时间的增加，羟基吸收峰面积增大，亚砜官能团吸收峰面积先增大后减小，羟基和亚砜官能团吸收峰面积的变化是评价沥青老化的重要指标。

3.沥青抗紫外老化材料

为改善道路沥青的抗紫外老化性能，添加抗紫外老化材料是一种有效的方法。目前常用的抗紫外老化材料主要有炭黑、紫外吸收剂、纳米氧化物以及层状双羟基复合金属氢氧化物等。

(1)炭黑

炭黑是一种黑色粉末状颗粒物，由有机物不充分燃烧形成。炭黑特殊的分子结构可以分散或反射照射在沥青上的紫外光，使得炭黑成为有效的光屏蔽剂。

(2)紫外吸收剂

紫外吸收剂可以吸收太阳光中的紫外光，然后以热能的形式散发出去。但紫外吸收剂对沥青品种具有一定的选择性，并且沥青与紫外吸收剂的最佳配比尚不明确。

(3)纳米氧化物

纳米氧化物是一种尺寸在纳米级别的材料，具有大比表面积，活性高，结构稳定等特点，对紫外光具有一定的吸收效果。

(4)层状双羟基复合金属氢氧化物

层状双羟基复合金属氢氧化物是一种新型的层状结构材料，对紫外光具有良好的屏蔽与隔断效果。由于其特殊的层状结构，层状双羟基复合金属氢氧化物还可以与其他抗紫外老化材料人工插层，组合制备更优异的抗紫外老化材料。

4.结语

沥青紫外老化是一个复杂的过程，对沥青紫外老化的研究有助于控制沥青紫外老化程度，延长沥青路面的使用寿命。目前已有大量关于沥青紫外老化机理、紫外老化对沥青性能的影响以及抗紫外老化的材料的研究，但仍存在紫外老化机理研究不够深入，抗紫外老化措施相对单一等问题。因此，在后续紫外老化的研究中，可在紫外老化理论及抗紫外老化措施方面作进一步开展。

[参考文献]

[1]屈鑫、丁鹤洋、汪海年：《道路沥青老化评价方法研究进展》，《中国公路学报》2022年第06期，第205-220页。

[2]金大中、钱国平、白献萍等：《沥青紫外光老化研究进展》，《中外公路》2019年第05期，第209-214页。

[3]刘忠安、金鸣林：《道路沥青老化过程中组成与分子量分布的变化》，《公路》2001年第05期，第74-77页。

[4]葛豪：《基于紫外老化的改性沥青性能研究》，《科学技术创新》2020年第17期，第110-111页。

[5]齐秀廷、秦阳：《紫外老化对温拌橡胶沥青流变性能的影响》，《公路》2016年第07期，第270-273页。

[6]张娟、李艳、郭平等：《紫外老化对SBS改性沥青性能影响研究》，《筑路机械与施工机械化》2016年第12期，第63-67页。

[7]张恒龙、徐国庆、朱崇政等：《长期老化对基质沥青与SBS改性沥青化学组成、形貌及流变性能的影响》，《长安大学学报(自然科学版)》2019年第02期，第10-18页。

[8]时敬涛、魏慧、王子立等：《基于红外光谱法的SBS改性沥青紫外老化研究》，《山东化工》2017年第10期，第12-15页。