热氧-光耦合老化对沥青性能影响研究

谭志远，李强

（长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

热氧-光耦合老化对沥青性能影响研究

谭志远，李强

（长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

参考有关光氧老化文献确定4种紫外光强度，在4种紫外光辐射强度和70℃温度下分别对中海油70号沥青和SK70号沥青进行热氧-光耦合老化，以单独的热氧老化（辐射强度为零）作为对比试验，老化时间为5、10、15 d，测试和分析耦合老化前后沥青三大指标的变化。结果表明，热氧-光耦合老化的效果比热氧老化明显，表现为沥青性能衰减更快，在热氧-光耦合老化试验中热氧的贡献较大；随着紫外光辐射强度的提高，沥青老化后性质明显变差；SK沥青的抗老化性能比中海油沥青更好。

公路；沥青；耦合老化；老化温度；紫外光辐射强度

沥青在使用过程中会产生老化，引起沥青路面产生松散、开裂和水损害等破坏。沥青及沥青混合料的老化与其所处环境有很大关系，对沥青老化起作用的因素主要有降雨、高温、紫外线辐射等，且主要发生在路面施工阶段和使用阶段。

一段时间以来，研究沥青老化的焦点在于热氧反应，对紫外线老化的研究相对较少，且大都是利用单一因素对沥青老化进行研究，对热氧-光耦合老化的研究较少。高温主要引起沥青中的芳香分等轻质油分蒸发和沥青加速劣化。紫外光老化对沥青的影响机理和影响程度与热老化不同，可能更严重。当沥青中的高能键所吸收的能量比相应的键解离能大时，高分子链会出现断裂，继而沥青结构与组分发生改变，宏观表现为路用性能变差。在一般情况下，引起沥青路面破坏的环境因素不是单一的，而是多种因素综合作用或频繁交替。该文使用沥青老化设备对SK70号沥青及中海油70号沥青进行不同时长的热氧-光耦合老化，测试老化前后的沥青性能指标，分析不同时长和不同紫外光照射强度对沥青性能的影响。

1 原材料

选用两种基质沥青，分别为SK70号沥青和中海油70号道路石油沥青，为表述简便，分别编号为SK和ZH。两种沥青的基本性质测试结果见表1，均满足《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

表1　SK沥青与ZH沥青的基本性质

2 热氧-光耦合老化试验方案

2.1试验参数的确定

（1）紫外光辐射强度。每个地区的紫外光辐射强度不同，如长江中下游一带及四川盆地的紫外光辐射较弱，青藏高原的辐射较强，需设置合理的紫外光辐射强度模拟沥青老化。通过参考以往文献资料，国内辐射较低的城市中重庆的辐射强度约为20 W/m2，辐射较强的城市中拉萨的辐射强度约为40 W/m2，故选择0、20、30、40 W/m24种辐射强度，其中选择辐射强度为零的目的是对沥青进行同步热氧老化（没有紫外光参与）。人工光源采用紫外光照射试验效果较好的高压汞灯。

（2）温度。温度会引起路面沥青老化。环境温度、湿度、太阳辐射、降雨等因素都会对路面温度场产生影响。沥青路面因颜色较深具有较强的吸热能力，夏季高温时路面温度为65～75℃，故确定试验温度为70℃。

2.2试验方案

使用热光水耦合老化试验箱对ZH和SK沥青进行热氧-光耦合老化，老化温度为70℃，紫外光辐射强度为0、20、30、40 W/m2，老化时间取5、10和15 d。试验共分4组（见表2）。

表2　热氧-光耦合老化试验方案

3 试验结果与分析

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对热氧-光耦合老化后的沥青残留物进行针入度、软化点和延度测试，结果见表3。

表3　热氧-光耦合老化后两种沥青三大指标的变化

3.1耦合老化对沥青针入度的影响

两种沥青分别在不同紫外光强度下热氧-光耦合老化后其针入度随老化时间的变化见图1。

从图1可看出：1）虽然老化时间有所不同，但针入度均随时间延长而降低；ZH和SK两种沥青的针入度都在老化15 d、辐射强度为40 W/m2时最小。2）在辐射强度为零（单独热老化）时，两种沥青的针入度都有较大幅度降低，说明温度为70℃时能使沥青性质产生明显变异；紫外光的加入使沥青发生了光热耦合老化，沥青针入度下降越发明显；在相同老化时间内，紫外光强度越高，针入度越低。3）ZH沥青的针入度降幅比SK沥青大，说明SK沥青的抗老化性能比ZH沥青好。

图1　两种沥青在耦合老化中针入度随辐射强度和老化时间的变化

3.2耦合老化对沥青延度的影响

两种沥青在不同紫外光强度下热氧-光耦合老化后其延度随老化时间的变化见图2。

图2　两种沥青在耦合老化中延度随辐射强度和老化时间的变化

从图2可以看出：1）不论是ZH沥青还是SK沥青，在4种紫外光辐射强度条件下老化后的延度都随时间增长明显降低。2）前5 d老化中延度随着紫外光强度的增加而显著降低，5～15 d降低速率逐步减缓。3）两种沥青的延度都在辐射强度为40 W/m2下老化15 d后降到最小。

3.3耦合老化对沥青软化点的影响

两种沥青在不同紫外光强度下热氧-光耦合老化后其软化点随老化时间的变化见图3。

从图3可以看出：1）当辐射强度为零时，两种沥青的软化点随时间延长而增加，表明70℃温度对沥青产生了较大的老化效果，此时发生的是热氧老化。2）相对于单独的热老化，有紫外光参与时，沥青的软化点明显提高，且辐射越强，软化点增加速率越大。3）从软化点增加幅度来看，SK沥青的抗老化性能比ZH沥青好。

图3　两种沥青在耦合老化中软化点随辐射强度和老化时间的变化

4 结论

（1）SK沥青和ZH沥青在4种不同辐射强度耦合老化过程中，针入度和延度随老化时间延长而降低，软化点随时间延长而增大；SK沥青的抗老化性能比ZH沥青更好，在路面温度较高和紫外光辐射较强的地区，适合采用SK沥青或其改性沥青。

（2）在没有紫外光参与的情形下，沥青的性能衰减虽没有光热耦合老化时明显，但也起了较大的老化效果；当紫外光强度增加时，沥青性能衰减随时间延长越发明显，说明光热耦合老化会使沥青性质产生很大的变异。

［1］ 张杰文.基于光热耦合老化条件下SBS改性沥青老化特性研究［D］.重庆：重庆交通大学，2014.

［2］ 康爱红，周鑫，吴美平，等.环境因素组合作用下TOR橡胶沥青老化试验研究［J］.南京理工大学学报，2012，36（4）.

［3］ 谭忆秋，王佳妮，冯中良，等.沥青结合料紫外老化机理［J］.中国公路学报，2008，21（1）.

［4］ 化工部合成材料研究院.聚合物防老化实用手册［M］.北京：化学工业出版社，1999.

［5］ JTG F40-200，公路沥青路面施工技术规范［S］.

［6］ 周允华.中国地区的太阳紫外辐射［J］.地理学报，1986，41（2）.

［7］ 陈嘉祺，罗苏平，李亮，等.沥青路面温度场分布规律与理论经验预估模型［J］.中南大学学报：自然科学版，2013，44（4）.

U416.217

A

1671-2668（2016）05-0071-02

2016-06-06