紫外老化对沥青混合料高低温性能的影响

中咨公路养护检测技术有限公司 / 翟建旺 吕慧娟

新时期，我国高速公路长度不断增长，在现有高速公路体系中多数公路为沥青路面。沥青路面是以沥青混合料为主要施工原料的施工路面，沥青混合料性能不足，不仅会影响路用性能，而且会威胁车辆驾驶人员人身安全。而沥青混合料高低温性能是其性能的重要组成模块，其主要受矿料级配、紫外老化等因素影响。本文对紫外老化对沥青混合料的高温稳定性能和低温抗裂性能影响进行了简单的分析。

1.沥青混合料紫外老化试验准备

1.1 沥青混合料紫外老化试验用材料准备

本次试验所用沥青为某地石油沥青。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中关于石油沥青性能检测的标准，对该SBSI-C聚合物改性沥青性能进行了检测，得出各指标性能均与公路施工要求规范相符.

本次试验所用集料均取自某地公路料场优质石灰岩、碳酸钙粉末。结合《公路工程集料试验规程》关于粗集料、细集料及矿粉的检测规定，对其性能指标进行了检测，得出各指标性能均与公路施工要求规范相符。

1.2 沥青混合料紫外老化试验件级配标准

本次级配标准主要为AC-13，即连续级配中沥青混合料公称最大粒径为13.0mm。最佳油石比为4.7。

2.沥青混合料紫外老化试验过程

本次沥青混合料紫外老化试验主要采用室内紫外老化环境箱。首先，在室内、外紫外光辐射总量相等的原则，选择1500.0W高压汞灯，沥青混合料试验件所受敷设强度为260W/m2，老化时长根据当地自然老化情况，合理调整。同时在老化箱前后进行两个鼓风机的装设，以便保证紫外老化箱内部空气自然流动，并达到一定的温度控制效果。

其次，将事先准备的沥青混合料，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）相关内容，分别制备成车辙板试验件、马歇尔试验件。在试验件制作完毕之后，将其划分为对照组、试验组，其中对照组不进行紫外老化试验，而试验组需要根据前期设定试验参数开展紫外老化试验。

最后，紫外老化试验结束之后，选择紫外老化后0个月、2个月、6个月、8个月试验件，进行弯曲梁流变检测、车辙试验、低温劈裂试验，以确定紫外老化后沥青混合料低温完全蠕动劲度、动态稳定性、低温劈裂强度变化。

3.沥青混合料紫外老化试验结果分析

将紫外光老化前（对照组）、老化后（试验组）沥青混合料试验件在车辙试验中表现出的动态稳定性、低温完全蠕动劲度及低温劈裂试验中表现出的低温劈裂强度结果汇总如下：

3.1 紫外线作用对沥青混合料低温蠕动劲度影响

依据美国公路战略研究计划对沥青混合料的要求，紫外线作用下沥青混合料蠕变劲度应在300.0MPa以下，蠕变速率应在0.30以上。即在其他条件一定的情况下，沥青混合料蠕变劲度应尽量小，而蠕变速率应尽量大，此时其会具有较好的高低温性能。在上述实验开展的基础上，本文采用弯曲梁流变仪TE-BBR对沥青混合料低温完全蠕动劲度进行测试，得出 SBSI-C改性道路石油沥青老化后0个月、2个月、6个月、8个月劲度分别为115.0MPa、125.0MPa、126.0MPa、131.0MPa；老化后蠕变速率分别为0.369、0.360、0.358、0.355。由此可初步得出紫外光老化后该型号沥青混合料后劲度持续增加，蠕变速率不断下降，且在两个月之后趋于稳定。这主要是由于沥青混合料紫外老化初期内部不饱和键数量一定，促使其在与紫外光反应过程中整体蠕变速率变化不大。而在沥青路面长时间运行过程中，由于沥青混合料存在一定空气，紫外线会长时间作用于沥青膜。导致表层沥青老化程度较大。再加上光—氧—热联合作用，会加速沥青混合料老化，蠕变速率快速下降，导致沥青混合料轻质成分转化为胶体质地。随后由胶体质地转化为沥青质。沥青质的形成，会促使沥青混合料变硬、变脆，进而促使路面龟裂。在全部形成沥青质之后，沥青混合料低温蠕动劲度也趋于稳定状态。

3.2 紫外老化对沥青混合料高温稳定性影响

本次试验主要采用沥青混合料车辙试验方法，根据沥青混合料在车辙试验中表现出的强度变化，对沥青混合料高温性能进行适当评价。本次试验温度为65.0℃，紫外光老化时间为分别为0个月、2个月、4个月、8个月、12个月。最终得出AC-13级配沥青混合料在紫外老化后0个月、2个月、6个月、8个月、12个月，车辙试验结果分别为1873.75次/min、2100.32次/min、2120.23次/min、2156.41次/min、2200.35次/min。

通过对上述数据进行分析可得出，随着紫外老化时间的延长，沥青混凝土动稳定度逐步增加。其在0～2个月之间增加速度较快，随后增加速度逐步放缓。而随着其动稳定性的情况，其车辙深度也呈现了逐步下降的趋势。这主要是由于在紫外光老化过程中，沥青混合料中芳香分、饱和分向沥青质转化速度较快，而沥青质的存在会增强沥青高温性能；在短时间内沥青质变化速度较快，随着时间延长，沥青质趋于稳定，沥青混合料高温性能也趋于稳定，因此，对于要求沥青混合料动稳定性较高的区域，可以选择沥青混合料芳香分、饱和分向沥青质转化速度较快的沥青类型，如低标号AH70#AC-13N1沥青料等。同时为了增强紫外老化过程中沥青混合料高温性能，可以向沥青混合料中添加适当比例的PPA（活性高锰酸钾球）、SBS（苯乙烯系嵌段共聚物）或者EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）。

3.3 紫外老化对沥青混合料低温劈裂强度及弯曲性能影响

通过上述操作得出，最终实验结束后紫外老化0个月、2个月、6个月、8个月、12个月沥青混合料低温劈裂试验结果分别为4.2562MPa、3.8565MPa、3.2440MPa、2.8455MPa、2.6585MPa；而低温弯曲实验结果分别为5.10MPa、4.19MPa、3.71MPa、3.10MPa、3.10MPa。

如上述数据可知，在沥青混合料经紫外光老化之后，其低温劈裂试验强度呈现了显著的下降趋势。这主要是由于紫外光老化过程中，沥青饱和分、芳香分等组分含量变化较大，而在芳香分向饱和分加速转化过程中，沥青低温性能也逐步下降，导致沥青混合料低温劈裂强度下降。因此，为了降低紫外老化对沥青混合料低温劈裂强度的影响，可以从抑制沥青混合料芳香分向饱和分转化过程入手，选择高标号沥青混合料。或者向沥青混合料中添加一定比例的SBR（丁苯橡胶）；而通过对沥青混合料低温弯曲实验结果进行分析，可得出其实验数据随着紫外老化时间延长而不断降低，最终趋于稳定。表明紫外老化对沥青混合料部分构件低温弯曲强度具有一定影响。

4.结束语

综上所述，沥青混合料高低温性能不足，不仅会增加沥青路面高温车辙发生概率，而且会产生大量的温度收缩裂缝。因此，相关研究人员应加强对紫外老化后沥青混合料高低温性能的重视。结合区域自然气候及地质条件，选择恰当的沥青混合料。合理添加PPA、SBS、SBR、EVA等其他可以溶于三氯乙烯的材料，以便最大限度控制紫外老化对沥青混合料高低温性能的影响。