紫外线对橡胶沥青性能的影响研究

　　摘要：文章为研究橡胶沥青在广西高温多雨地区紫外老化后的性能变化，采用室内紫外照射模拟当地实际光照强度，对老化后的橡胶沥青进行常规指标试验、动态剪切流变试验及低温弯曲流变试验。研究结果表明：随着紫外光照时间的增加，橡胶沥青的针入度和延度指标下降，软化点上升，沥青发生老化;橡胶沥青在紫外照射后车辙因子升高，相位角下降;紫外作用使得橡胶沥青蠕变劲度S增大，蠕变速率m减小;与基质沥青相比，橡胶改性沥青拥有更好的紫外老化能力。

　　关键词：橡胶改性沥青;紫外老化;常规指标;流变性能

　　0 引言

　　随着我国公路建设里程不断增加，交通运输网逐渐完善，道路方面的工作重心开始从建设向养护方面转变。道路从业人员加大对沥青路面病害的防治工作，研究沥青路面病害产生的原因及损坏机理并结合“低碳环保”等理念提出相关防治措施。其中太阳紫外线辐射是引起沥青路面老化，导致路面使用性能劣化、耐久性能降低的主要原因，为此不少学者对此展开研究。

　　对于紫外线老化的研究。高明[1-2]等通过对沥青紫外线老化前后组分的变化和性能的变化研究，从沥青组分的变化过程中解释了沥青在老化后软化点增大，针入度减小，延度减小，粘附性减小的原因。同济大学叶奋分析研究了青藏高原日光的辐射强度和波段，利用同济大学自主研制的紫外老化模拟箱，进行室内室外紫外模拟对比试验，建立了沥青紫外线老化仿真系统，并通过试验证明，取样进行TFOT试验后再进行室内紫外线老化试验来模拟沥青实际的紫外老化行为的实验方法是可行的[3]。通过沥青化学组分试验发现，沥青四组分经过紫外光氧老化后饱和分和芳香分含量减少，沥青质和胶质含量增多。同时通过红外光谱分析发现PAV热老化速率是紫外光老化氧化速率的0.34～0.68 倍[4]。吴成彬通过对青藏地区沥青路面裂缝的实地调研发现，高原地区强烈的太阳辐射和紫外线导致沥青路面老化进而使得沥青层低温性能发生损害，这直接导致了路面的低温开裂现象[5]。栗培龙通过紫光老化模拟实验发现，沥青的延度随着紫外光照射时间增长下降得较为明显，而黏度指标却相差不明显，沥青紫外老化对沥青路用性能影响最大的是低温性能[6]。

　　在“低碳环保”防治措施方面，废旧橡胶轮胎因大量随意堆弃，占用土地资源，污染环境，被称为“黑色污染”。为此，道路从业人员展开相关研究，其中湿法工艺生产的橡胶沥青使路面具有更好的抗车辙性能，降低了疲劳和反射开裂，且由于沥青粘结膜较厚，其耐蚀性与抗老化性能较好[7-10]。在反应机理方面，Amir[11]、张向东[12]、Gawel[13]、Feipeng Xiao[14]等认为胶粉与沥青之间主要进行的是物理溶胀反应，胶粉的溶胀反应使得橡胶沥青的黏度得到显著增长，并最终使得橡胶沥青的各项性能发生改变。且橡胶沥青制备工艺参数和原材料特性，如剪切速率、剪切温度、物料投放顺序、发育时间等都对沥青性能产生一定的影响[15]。Zhang等[16]通过形貌观测结果发现在橡胶沥青中掺加SBS可显著改善橡胶沥青的高低温性能。

　　综上所述，对于橡胶沥青的制备，因制备工艺参数及原材料的不同，导致其性能存在一定的差异。为此，本文根据相关的橡胶沥青制备工艺以及广西当地的实际情况提出一套橡胶沥青制备工艺，研究其在当地太阳紫外辐射情况下的性能变化，以期为类似广西高温多雨环境地区的橡胶沥青路面建设提供借鉴。

　　1 原材料与试验方法

　　1.1 原材料

　　本文选用70#A级基质沥青，40目橡胶粉进行橡胶沥青制备，改性剂选用中国石化产YH-791H线型热塑性丁苯橡胶(SBS)，并选用广西交科集团有限公司提供的白色促进剂T1与黑色稳定剂T2作为稳定剂。依据王笑风[17-18]等人对于橡胶沥青制备工艺的研究，确定橡胶沥青制备中胶粉、SBS、白色促进剂、黑色稳定剂、基质沥青等材料的比例分别为20%、0.5%、2%、0.3%、100%。

　　1.2 试验方法

　　由中国气象局官方公布资料可知，广西的年平均太阳光照强度为1 200 kwh/m2左右，年平均太阳光照时间为1 200 h左右[20]。各地年日照时数为1 169～2 219 h，夏季各地日照时数为355～698 h，年平均日照时长约为5 h，最高气温为33.7 ℃～42.5 ℃，并检测路面温度达到60 ℃。此外据相关研究可知，在自然环境中透过大气层到达地面的紫外线光谱波长范围是280～400 nm。按照波长对其划分，UVB波长为280～320 nm，UVA波长为320～360 nm和360～400 nm，其到达地面的太阳辐射光谱能量分布[19]见表1。

　　根据室内外紫外线总辐射量相等的原则，以及实验所用紫外灯辐射强度，对室内外紫外线光照时间进行折算。试验采用固化UV紫外灯，波长为395 nm，功率为85 W，其中试样和紫外灯辐照强度间距关系如图1所示。紫外灯折算时间采用式(1)[19]。换算结果见表2。

　　综上，沥青试件按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[20](JTG E20-2011)要求，采用4个直径为140 mm的盛样皿制备。同时参照该规范JTG E20-2011中的方法准备沥青试样，分别注入已称质量的盛样皿中，质量控制在50 g±0.5 g，沥青薄膜厚度为3.2 mm，放入干燥器中冷却至室温，将盛样皿放入烘箱中准备紫外老化试验。试验用紫外灯放置在试件上方15 cm左右的位置。其试验设备如图2所示，试验方案如表3所示。

　　2 試验结果及分析

　　2.1 常规试验结果与分析

　　按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 604-2011、T 606-2011、T 605-2011的要求，测试紫外老化后橡胶改性沥青试样的针入度、延度、软化点三大指标。试验结果如图3所示。

　　由图3可知，在同一温度条件下，随着光照时间的延长，橡胶沥青针入度和延度总体上呈下降趋势，软化点呈上升趋势。这主要是由于沥青在紫外线作用下内部不饱和的C=C双键遭到破坏，同时沥青中饱和分、芳香分等组分的官能团被破坏，沥青吸收紫外光线而发生吸氧老化反应[21]，沥青变硬。同时由于波长在100～400 nm之间的紫外线光量子能级较高，而橡胶沥青中化学键的键能较小，橡胶在紫外老化过程中发生了降解，交联密度下降，轻质组分减少，重质组分增加。

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文章名称： 紫外线对橡胶沥青性能的影响研究

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