广东工业大学 土木与交通工程学院 广东省广州市 510000
摘要：我国的南北纬度较宽，由于西部高原地区和东部平原地区的海拔和大气成分的不同导致了紫外线辐射也有很大差异。强紫外线会引起聚合物材料的老化。因此，为了更好地展开紫外老化对沥青路面性能影响的研究，本文介绍了沥青老化机理，并梳理了老化对沥青性能的影响，最后对抗紫外老化措施进行了归纳，综述了现阶段的研究进展。
0 引言
中国气象科学院指出西部地区的太阳辐射总量是内部地区的4~5倍，太阳光谱中的紫外线占比高，并且在全球环境问题影响下，地球表面紫外线强度不断增加。研究人员通过大量的数据统计发现，强紫外线地区的路面寿命远低于平原地区，这是因为紫外老化会破坏沥青中的平衡系统和降低沥青的性能，沥青老化后变得更硬更脆，其性能会受到非常大的影响；随着老化程度加剧，会引起温缩裂缝的产生，然后在水的影响下继续产生坑槽、松散、表面脱落等破坏。因此，为了更好地展开紫外老化对沥青路面性能影响的研究，本文对目前沥青紫外老化研究进行阐述和分析。
1 沥青紫外老化机理
研究人员通过流变实验分析四种流变学指标发现，相同的沥青对热老化和紫外线老化的敏感性不同，并且在耐热老化能力和抗紫外线老化能力之间存在很大差异。沥青发生热老化时，沥青分子内化学键断裂，导致沥青性质和成分发生变化。马莉骍通过傅立叶变换红外光谱仪对沥青的化学结构分析表明，沥青与紫外线发生反应时，沥青分子内所含的各种生色基团吸收了光能量后，由基态进入到激发态导致化学键发生断裂并进行重组，芳香分向胶质转化，胶质转化为沥青质。芳香分及胶质作为反应物质, 互相联系互相影响；而沥青质作为反应生成物，在老化过程中含量逐渐增加并且变化趋势稳定，沥青从溶胶型转变为凝胶型结构。因此，沥青质含量的变化可以很好地反映老化程度。
2 老化对沥青性能的影响
沥青的组成、结构、性能在紫外线的辐射下会明显受到影响。紫外老化后，沥青的胶质和沥青质含量比例的增加并且大分子增多，沥青的硬度变大、延度减小、脆点减小、针入度下降、软化点和黏度增大、低温抗裂性下降，并对温度的敏感性随着老化的加深而减弱。紫外辐射量越大，沥青老化越快，沥青薄膜越薄，紫外老化越严重。
3 沥青抗紫外老化方法
为了提高沥青的抗紫外老化性能，目前较为通用的方法是通过向沥青内添加抗紫外老化的改性剂来改善其抗老化性能。根据抗紫外光老化的作用机理不同，添加剂主要包括紫外线吸收剂，抗氧化剂等。
3.1 紫外线吸收剂
紫外线吸收剂是一种光稳定剂，能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，并将其转换为热能发散出去，减少最终达到沥青表面的紫外线从而保护沥青的结构。不同紫外光吸收剂可以在不同的最佳掺量下减少沥青的催化程度，并能有效改善沥青抗紫外光老化性能。按其结构可分为三嗪类、取代丙烯腈类、苯并三唑类、二苯甲酮类、水杨酸酯类等。冯振刚的研究表明紫外光吸收剂对沥青的性能具有较为明显的影响。紫外光吸收剂会略微增大沥青的针入度，减小沥青的软化点和粘度并提高沥青的延度，降低沥青的复数剪切模量，增大沥青的相位角从而改善沥青的低温抗裂性能[4]。
3.2 抗氧化剂
抗氧化剂的主要作用是阻断和延缓沥青的氧化过程，避免沥青在热、光、氧等条件下发生氧化反应。氧化反应会引起沥青结构和性能发生改变。在沥青材料中添加适量的抗老化剂可以消除老化反应过程中生成的过氧化自由基，并且还原烷氧基或羟基自由基等，进而停止氧化反应，保护沥青。常见抗氧化剂主要有含活性氢的芳胺衍生物和受阻酚衍生物、分子中带硫醚基团的脂类化合物和亚磷酸脂类等化合物。
Peiliang Cong采用了两种抗氧化剂和两种紫外吸收剂分别加入沥青中并进行研究，结果表明，两种抗氧化剂可以提高SBS改性沥青的抗热氧老化能力，两种紫外吸收剂可以改善沥青的光稳定性。
3.3 光屏蔽剂
光屏蔽剂是一种具有较好的分散性和遮盖性的光稳定剂。光屏蔽剂的主要作用是将吸收的光能转化成热能发散出去，或者反射有害的光波，从而改善沥青抗紫外光老化性能达到对沥青保护的效果。光屏蔽剂主要包括炭黑、二氧化钛、氧化锌等。炭黑可以阻止紫外光老化过程中沥青饱和分的转换，抑制羰基官能团等含氧官能团的产生。并且，炭黑可以抑制沥青光老化后的化学结构破坏。Yamaguchi等人对添加炭黑的沥青进行了抗老化性能研究，发现炭黑可以抑制紫外光下的沥青化学结构破坏，减少300~400nm波长的光线渗入沥青表面，提高沥青的抗老化性能。Liao Gongyun等人对添加炭黑的沥青进行了抗老化性能研究，认为炭黑的最佳含量为沥青重量的0.8%。
3.4 其他抗紫外老化
随着纳米技术的发展，研究发现，纳米具有高活性，尺寸小，结构稳定等特点，纳米的粒径比紫外线绝大部分波长小，添加剂为纳米材料的沥青具有较强的紫外线吸收和散射功能，可以屏蔽99.9%的200nm以上的紫外线。因此，将纳米氧化物作为沥青改性剂可以有效提高沥青的抗紫外老化性能和高温性能。目前通用的纳米氧化物主要有纳米SiO2、纳米Ti02、纳米Ce02等。
但是，目前现有的添加剂与沥青的兼容性较差。抗紫外老化剂对提高沥青混合料的抗热老化性能有限，并且，不同的抗紫外老化剂与不同产地的沥青之间存在着特定选择性；抗氧化剂与沥青的相容性较差导致沥青的储藏稳定性能变差，使沥青对紫线吸收能力较差，并且抗氧化剂自身寿命较短；炭黑掺量的增加会使老化后的沥青残留延度降低进而使低温性能降低；而纳米材料与沥青的相容性较差，易在沥青中发生团聚现象，导致离析分层现象，影响其抗紫外性能的发挥，所以纳米材料提高沥青混合料的抗紫外老化性能也较为有限。因此，在改性的同时需要对改性材料做进一步研究，研发新的更优质的改性剂提高沥青的抗老化性能。
结语
受环境的多种因素影响，沥青的老化行为是非常复杂的。在研究老化的过程中，研究人员使用了不同的评价方法和不同的评价指标，没有形成统一的和评价体系评价标准。因此，在未来的研究中，需要对沥青的紫外老化机理进行更深入的研究，建立一套标准的试验、评价体系，并在此基础上对沥青抗紫外老化材料做进一步研究。并且，随着计算机技术的发展，可以从分子模拟的角度来进一步解释沥青紫外老化机理，推动沥青的抗紫外老化研究[5-6]。
参考文献
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