沥青结合料的老化是影响沥青路面使用寿命的重要因素, 但是目前关于道路沥青的老化研究主要集中在热老化方面 , 而对紫外线引起的光老化研究较少。中国青海、西藏、新疆等西北部地区海拔高、空气稀薄、紫外线辐射强烈; 同时这些地区地域辽阔、地质地貌复杂。这不仅使得公路建设呈现复杂化和多样化的特点 , 而且强烈的紫外线辐射容易造成沥青路面迅速老化; 再加上西部地区高寒、干旱、风沙、盐碱等自然环境的综合作用, 容易使路面产生裂缝、坑槽、剥落等病害, 严重影响了沥青路面的使用寿命。
笔者旨在通过试验研究, 选择一种比较合适的外掺剂来改善沥青的抗光老化性能, 从而提高沥青路面的使用寿命, 找出沥青紫外线光老化问题的防治方法。
一、抗紫外线光老化添加剂的选择
为了降低紫外线对沥青等聚合物高分子材料的老化作用, 可以加入光稳定剂。常用的光稳定剂有:光屏蔽剂、紫外线吸收剂和能量转移剂( 淬灭剂) 。
1、光屏蔽剂
高分子材料使用着色剂后, 其颜色可以反射紫外线, 使之不能进入材料内部, 有如一屏蔽层, 可避免光老化。炭黑、氧化锌、镉红、镉黄、酞白粉及有机颜料酞菁蓝、酞菁绿均有此作用 , 其中以炭黑的效果最好。橡胶中加入炭黑可起补强作用, 也可起抗老化作用, 因此不必另加抗老化的助剂, 塑料中加入炭黑也同样如此。早在1962年, 澳大利亚的A-ll iotti和Mart in的研究结果就证明, 在沥青中掺加10% ~ 15% 的炭黑, 可以显著改善沥青的抗磨耗性和温度敏感性。文献中认为沥青用炭黑微填料加劲后, 既有助于减轻低温开裂, 又有助于提高高温抗车辙的能力。
2、紫外线吸收剂
这类化学产品是目前主要的光稳定剂, 又可分为3 类: 一类是光稳定剂, 用于吸收照射的紫外线,并发出比它吸收的波长更长的次级辐射; 另一类是紫外线吸收剂, 其被激发成三线态, 后者可进行光重排反应, 或产生另一个对进一步光反应呈惰性的三线态; 还有一类是系统内转化, 使吸收的光能通过无自旋多重性变化的无辐射过程转化为振动能。试验中选用AW( 6-乙氧基-2, 24-三甲基-1, 2-二氢喹啉) 和BLE( 9, 9-二甲基吖啶) 作为防老化剂,这两种防老化剂是优良的橡胶防老化剂, 能够提高橡胶的抗热、抗氧、抗弯曲、抗龟裂性能; 然而沥青材料与橡胶材料有所不同, 因此必须在实验室内进行沥青相溶性和防老化剂掺量的试验。
3、丁苯橡胶
丁苯橡胶( SBR) 是丁二烯-苯乙烯的聚合物, 根据苯乙烯含量的多少, 又分为许多品种。通常采用苯乙烯质量分数为30%的SBR作为沥青改性剂。沥青掺加SBR后, 针入度减小, 软化点提高, 这种性质的变化随着SBR掺量的增加而增大。软化点的提高有助于改善沥青的高温稳定性; 针入度减小, 则使针入度指数增大, 沥青的温度敏感性降低, 低温性
能有明显的提高, 尤其是在低温下的延度提高得更为明显, 通常SBR 质量分数为2% ~ 4% 时, 5bC延度就超过100cm ; 同时沥青中加入SBR 会极大地提高沥青的抗老化能力, 为SBR有防止沥青老化的作用, 故SBR可称为沥青的防老化剂。
二、沥青强紫外线光老化试验
1、影响紫外线光老化速度的主要因素
影响光老化速度的主要因素有两个: ①辐射强度。辐射强度越强, 光老化速度越快。②温度。研究表明, 太阳辐射条件下, 黑体表面的温度一般不超过80 bC, 在20 bC~ 80 bC 温度范围内, 温度对沥青的光老化没有明显的影响, 这是因为在较低的温度下, 光量子的能量远比热能大得多。以上两个因素为沥青紫外线光老化与常规热老化试验基本条件的区别。
2、强紫外线光老化时间的确定
在自然条件下的沥青老化周期太长( 可能长达18~ 30个月) , 这对研究沥青材料在强紫外线下的老化规律是非常不利的。为了尽快得出结果, 需要加速老化, 这就必须使用人工强紫外线光源环境箱( Artificial Intensive Ult ravio let Radiat ion Env ironmentBo x, AIU REB) 进行试验。AIUREB 是指在人为制造的环境内模拟自然条件下的紫外线辐射及路面温度, 并使强紫外线的辐射强度达到室外条件的10 倍以上, 以期在较短的时间内获得试验结果。紫外线照射时间的长短直接影响到试验结果的准确性, 本试验中采用将室外紫外线辐射总有效时间转化成室内紫外线辐射总有效时间的换算方法。室外参考标准是取青海省果洛州大武镇的自然气候条件, 该地区海拔高度为3 730 m, 年日照时间为2 577. 9 h, 总太阳辐射量为700kJ# (cm2 # a)- 1 ,年平均气温为0.1bC。经过换算, 该地区总紫外线辐射量为35kJ# ( cm2 #a)- 1。由于一个紫外线灯的紫外线辐射绝对强度为3.00 W, 通过计算得出单位试件表面的紫外线辐射强度, 并由此将室外紫外线辐射总有效时间换算成室内紫外线辐射总有效时
3、强紫外线光老化试验步骤
强紫外线光老化试验的具体步骤为:
( 1) 试样首先经过薄膜烘箱老化( TFOT) 。
( 2) 将经过薄膜烘箱老化后的试样放置在AIUREB 内接受强紫外线辐射。
( 3) 控制AIUREB 内的温度, 冬季控制在20 bC以下, 夏季控制在40 bC 以下, 以避免沥青试样的热老化。
( 4) 控制AIU REB 内照射的时间, 每天照射16 h, 间隔8 h。
( 5) 分别将相当于室外紫外线辐射总有效时间3、6、9、12、15 个月的试件取出, 做测试分析。http://www.zhsysb.net
