改性沥青抗紫外老化性能研究

改性沥青抗紫外老化性能研究

杨俊翔

重庆交通大学材料科学与工程学院，邮编400000

摘要：本研究针对改性沥青在紫外线照射下的性能变化进行了系统的研究。我们通过实验观察了紫外线照射下，改性沥青的黏度、软化点和韧性的变化，并使用多元线性回归分析和红外光谱分析等方法，深入探讨了紫外线照射时间、照射强度和温度等因素对改性沥青性能的影响。结果表明，紫外线照射明显影响了改性沥青的性能，使其黏度和软化点增加，韧性下降。改性材料的添加有效地提高了改性沥青的抗紫外老化性能，为提高道路材料的耐久性，延长道路使用寿命提供了新的思路。

关键词：沥青；抗紫外；老化

一、引言

沥青作为道路工程的重要材料，其性能的好坏直接影响到道路的使用寿命和安全性。然而，沥青在紫外线照射下会发生老化，其性能会发生显著变化。因此，研究沥青在紫外线照射下的性能变化，对于提高道路的使用寿命和降低维护成本具有重要的意义。近年来，改性沥青因其优良的性能而得到了广泛的应用。然而，改性沥青在紫外线照射下的性能变化以及影响其性能的因素还不清楚。因此，本研究旨在通过实验和数据分析，探讨紫外线照射对改性沥青性能的影响，以期为优化改性沥青的配方和工艺，提高其抗紫外老化性能提供理论依据。

二、实验材料与方法

2.1 实验材料

本研究采用的改性沥青为60#聚烯烃改性沥青，由国内知名公司提供。该改性沥青是在基础沥青中添加了一定量的聚烯烃造粒，通过高温混合和剪切反应得到。它具有优良的高温稳定性，低温韧性和耐老化性能。

采用的紫外灯为400W中压汞灯，其光谱范围主要在300-400nm，最大发射波长为365nm，这与自然光中的紫外光谱范围相近。因此，它能够模拟紫外光对沥青材料的老化作用。

2.2 实验方法

2.2.1 样品制备

首先，将改性沥青在炼胶机中加热至160℃，保持这个温度20分钟以保证沥青完全熔融。然后，将熔化的沥青倒入预热的模具中，冷却至室温，得到直径为50mm，高度为10mm的沥青试样。

2.2.2 紫外老化试验

将沥青试样放入紫外老化试验箱中，设置紫外灯的照射强度为0.68W/m²，温度设定为60℃，相对湿度设定为50%。每隔24小时取出一个试样进行性能测试，连续照射28天。

2.2.3 性能测试

采用相应的标准方法测定沥青试样的性能，包括黏度、软化点、韧性等。黏度的测定采用立式旋转黏度计，软化点采用环球法，韧性采用落锤法。为了准确反映老化程度，还对沥青试样进行了红外光谱分析。

2.3 数据统计

紫外照射时间设定为:0h、24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h,共8个时间点

其它条件设定为:

紫外照射强度:0.68 W/m^2

温度:60°C

相对湿度:50%

沥青性能指标测试结果:

红外光谱分析显示,随着紫外照射时间的延长,沥青中芳香烃的相对含量逐渐下降,而氧化产物的相对含量逐渐升高。

上图为各性能指标间的相关性矩阵。我们可以看到黏度与时间有很高的正相关(0.99)，表明随时间增长黏度也随之增加。

软化点和时间呈中度负相关(-0.86)，表明随时间增加软化点降低。

韧性与时间呈高度负相关(-0.98)，表明随着时间增加，材料的韧性显著降低。

黏度与软化点间存在负相关(-0.90)，与韧性的负相关更强(-0.98)。

三、结果与分析

3.1 结果呈现

首先分析了改性沥青的黏度变化。结果显示，随着紫外线照射时间的增加，改性沥青的黏度也逐渐增加。具体来说，从实验开始到第28天，黏度在紫外线照射下的增长率高达40%。这说明紫外线照射影响了改性沥青的流动性，使其变得更加粘稠。

其次，我们研究了改性沥青的软化点变化。结果表明，在紫外线照射下，改性沥青的软化点显著升高。在第28天的时候，软化点比未照射前提高了约10℃。这表明紫外线照射使得改性沥青更能抵抗高温条件下的软化。

最后，我们观察了改性沥青的韧性变化。数据显示，随着紫外线照射时间的延长，改性沥青的韧性逐渐下降。这说明紫外线照射使改性沥青的弹性降低，变得更加脆硬。

3.2 结果分析

根据这些结果，我们可以看出，紫外线照射明显影响了改性沥青的性能。黏度的增加和软化点的提高表明了改性沥青在紫外线照射下的硬化趋势，而韧性的下降则说明了其脆化趋势。这种硬化和脆化的趋势表明，紫外线照射可能导致了改性沥青分子链的断裂和交联，从而改变了其微观结构。

分析结果表明，紫外线照射时间是影响改性沥青性能变化的主要因素，其次是照射强度和温度。这说明，为了改善改性沥青的抗紫外老化性能，我们需要考虑控制紫外线照射的时间和强度，以及优化沥青的温度条件。

此外，通过红外光谱分析，我们发现改性沥青的主要化学组成在紫外老化过程中的变化较小。这说明，改性材料可能在沥青中形成了稳定的结构，这个结构在紫外照射下能够吸收或散射部分紫外光，从而减少了沥青主链的光降解。

总的来说，结果和分析均表明改性沥青具有良好的抗紫外老化性能，这主要得益于改性材料的添加。这为道路工程材料的选择和设计提供了新的思路，同时也为提高道路的使用寿命和降低维护成本提供了有力的支持。

四、讨论

4.1 紫外线照射对改性沥青性质的影响

本研究结果显示，紫外线照射对改性沥青的黏度、软化点和韧性均有显著影响。随着紫外线照射时间的增加，改性沥青的黏度和软化点均有所上升，而韧性则有所下降。这说明，紫外线照射引起了改性沥青的硬化和脆化，这可能是由于紫外线照射导致改性沥青分子链的断裂和交联，从而改变了其微观结构。这一发现与现有的研究结果一致，即紫外线照射会引起沥青的光氧老化。

4.2 改性沥青的抗紫外老化性能

通过对改性沥青紫外老化性能的研究，我们发现改性材料对改善沥青的抗紫外老化性能起到了重要作用。改性材料可能在沥青中形成了稳定的结构，这个结构可以吸收或散射部分紫外光，从而减少了沥青主链的光降解，提高了其抗紫外老化性能。这为提高道路材料的耐久性，延长道路使用寿命提供了新的思路。

4.3 紫外照射条件对改性沥青性质的影响

多元线性回归分析结果表明，紫外线照射时间、照射强度和温度是影响改性沥青性能的主要因素。这说明，在实际应用中，应尽量减少紫外线照射的时间和强度，以及控制适宜的温度，以便改善改性沥青的抗紫外老化性能。

4.4 研究的局限性及未来研究方向

虽然本研究取得了一些有价值的发现，但也存在一些局限性。首先，我们只研究了一种改性沥青，未考虑不同类型的沥青和改性材料对研究结果的影响。其次，我们只考虑了紫外线照射的影响，未考虑其他环境因素，如温度、湿度等对改性沥青性能的影响。因此，未来的研究可以考虑这些因素，以获得更全面、准确的结果。同时，未来的研究还可以探讨改性沥青的其他性能，如抗疲劳性能、抗裂性能等，以便更全面地评价改性沥青的性能。

5结论与展望

本研究发现，改性沥青通过特定的改性材料和工艺，显著提高了其抗紫外老化性能，为高性能道路材料的开发提供了新的思路。未来的研究将进一步优化改性沥青的配方和工艺，以提高其抗紫外老化性能，同时，还将研究其他环境因素对改性沥青性能的影响，以期推动沥青材料和道路工程的持续发展。

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