摘  要：利用自制的人工强紫外线光源环境箱对各种沥青进行了强紫外线光老化试验，研究了强紫外线辐射对沥青性能的影响，发现强紫外线光可以造成沥青非常严重的老化。根据光老化前后沥青 性能的测试结果，对比分析了炭黑、丁苯橡胶、防老化剂Aw和BLE等不同添加剂及其不同掺量对提高沥青抗紫外线光老化性能的作用。试验结果表明，丁苯橡胶能够非常有效地增强沥青抗强 紫外线光老化的能力，为中国西北部强紫外线地区有效防治沥青路面光老化提供了参考依据。

0 引 言
    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。

1 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)。
1．1 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Al—liotti和Martin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[8]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。
1．2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(6一乙氧基一2，24一三甲基一1，2一二氢喹啉)和BLE(9，9一二甲基吖啶)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。
1．3 丁苯橡胶
    丁苯橡胶(SBR)是丁二烯一苯乙烯的聚合物，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；针人度减小，则使针人度指数增大，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，5。C延度就超过100 cm[9]；同时沥青中加入SBR会极大地提高沥青的抗老化能力，因为SBR有防止沥青老化的作用，故SBR可称为沥青的防老化剂。

2沥青强紫外线光老化试验
2．1 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。C，在20。C～80。C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。
2．2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 Ultraviolet Radiation Environ～ment Box，AIUREB)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700 kJ·(cm2·a) ，年平均气温为0．1。C。经过换算，该地区总紫外线辐射量为35 kJ·(cm。·a)…^-2。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间，换算结果见表1。

2．3 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℃以下，夏季控制在40℃以下，以避免沥青试样的热老化。
(4)控制AIUREB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。

3试验结果分析
    本文中选择两种典型的防老化剂(抗氧化剂)AW、BLK，紫外线屏蔽剂H110炭黑(后文简称H110)以及改性材料SBR，分别进行光老化试验。
    试验中采用的是克拉玛依AH—llO#重交通沥青。
3．1 评价指标
    中国重交通沥青采用针人度分级，因此测试沥青紫外线光老化前后的三大指标必不可少。沥青的软化点和延度，尤其是沥青老化后的软化点和延度与沥青路面的抗裂性能有非常密切的关系。
3．2紫外线光老化前性能指标
    紫外线光老化前对各种沥青试样性能指标的测试主要目的是确定各种抗老化剂的最佳掺量，确保抗老化剂添加之后沥青性能变化较小，而沥青的抗老化性能却有明显提高。测试结果见表2(表2中数值均为平均值，后文的图、表同)。
 

    从表2中可以看出，添加AW和BLE后沥青的针人度上升，软化点下降；相反，添加SBR后沥青的针人度下降，软化点上升。添加Hll0后沥青针入度和软化点都是先下降后上升。AW、BLE、SBR与沥青之间的相溶性都非常好，尤其是AW、BLE可以直接加入沥青之中，只需稍微搅拌即可迅速在沥青中分散，所以添加它们之后对沥青的延度没有很大的影响。由于H110与沥青的直接相溶性较差，因此，随着H110掺量的增加，沥青的延度下降很快。另外，AW、BLE在质量分数为o．8％左右时，对沥青的性能影响较小，而H110掺量是越少越好。
3．3紫外线光老化后性能指标
    通过对原样沥青不同时间光老化的物理分析和表面观察发现：室内强紫外线照射39 d后，沥青试样表面已完全炭化，炭化深度较大(约O．5 mm)，而且表面有多条裂纹。由于紫外线在沥青中的入射深度受到表面炭化物质的影响，在39 d以后的强紫外线照射对沥青性能影响较小，因此，本文中针对添加
4种抗老化剂的样品只进行39 d的光老化试验。试验结果见表3及图1。

    从表3中可以看到，随着强紫外线照射时间的增加，原样沥青的针入度和延度降低，软化点上升，这与常规热老化的规律一致，但是针入度和软化点相对热老化的变化较轻微，延度下降则非常快。延度指标的高低对于防止沥青路面低温开裂具有重要影响，所以本文中将各种沥青试样紫外线老化后的延度加以比较。从图1可知：①AW、BLE和SBR对于提高沥青抗紫外线光老化的延度性能效果非常明显，分别比原样提高24．6％、30．8％和198．4％；②H110由丁自身与沥青不能直接相溶，因而延度的指标都非常低，甚至比不添加任何防光老化剂的原样沥青还低；③AW、BLE对于提高沥青性能的效果远远不如SBR。这是因为SBR在生产时添加了抗光老化剂，由于SBR通过高速剪切机能 够非常均匀地分散在沥青之中，受到沥青的光屏蔽作用，常温条件下表面1 mm以下静止不扩散的沥青很难被光老化，因此SBR对于提高沥青低温延度的作用没有被弱化。
    另外，软化点反映的是沥青的条件粘度，因此可以用沥青紫外线光老化前后软化点变化的比值A来评价沥青抗紫外线光老化的性能

式中：Tq、，Th分别为紫外线老化前后的软化点。
    将原样沥青、AW(O．8％)、BLE(0．8％)、SBR(4％)、H110(1％)紫外线光老化39 d前后软化点变化的比值A进行比较，见图2。

    从图2可知：①SBR(4％)紫外线光老化前后软化点变化的比值A最小(7．8％)，说明SBR抗紫外线光老化效果最好；②虽然H110(1％)老化后的延度最小，但是它的A值为9．3％，仅略大于BLE(o．8％)的A值(9．2％)，而远小于原样沥青的A值(12．8％)，这说明H1lO(1％)也有一定的抗紫外线光老化的能力。
    从上述对各种添加抗光老化剂的沥青试样在紫外线光老化前后延度和软化点的性能对比中得出，从防止沥青低温开裂的角度考虑，添加SBR能非常有效地增强沥青抗紫外线光老化的能力。

4 结语
(1)室内强紫外线照射39 d后沥青试样表面已完全炭化，这表明强紫外线对沥青光老化的影响非常大。
(2)紫外线光老化作用后的延度和软化点变化率可以用来评价沥青的抗光老化性能。
(3)通过室内对各种添加抗光老化剂的沥青试样在紫外线光老化前后的性能对比得出，添加SBR后沥青延度是原样沥青的3倍左右，且软化点变化率最小，表明SBR对于沥青抵抗强紫外线光老化的能力较强，因此在沥青中添加SBR对于在中国西北部地区，改善沥青路面抗强紫外线光老化的性能具有可行性。