摘 要

我国是一个幅员辽阔的国家，领土中许多部分是高原。目前我国的高速公路里程已达12万公里，在实际工程中由于紫外老化导致的沥青路面开裂情况问题日益明显。根据研究我们可以得知，由于紫外线的老化作用，沥青路面的延度以及针入度下降，软化点升高，这些会导致沥青的快速老化，从而导致沥青路面大面积的损坏。本文将会探究沥青混凝土抗紫外老化性能及其机理研究。

在实验中，分别选取AC-13、OGFC-13两种沥青混合料进行短期老化、长期老化和光老化，对它们进行劈裂强度的测试。同时，我们还对对在不同SBS改性沥青用量下制备的AC-13沥青混合料进行弯曲应变测试。然后，是对相同级配不同种类的沥青进行混合料的劈裂实验。我们做这些实验来探究沥青混合料性能随各种老化时间延长的变化趋势。最后，是对70号和90号沥青在30℃、50℃、70℃不同温度下沥青进行红外光谱测试。通过本实验，我们将探究沥青混合料紫外老化性能变化及其紫外老化机理，为沥青混合料的室外紫外老化提供一定的基础研究。

实验结果显示，紫外线对沥青混合料具有老化作用，并且对不同级配的沥青混合料老化程度不一样，这种老化作用会让沥青变硬。在沥青老化过程的研究中发现，当路面温度到达50度时，沥青的老化速度会加快。沥青会快速老化变硬变脆，由此容易导致沥青路面的开裂、剥落等病害。

关键词：沥青路面；沥青混合料；紫外老化

Abstract

Our country China is a vast country and many parts of our land are plateau.At present, Chinese highway mileage reached 120000 kilometers.Due to the ultraviolet problem,the Asphalt pavement cracking problems are becoming more and more apparent.According to the research,because of the ultraviolet problem,the Asphalt pavement’s softening point will be risen.meanwhile,its ductility and penetration will be fell.All of these will result in Asphalt rapid aging of asphalt material,which means Asphalt pavement will be devastated in large areas.This article will explore the ultraviolet aging resistance of asphalt concrete and mechanism research.

In the experiment,we do four kinds of aging gradient processes on two kinds of asphalt concrete namely AC-13 and OGFC-13.And then,splitting strength will be tested on them.Meanwhile,do a test of bending deformation on AC-13 asphalt mixtures prepared by different SBS modified asphalt content.After that,splitting experiments will be done on asphalt mixtures with the same gradation and different types.The purpose of it is to to explore the performance of asphalt mixture with the extension of ultraviolet aging time.At last,infrared spectrum tests wil be done on 70^# asphalt and 90# asphalt under three different temperatures:30℃,50℃and 70℃.Through this experiment,we will explore the changes of the ultraviolet aging asphalt mixtures and the mechanism of ultraviolet aging procedure.,which will serve a fundamental research for the Outdoor ultraviolet aging of asphalt mixture.

The results of the experiment show that the ultraviolet ray has an aging effect on asphalt mixture.Meanwhile, this bad effect is not equal on each kind of asphalt mixture and it can make the asphalt mixture harder and harder.In the period of researching the aging procedure of the asphalt mixture,we find that once the asphalt mixture’s temperature is up fifty centigrade, the aging procedure on asphalt mixture will be faster.Asphalt will become hard and brittle at a high speed, which can easily lead to the crack and the spalling of the asphalt pavement.

Key words：asphalt pavement；asphalt mixture；ultraviolet aging.

目 录

第一章 绪论 1

1.1 问题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 研究的主要内容 4

1.4 研究步骤 5

第二章 实验 6

2.1 实验原材料 6

2.1.1 沥青 6

2.1.2 集料、矿粉 7

2.2 沥青混合料的级配设计 9

2.2.1 级配设计类型 9

2.2.2 级配设计理论 10

2.2.3 沥青混合料的级配设计 11

2.2.4 沥青混合料的最佳油石比设计 11

2.3 紫外老化实验设计 11

2.3.1 室内模拟紫外光老化试验方案 11

2.3.2 实际紫外线分布规律 12

2.4 红外光谱实验测试方法 12

2.5 紫外老化的实验室室内模拟方法 13

2.5.1 光源的选择 13

2.5.2 箱体的选择 13

2.5.3 温控与通风 13

2.6 矿料配合比 14

2.7配比确定 18

第三章 实验和实验结果分析 26

3.1 老化前后不同级配下劈裂强度 26

3.2 老化对不同沥青含量/空隙率沥青混合料性能的影响 27

3.3 老化对不同种类沥青的沥青混合料性能的影响 29

第四章 沥青路面表层沥青老化机理 30

4.1 傅里叶红外光谱测试原理 30

4.2红外光谱测试结果 31

4.3 质量称重分析原理 33

4.4 质量称重分析结果 33

第五章 结论 36

5.1主要结论 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 绪论

1.1 问题研究的背景及意义

截至2016年，沥青路面在全球都有广泛的应用，几乎所有的国家的高等级公路上，铺设的都是沥青路面。沥青路面作为一种新型的路面，具有平整性好，行车平稳舒适，噪音低、沥青半刚性基层具有强度大，稳定性好及刚度大等特点。水泥路是属于刚性地面,必须要有接缝，施工难度比较大，热胀冷缩也容易产生裂块，而用沥青施工快,维护也方便，因此应用十分广泛，自从上个世纪五十年代以来在全世界各地获得了极其广泛的应用。我国是世界第二高速公路里程国家，总里程突破12万公里，是世界第一。^[1]然而，在不同环境下沥青路面会存在不同程度的损坏。沥青路面目前在我国已经广泛地应用，然而，由于公路设计，级配混乱，施工有问题等原因，也使得沥青路面存在一定的损坏。沥青路面的使用寿命的取决因素主要是如下两个因素:良好的级配和科学的设计。同时，由于沥青材料本身的温敏性质，因为沥青材料长期暴露于空气之中，在高温时，会有车辙变形，在温度较低的时候会开裂，在长期被紫外线照射之后会产生紫外老化。但是，沥青材料相对于水泥混凝土材料也有着很多的优势，有着许多显著的优点，例如路面非常平整，行驶很舒适，与此同时产生较少的噪音，而且施工工期不长，因此已成为我国高速公路主要的路面形式。然而，我国拥有960万平方公里的面积，从而地区之间的地理条件的区别非常明显。在我国的新疆、西藏、青海等地，它的自然条件的特点是光照十分强烈，早晚温差大，同时光照时间很长，因此，太阳辐射总能量相当大，当老化到达一定的程度之后，路面的荷载将不具有承载车辆的能力，其老化速度较之其他地区会加快。

紫外光之所以会对路面产生老化作用，是由于紫外光会加速沥青的氧化。在沥青路面材料中，沥青是集料的粘结剂，因此沥青混合料中沥青对于路面材料的性质起着决定性的作用。沥青本身的化学元素是碳氢氧等元素，元素之间的键能是固定的，紫外线是能量较强的射线，在紫外线的作用下，元素之间的键会轻易发生断裂，发生断裂之后，生成的小分子就很容易和氧气反应，从而发生氧化反应，加剧氧化程度。老化后的沥青混合料各方面的性能较之原来的会有很大程度地出现下降，在低温抗裂性上下降的是最大的。低温抗裂最初是表现为微观裂纹。微观裂纹之后一步又一步地不断扩张，整个路面就会逐渐损毁。因此，由于紫外老化的存在，沥青路面的设计就显得十分有必要。我们在实验室里模拟实际环境的紫外老化实验，为实际的路面设计提供理论依据，同时揭示其紫外老化机理。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

沥青路面的耐久性一直是全世界各国共同面对的问题，这关系到行车安全及养护所需要花费的财力。研究表明沥青老化的主要原因是热老化，其中沥青混合料铺筑拌和过程最易发生热老化。同时，由于用沥青混合料铺路的时候有太阳光照射，会发生紫外线老化，使沥青发生一系列变化，路用性能降低，继而影响沥青的路用性能，尤其会在温度变化较大的地区产生裂缝。