紫外光照作用下沥青路面结构表层材料性能衰变特性研究

With the construction of opening channel about the Belt and Road, the focus of road network construction is transferred to the areas with strong ultraviolet(UV) radiation, such as the western and low latitudes. As a main type of highway in our country, asphalt polymer organic materials is easy to aging in strong UV radiation, which will cause the structural surface performance deterioration of asphalt mixtures within a depth range, and the pavements will be damaged soonly under vechicle loads or other combined effects. However, the domestic and international studies of asphalt pavement materials performance decay and effects of the structural depth under ultraviolet are still insufficient, which can not scientifically quantify the description and accurately measure the impacts of UV aging about asphalt pavements fatigue damage..Therefore, this project intends to carry out the systematic research about the rheological properties of asphalt and asphalt mortar, extension features of influence depth about asphalt surface structure under different UV conditions. Asphalt mixtures performance changing and fatigue damage characteristics will also be investigated on the basis of the existing research results. Results will raise the construction and maintenance level of highway asphalt pavements in high ultraviolet areas, improve the service life and road performance of road, also enhance the service level of road network capacity, which is of great practical significance to promote national strategy of the Belt and Road.

随着“一带一路”互联互通开放通道的建设，我国公路网的布局重点将向西部和低纬度等紫外线强辐射地区转移。沥青路面是我国公路主要路面类型，沥青类高分子有机材料在强紫外线照射下易老化，会引发路面结构表层一定深度尺度范围内的沥青混合料性能劣变，继而在交通荷载等因素综合作用下使路面出现损伤破坏。然而，当前国内外对紫外光作用下沥青混合料性能衰变和路面表层影响深度尺度及演化认识尚存不足，无法科学定量描述也就无法准确衡量紫外老化对沥青路面面层疲劳损伤破坏的影响。.因此，本项目拟在现有相关研究成果基础上，开展不同紫外光工况老化作用下沥青/沥青砂浆的流变性、沥青路表结构影响深度扩展特征、沥青混合料的性能变化及其疲劳损伤特性方面的系统研究，成果将有效提高强紫外线地区公路沥青路面的建设和养护水平，提高路面使用寿命和路用性能，提升路网通行能力和服务水平，对于推动“一带一路”国家战略顺利实施具有重要意义。

随着“一带一路”、“交通强国”等一系列的国家战略措施的推进，我国公路网的布局重点将向西北部、低纬度以及高海拔等紫外线强辐射地区转移。沥青路面是我国公路主要路面类型，具有行车舒适、噪声低及维修便捷的优点。但是，沥青类高分子有机材料在强紫外线照射下易发生光化学老化，由此引发路面结构一定深度尺度范围内的沥青混合料性能劣变，尤其是表面层的紫外老化不容忽视。继而在交通荷载、环境等因素综合作用下使路面出现损伤破坏。然而，当前国内外对紫外光作用下沥青混合料性能衰变规律仍旧不清晰，且对路面表层影响深度尺度认识尚存不足，无法准确衡量紫外老化对沥青路面面层疲劳损伤破坏的影响。因此，本项目借助自主研发的紫外老化环境箱，提出了基于与自然环境老化等效的室内紫外老化加速试验，开展不同紫外光工况老化与不同自然环境影响下的沥青/沥青胶浆/沥青砂浆及沥青混合料的流变特性衰变规律研究，分析了沥青路表结构影响深度扩展特征，最终完成了紫外光照条件下沥青混合料的疲劳损伤特性表征与疲劳寿命预估模型的建立。项目研究发现，紫外老化将增加沥青中羰基和亚砜基的比例并促使SBS等高分子添加剂的降解，从而使得沥青变得更加脆硬。复配改性方法的抗紫外性能由于单一改性方法，而且不同的改性剂对热氧老化和光氧老化的针对性有显著的区别。通过对沥青砂浆紫外老化实验数据的综合分析，建立了沥青砂浆时间—温度—光照时间和时间—温度—光照强度叠加关系。提出了沥青路面在自然老化下沥青混合料中胶结料微观结构与性能沿深度方向紫外老化程度分析试验方法。建立了考虑室内与室外自然紫外老化等效的沥青混合料疲劳寿命预估模型，为沥青路面材料抗紫外老化研究提供了评价方法。研究成果可有效提高强紫外线地区沥青路面的建设和养护水平，提高路面使用寿命和路用性能，提升路网通行能力和服务水平，为耐久性沥青沥青路面研究提供基础理论支撑。