纳米TiO2改性沥青抗紫外线老化能力研究
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关 键 词 ： 路 ；纳米 ＴＯ。 公 ｉ ；改性 沥 青 ；紫 外 线 ；老 化 能 力 中图 分 类 号 ： １ ． １ Ｕ４ ６２ ７ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６１ ６ ８２ １ ）３ ｏ８ ３ １ ７ —２ ６ （０ １Ｏ 一ｏ ８ 一Ｏ
沥青 路 面在施工 和使用 过程 中不可避免 地受 到
摘 要 ： 外 线 对 沥青 造 成 严 重 的 老 化 ， 纳 米 Ｔｉ 紫 而 Ｏ。具 有 良好 的 紫 外 线 屏 蔽 作 用 。 文 中通 过 在 沥 青 中添加 纳米 Ｔｉ 制得 改性 沥青 并 进 行 紫 外 线 老 化试 验 ， 其 紫 外 线老 化 前后 的针 入 度 、 Ｏ。 对 延 度 和 软 化 点 试 验 结 果进 行 分 析 ， 果表 明 纳 米 Ｔｉ 结 Ｏ。改性 沥青 具 有 抗 紫 外 线 老 化 能 力 。
Ｈ ｉ ｗａ 与 ｏ ｉ ｅＡｐｐｌｃ ｔｏ ｇｈ公 路 Ａｕｔ ｍ ｔ汽 运 ｉ ｎｓ ｙｓ ｏ ｖ ｉａ
８ ８
第 ３期 ２１ ０ １年 ５月
纳 米 Ｔ Ｏ 改性 沥青 抗 紫 外 线老 化 能 力研 究 ｉ２
张春 青 王 妍 。 ， ，熊玲。
（． 山 市 交通 运 输 局 ，河北 唐 山 １唐 ０ ３ ０ ； ． 安 大 学 特殊 地 区公 路 工程 教 育 部 重 点 实验 室 ，陕 西 西 安 ７ ０ ６ ； ６０ ０ ２ 长 １０ ４ ３成 宁 市公 路 管 理 局 ， 北 成 宁 ． 湖 ４ ７０ ） ３ １ ０
收紫外 线 ， 能反 射 、 射紫 外 线 ， 又 散 添加 到 基质 沥 青 中制 备成 Ｔ Ｏ： ｉ 改性 沥青 将会 提 高基 质 沥青 抗紫 外
线老 化 的能 力 。 １ ２ 紫外 线灯 管的选择 ． 日光 中的紫 外线是 一种 比可见光 波长短 的 电磁 波 ， 据 其 波 长 分 为 ＵＶＡ（ ２ ～ ４ ０ ｒ 根 ３０ ０ ｍ）波 段 、 ｉ
波段、 ＵＶＤ（０ ￣２ ０ ｍ） １ ０ ０ ｎ 波段 。其 中 ＵＶＡ 波段具 有 较强 的穿透 能力 ， 超过 ９ 能 穿 过臭 氧层 和 云 有 ８／ ９ ６ 层 达到 地球表 面 ， 他 几 个波 段 的紫 外 线 到达 地 球 其 表 面 的量很 少 （ 于 ２ ） 至不 能 到 达 地 球表 面 。 低 甚 所 以选 择产 生 的 波 长 为 ３ ０ ０ ｉ 的紫 外 线 灯 ２ ～４ ０ ｒ ｍ 管来模 拟 日光 中的紫外线 。
白色 粉体
金红石型 （ Ｒ）
＞ ９９ ．５
纳米 Ｔｉ 具 有 良好 的屏 蔽紫 外线 功 能 。其 机 Ｏ： 理 是纳米 Ｔｉ 。的 电子 结构 由价 电子带 和空 轨 道形 Ｏ
二 氧 化 钛含 量／ ％
比表 面 积 ／ ｍ。・ ） （ ｇ
成 的传 导带所构 成 ， 当受光照 射时 ， 比禁带宽度 能量
ＵＶ （ ８ ～ ３ ０ ｎ Ｂ ２０ ２ ｍ） 波 段 、 ＵＶＣ（ ９ ～ ２ ０ ｎ １ ０ ８ ｍ）
加热 、 阳光 、 太 紫外 线 等 因素 的 作用 ， 沥青 结 合 料发 生 老化 。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 ， 紫外 线 引起 的 光老 化研 对
究较 少 。 中国地域 辽 阔 ， 拔 ２０ ０ｒ 以上 的面 积 海 ０ ｌ ｌ 约 占 ３ ， ０ 以 上 的约 占 １ ， ３ ３０ ０ｍ Ｏ 主要 集 中在 西 部 。这些 地 区大气层 成分及 途经路程 大小都 与低
性 质 见 表 １ 。
表 １ Ｔｉ ０２技 术 指 标
沥青 的三大 指 标 结 果进 行 分 析 ， 研究 纳 米 Ｔ Ｏ ｉ 改
性沥 青抵抗 紫外线 老化 的能力 。
１ 试 验 方 案
１ １ 纳 米 ＴＯ ． ｉ ：抗紫外 线老化 原理
项目
外 观 晶 型
技术 性 质
水悬 浮液 ｐ 值 Ｈ
平均粒径／ｍ ｎ
≤ ５ Ｏ
１ ４ 纳 米 Ｔ Ｏ 改 性 沥 青 的 制 备 ． ｉ
采用 高速 剪 切 仪 进 行 Ｔｉ 。改 性 沥 青 的制 作 ， Ｏ
公 路 与 汽 运
路面使 用寿命 具有积 极意义 。 该 文通 过 自制 的紫外 线 老化 试验设 备 ， 添 加 对
纳 米 Ｔｉ 。的 改 性 沥 青 进 行 老 化 试 验 ， 老 化 前 后 Ｏ 对
选 用滨 州 ７ Ａ 级道路 石油沥 青 ， ０ 经试 验测 定 ，
其各项 技术 指标 均符合 规 范要 求 。纳 米 Ｔ Ｏｚ 术 ｉ 技
大的光被 吸收 ， 价带 的电子激 发至导带 ， 达到 吸收紫
≥ ５ Ｏຫໍສະໝຸດ 表 观 密 度 ≤ Ｏ ８ ．５
７～ ８
外 线 的 目的 。另 外 ， 米 Ｔｉ 微 粒 的折 射 率 和 粒 纳 Ｏ。 径对 光 的散射 有很 大 影 响 ， 红 石 型 纳米 Ｔ Ｏ 金 ｉ 。的
折 射率很 高 ， 对光 的反射 、 散射 能力很强 ； 粒径越 小 ， 对光 的屏蔽 面积 越大 ， 径 为 ３ ～１ ０ｎ 时 ， 紫 粒 Ｏ ０ ｍ 对 外 光 的屏 蔽效果 最好 。由此 可见 ， 纳米 Ｔｉ 既能 吸 Ｏ。
１ ３ 原 材 料 技 术 性 质 ．
海 拔 的内地平原 地 区不 同 ， 环境 特 点是 年 平均 气 其
温低， 主体 日照 时间 长 ， 阳辐 射 总能 量 大 ， 阳光 太 太 谱 中紫外 线 的 比例 高 ， 占太 阳 总 辐 射 量 的 ２ ％ ～ Ｏ ２ ， 内陆 地 区的 ４ ５倍 ， 剧 了沥青 光 老 化 的 ５／ 是 ９ ６ ～ 加 速度 。 由此可 知 ， 究 抗 紫外 线 光老 化对 延 长 沥青 研
沥青 路 面在施工 和使用 过程 中不可避免 地受 到
摘 要 ： 外 线 对 沥青 造 成 严 重 的 老 化 ， 纳 米 Ｔｉ 紫 而 Ｏ。具 有 良好 的 紫 外 线 屏 蔽 作 用 。 文 中通 过 在 沥 青 中添加 纳米 Ｔｉ 制得 改性 沥青 并 进 行 紫 外 线 老 化试 验 ， 其 紫 外 线老 化 前后 的针 入 度 、 Ｏ。 对 延 度 和 软 化 点 试 验 结 果进 行 分 析 ， 果表 明 纳 米 Ｔｉ 结 Ｏ。改性 沥青 具 有 抗 紫 外 线 老 化 能 力 。
Ｈ ｉ ｗａ 与 ｏ ｉ ｅＡｐｐｌｃ ｔｏ ｇｈ公 路 Ａｕｔ ｍ ｔ汽 运 ｉ ｎｓ ｙｓ ｏ ｖ ｉａ
８ ８
第 ３期 ２１ ０ １年 ５月
纳 米 Ｔ Ｏ 改性 沥青 抗 紫 外 线老 化 能 力研 究 ｉ２
张春 青 王 妍 。 ， ，熊玲。
（． 山 市 交通 运 输 局 ，河北 唐 山 １唐 ０ ３ ０ ； ． 安 大 学 特殊 地 区公 路 工程 教 育 部 重 点 实验 室 ，陕 西 西 安 ７ ０ ６ ； ６０ ０ ２ 长 １０ ４ ３成 宁 市公 路 管 理 局 ， 北 成 宁 ． 湖 ４ ７０ ） ３ １ ０
收紫外 线 ， 能反 射 、 射紫 外 线 ， 又 散 添加 到 基质 沥 青 中制 备成 Ｔ Ｏ： ｉ 改性 沥青 将会 提 高基 质 沥青 抗紫 外
线老 化 的能 力 。 １ ２ 紫外 线灯 管的选择 ． 日光 中的紫 外线是 一种 比可见光 波长短 的 电磁 波 ， 据 其 波 长 分 为 ＵＶＡ（ ２ ～ ４ ０ ｒ 根 ３０ ０ ｍ）波 段 、 ｉ
波段、 ＵＶＤ（０ ￣２ ０ ｍ） １ ０ ０ ｎ 波段 。其 中 ＵＶＡ 波段具 有 较强 的穿透 能力 ， 超过 ９ 能 穿 过臭 氧层 和 云 有 ８／ ９ ６ 层 达到 地球表 面 ， 他 几 个波 段 的紫 外 线 到达 地 球 其 表 面 的量很 少 （ 于 ２ ） 至不 能 到 达 地 球表 面 。 低 甚 所 以选 择产 生 的 波 长 为 ３ ０ ０ ｉ 的紫 外 线 灯 ２ ～４ ０ ｒ ｍ 管来模 拟 日光 中的紫外线 。
白色 粉体
金红石型 （ Ｒ）
＞ ９９ ．５
纳米 Ｔｉ 具 有 良好 的屏 蔽紫 外线 功 能 。其 机 Ｏ： 理 是纳米 Ｔｉ 。的 电子 结构 由价 电子带 和空 轨 道形 Ｏ
二 氧 化 钛含 量／ ％
比表 面 积 ／ ｍ。・ ） （ ｇ
成 的传 导带所构 成 ， 当受光照 射时 ， 比禁带宽度 能量
ＵＶ （ ８ ～ ３ ０ ｎ Ｂ ２０ ２ ｍ） 波 段 、 ＵＶＣ（ ９ ～ ２ ０ ｎ １ ０ ８ ｍ）
加热 、 阳光 、 太 紫外 线 等 因素 的 作用 ， 沥青 结 合 料发 生 老化 。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 ， 紫外 线 引起 的 光老 化研 对
究较 少 。 中国地域 辽 阔 ， 拔 ２０ ０ｒ 以上 的面 积 海 ０ ｌ ｌ 约 占 ３ ， ０ 以 上 的约 占 １ ， ３ ３０ ０ｍ Ｏ 主要 集 中在 西 部 。这些 地 区大气层 成分及 途经路程 大小都 与低
性 质 见 表 １ 。
表 １ Ｔｉ ０２技 术 指 标
沥青 的三大 指 标 结 果进 行 分 析 ， 研究 纳 米 Ｔ Ｏ ｉ 改
性沥 青抵抗 紫外线 老化 的能力 。
１ 试 验 方 案
１ １ 纳 米 ＴＯ ． ｉ ：抗紫外 线老化 原理
项目
外 观 晶 型
技术 性 质
水悬 浮液 ｐ 值 Ｈ
平均粒径／ｍ ｎ
≤ ５ Ｏ
１ ４ 纳 米 Ｔ Ｏ 改 性 沥 青 的 制 备 ． ｉ
采用 高速 剪 切 仪 进 行 Ｔｉ 。改 性 沥 青 的制 作 ， Ｏ
公 路 与 汽 运
路面使 用寿命 具有积 极意义 。 该 文通 过 自制 的紫外 线 老化 试验设 备 ， 添 加 对
纳 米 Ｔｉ 。的 改 性 沥 青 进 行 老 化 试 验 ， 老 化 前 后 Ｏ 对
选 用滨 州 ７ Ａ 级道路 石油沥 青 ， ０ 经试 验测 定 ，
其各项 技术 指标 均符合 规 范要 求 。纳 米 Ｔ Ｏｚ 术 ｉ 技
大的光被 吸收 ， 价带 的电子激 发至导带 ， 达到 吸收紫
≥ ５ Ｏຫໍສະໝຸດ 表 观 密 度 ≤ Ｏ ８ ．５
７～ ８
外 线 的 目的 。另 外 ， 米 Ｔｉ 微 粒 的折 射 率 和 粒 纳 Ｏ。 径对 光 的散射 有很 大 影 响 ， 红 石 型 纳米 Ｔ Ｏ 金 ｉ 。的
折 射率很 高 ， 对光 的反射 、 散射 能力很强 ； 粒径越 小 ， 对光 的屏蔽 面积 越大 ， 径 为 ３ ～１ ０ｎ 时 ， 紫 粒 Ｏ ０ ｍ 对 外 光 的屏 蔽效果 最好 。由此 可见 ， 纳米 Ｔｉ 既能 吸 Ｏ。
１ ３ 原 材 料 技 术 性 质 ．
海 拔 的内地平原 地 区不 同 ， 环境 特 点是 年 平均 气 其
温低， 主体 日照 时间 长 ， 阳辐 射 总能 量 大 ， 阳光 太 太 谱 中紫外 线 的 比例 高 ， 占太 阳 总 辐 射 量 的 ２ ％ ～ Ｏ ２ ， 内陆 地 区的 ４ ５倍 ， 剧 了沥青 光 老 化 的 ５／ 是 ９ ６ ～ 加 速度 。 由此可 知 ， 究 抗 紫外 线 光老 化对 延 长 沥青 研