强紫外线环境下沥青路面性能提升与缓老化技术

引言

国道 219 新藏线部分路段海拔超过 4500 米，长期强紫外线照射及剧烈温度变化导致沥青路面出现龟裂、松散与抗滑性能下降等问题，严重影响行车安全与道路寿命。现有研究多集中于普通气候条件下沥青材料性能的改良，而对高紫外线环境的适应性探讨较为有限。本文基于实际工程需求，结合高原环境特点，探讨沥青路面在强紫外线条件下的性能演化规律与延缓老化的技术途径，旨在为高海拔地区路面工程的科学设计与长效维护提供理论依据与实践指导。

一、高原紫外线环境对沥青路面的影响机制

高原地区紫外线辐射强烈，加之空气稀薄、昼夜温差大，使得沥青路面面临更为严峻的老化挑战。本部分从材料科学与环境作用两方面，分析紫外线对沥青路面的影响路径。

（一）紫外线对沥青材料的结构损伤

在高原区域，紫外线辐射强度显著高于平原地区。这种高强度的紫外线能够直接穿透沥青材料的表层，作用于沥青胶体内部，引发材料化学结构的改变。沥青作为一种高分子聚合物，在紫外线能量作用下，其分子链容易发生断裂，同时与空气中的氧气发生氧化反应。这一过程会导致沥青材料逐渐硬化，弹性下降，脆性增加。随着时间推移，沥青与骨料之间的黏附力也会明显减弱，表现为集料剥落、表面松散等现象。这种损伤会显著降低材料的抗疲劳性能与抗裂性能，进而影响道路的使用寿命与行车安全。尤其在长期暴露条件下，即便初始质量较好的沥青混凝土也会出现性能的迅速衰减，必须引起设计与施工阶段的高度重视。

（二）温度与辐射协同效应

高原地区不仅紫外线辐射强烈，昼夜温差也极大，白天阳光直射下路面温度可迅速上升，而夜间又可降至零下。频繁且剧烈的温度变化，使得沥青混合料不断经历热胀冷缩，内部逐渐积累温度应力。同时，紫外线辐射进一步加剧了沥青材料的光氧化过程，促使沥青表面发生更严重的老化，破坏沥青中的有机分子，导致沥青变脆、变硬、开裂。加之热与光的共同作用，导致路面表层材料逐渐失去弹性，微观结构发生破坏，出现粉化现象和细观裂缝。这些细微损伤在行车荷载与自然环境的持续影响下，逐渐扩展并相互连接，最终形成可见的裂缝与坑槽，严重影响路面平整度与结构完整性。因此，在高原地区进行沥青路面设计与维护时，需特别关注温度与紫外线的协同破坏效应。

二、沥青路面性能提升与缓老化技术措施

针对上述问题，需采取综合技术手段以提升沥青路面在强紫外线环境下的耐久性能。以下提出几项适用性强、便于实施的技术措施。

（一）抗紫外改性剂的应用

高原地区沥青路面施工中，通过在混合料拌和阶段添加抗紫外线改性剂已成为改善路面耐候性的有效方法。这类改性剂根据其作用机理主要分为紫外线吸收剂和光稳定剂两大类。紫外线吸收剂能够通过分子结构转换将光能转化为热能消散，而光稳定剂则通过捕获自由基等方式抑制光氧化反应进程。抗紫外线改性剂还能吸收或反射紫外线，减少其对沥青分子的分解，避免路面出现裂缝、松散等病害。其中，炭黑和氧化锌等无机纳米材料因其稳定的化学性质和优异的光屏蔽性能而备受青睐。这些材料的微纳级颗粒均匀分散在沥青胶结料中，形成一道有效的紫外线屏障，显著降低辐射对沥青基质的影响程度。

改性剂的使用不仅需要关注其光学性能，还需考虑与沥青体系的相容性。良好的相容性确保改性剂能够均匀分布在沥青中，避免出现团聚或析出现象，从而保证长期使用效果。此外，改性剂的添加量需要经过严格试验确定，过量使用可能会影响沥青的常规性能，而过少则无法达到预期的抗老化效果。从工程应用角度考虑，这类改性剂的添加方式简便，无需对现有生产工艺进行重大调整，具有良好的经济性和可操作性。经过改性处理的沥青混合料，其耐老化性能得到显著提升，能更好地适应高原地区强紫外线辐射环境，延长路面使用寿命，减少养护频次和成本。

（二）沥青混合料优化设计

沥青混合料的组成设计是提升路面抗紫外老化性能的基础环节。在集料选择方面，应优先选用玄武岩、安山岩等坚硬耐磨的酸性石料，这些石料不仅力学强度高，且与沥青的黏附性较好。级配设计应采用密实型连续级配，通过合理调配 4.75mm 以上粗集料、2.36-4.75mm 中间集料及 0.075mm 以下矿粉的比例，形成嵌挤密实的骨架结构，有效降低混合料的空隙率，减少紫外线与空气对沥青材料的侵蚀通道。

在沥青材料选择上，建议采用 SBS 改性沥青或橡胶改性沥青。这类改性沥青具有较高的黏度和软化点，能够形成较厚的沥青膜，更好地包裹集料表面。在高原强紫外线环境下，较厚的沥青膜可延缓紫外线对沥青材料的破坏速度，同时其优异的弹性恢复能力能够有效缓解因昼夜温差产生的温度应力，减少温缩裂缝的产生。配合比设计时需充分考虑高原环境特点，适当提高沥青用量0.2%-0.4%，同时严格控制施工过程中的压实度，确保现场空隙率控制在4% 以下。这样既能保证混合料具有良好的耐久性，又能保持足够的抗变形能力，显著提高路面在恶劣环境下的使用寿命。

（三）表面处理与预防性养护

在路面建成后，需采取积极的表面处理和预防性养护策略，表面处理技术如在面层之上铺设微表处或进行碎石封层，相当于给路面增加一层致密的保护罩。这层罩面能够直接阻隔大部分紫外线对下面层沥青材料的辐射，同时也能改善路面的抗滑和耐磨性能。

总之，强紫外线环境下沥青路面性能的提升需从材料改性、结构设计与养护管理多方面协同推进，防止因沥青老化导致路面抗滑性下降、平整度变差，减少车辆行驶时的颠簸感和安全隐患，降低后期养护维修的频率和成本。本文所提方法在高原高海拔地区具有一定适用性与可操作性，能够有效延缓路面老化，提升工程质量与服务周期。未来可进一步结合实地监测与长期性能跟踪，优化技术参数并推广应用于类似严苛环境下的公路建设项目。

参考文献

[1] 李文博 , 张双侠 , 史倩倩 , 等 . 新疆严寒区 UV 老化下的沥青路面抗损劣性能研究 [J]. 材料导报 ,2022,36(21):100-105.

[2] 孟桐 . 环境耦合作用下碳纤维沥青混凝土性能劣化及机理研究 [D].华北水利水电大学,2024.

[3] 朱雅婧. 高黏沥青老化再生机理及与集料界面作用的多尺度研究 [D].江苏 : 东南大学 ,2022.