无机层状与有机抗老化剂对沥青抗老化性能的阶段依赖性影响机制研究

针对沥青路面长期服役中热氧/紫外(UV)老化导致的性能劣化问题，研究者系统探究了有机抗氧化剂(4010NA/Tinuvin 944)、无机层状材料(磷酸锆ZrP/层状双氢氧化物LDHs)及其有机改性产物(OZrP/OLDHs)在不同老化阶段的保护效能。研究发现有机改性显著提升层状材料疏水性，ZrP展现出持续稳定的抗UV老化能力，而有机剂短期效果突出但随老化时间延长效能衰减。该研究为长寿命沥青路面抗老化剂的阶段适配性设计提供了重要理论依据。

　　

沥青作为现代道路建设的关键材料，其老化问题一直是制约路面使用寿命的瓶颈。在烈日暴晒和氧化作用下，沥青会逐渐硬化开裂，形成坑洼，威胁行车安全。尽管添加抗老化剂是常见解决方案，但现有研究存在明显盲区：有机剂（如抗氧化剂）通过化学机制短期效果显著，但易自身降解；无机层状材料（如LDHs）虽能物理阻隔紫外线和氧气，却可能损害沥青低温性能。更关键的是，不同服役阶段（施工期热氧老化/早期UV老化/长期复合老化）对材料性能要求存在显著差异，而传统评价方法无法揭示抗老化剂的阶段特异性规律。

针对这一科学问题，中国某高校研究团队在《Fuel》发表重要成果，首次系统比较了六类抗老化剂（有机抗氧化剂4010NA、光稳定剂Tinuvin 944；无机层状材料ZrP、LDHs及其有机改性产物OZrP、OLDHs）对沥青多阶段老化的干预机制。研究采用X射线衍射(XRD)表征材料层间距变化，通过接触角测试评估疏水性，结合动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)等分析技术，系统考察了改性沥青的储存稳定性与流变特性。加速老化实验则模拟了施工期热氧老化(RTFOT)、早期UV老化(QUV)及长期复合老化(PAV+UV)等典型服役场景。

材料特性分析
XRD结果显示，1,12-二氨基十二烷插层使ZrP层间距从0.76nm大幅扩展至2.17nm，十二烷基苯磺酸钠改性的OLDHs层间距从0.76nm增至3.02nm。接触角测试证实有机改性使材料疏水角提升50%以上，显著改善与沥青相容性。

流变性能影响
除4010NA外，所有抗老化剂均促进沥青从粘性向弹性转变。有机改性使无机层状材料改性沥青的低温蠕变劲度(S)降低23%-35%，疲劳寿命提升2-3倍，储存软化点差从5.2℃降至1.8℃以内，解决了传统无机剂导致的相分离问题。

阶段依赖性保护机制
4010NA在施工期热氧老化阶段表现最优，能有效抑制羰基指数增长；所有剂型在早期UV老化阶段效果相当。但随着老化时间延长，有机剂性能呈线性衰减（Tinuvin 944在1500小时QUV后效率下降62%），而无机层状材料凭借物理屏蔽机制保持稳定——ZrP改性沥青在长期老化后复数模量变化率仅为对照组的1/3。特别值得注意的是，OZrP展现出协同效应，其抗UV老化效能比未改性ZrP再提升40%。

该研究突破性地揭示了抗老化剂的"阶段-机制-效能"对应关系：短期老化依赖化学防护（自由基捕获），长期防护依赖物理屏蔽（层状结构）。磷酸锆(ZrP)因其独特的层状晶体结构和酸碱稳定性，成为最具应用前景的基体材料，其有机改性产物更实现了物理化学双机制协同。这些发现为开发"阶段适配型"复合抗老化体系提供了明确方向，对推进长寿命沥青路面设计具有重要工程指导价值。研究同时建议未来关注层状材料的定向插层改性技术，以进一步优化其在沥青体系中的分散稳定性与界面相互作用。