沥青混合料是多相复合材料，由集料、沥青、矿粉、空隙构成，其中以矿粉为分散相分散在沥青介质中形成沥青胶浆^[1]，沥青胶浆与集料中较细颗粒结合形成马蹄脂，即沥青砂，沥青砂和粗集料结合形成沥青混合料。沥青混合料中的粗集料起到强化作用，增强了沥青混合料的抗变形能力，因此沥青混合料和沥青砂具有不同的抗变形能力，但是，粗集料不能改变材料的黏弹性，沥青混合料和沥青砂具有相似的压缩变形和蠕变变形曲线，它们的变形行为都可以采用Burgers模型来描述。而且，张裕卿、黄晓明^{[2, 3]}将沥青混合料视为由粗集料颗粒夹杂于黏弹性沥青砂浆体内的复合材料，利用微观力学方法将性能复杂的沥青混合料黏弹性能从性能均匀的沥青砂浆黏弹性能推导出来。另外，老化不会引起材料形状的改变和集料性能变化，老化前后沥青混合料的力学性能变化就是其黏弹性参数的变化^[4]。综上所述，本文以沥青砂为研究对象，分析不同因素对紫外光老化沥青砂黏弹性能的影响，明确各影响因素条件下沥青砂黏弹性能的变化情况，从而确定紫外光老化沥青混合料力学性能的主要影响因素。

影响紫外光老化沥青砂黏弹性能的因素主要考虑紫外光照时间、级配、沥青用量，为了便于比较，应另外做出试件不进行紫外光老化作为对照组。本研究的目的是通过试验获取不同光照时间、不同级配和不同沥青用量的沥青砂的黏弹性能，并分析这些因素对黏弹性能的影响。因此，本研究对沥青砂试件进行室内加速紫外光老化并通过试验获取沥青砂的黏弹性参数。室内加速紫外光老化通过自制的紫外光老化试验箱实现；沥青砂的黏弹性参数通过单轴压缩蠕变试验获得时间-应变曲线并对其进行拟合得到。

为了对研究沥青混合料的紫外光老化特性，进行紫外光老化模拟试验。本文采用的紫外光老化试验箱是由废旧的烘箱改造而成的^[5]，采用1 000 W 高压汞灯模拟紫外光，距离灯管60 cm处的平均强度为200 W/m²，明确某地区的紫外光辐射强度就可以进行室内紫外光老化照射时间的换算。本研究采用紫外辐射比较强的内蒙Ⅰ区的紫外光年辐射量420 mJ/m²，根据实验室模拟紫外光照时间=自然紫外辐射总量/实验室紫外辐射强度进行计算,得到室内光照583 h相当于自然光照1 a。

本研究通过对沥青砂试件进行单轴压缩蠕变试验获得时间-应变曲线关系图，并对该蠕变曲线进行数值拟合^{[6, 7]}获得Burgers模型四参数E₁，E₂，η₁，η₂。在Burgers模型的四参数中，E₁称为瞬时弹性模量，为瞬时弹性系数，E₁越大加载瞬间的变形就越小，卸载之后该变形可以完全回复，因此E₁和永久变形无关；E₂为阻滞弹性模量，是延迟弹性变形系数，是弹性元件；η₂为Voigt黏性系数，E₂和η₂组成的Kelvin模型变形在卸载后虽不能立即卸除，但是最终也能完全恢复，因此，E₂和η₂也和永久变形无关；η₁是纯黏性系数，该元件产生的黏性流动称为不可恢复的永久变形^{[8, 9]}。以上3种蠕变变形形式，即瞬时弹性变形、延迟弹性变形和黏性流动变形，其蠕变柔量值可采用Burgers模型的蠕变柔量表示^{[10, 11]}，见式(1)：

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沥青砂的黏弹性力学性质体现于上述3种柔量占总柔量的比例^{[12, 13]}，本文通过求解J_E，J_V和J_C占总柔量的百分比，并计算出黏性流动柔量(J_V)和弹性柔量(J_E+J_V)的比值，称为黏弹比R_V，从而分析不同影响因素下紫外光老化沥青砂的黏弹性能。

为了研究不同级配对紫外光老沥青砂黏弹性能的影响，本文采用AS-16的3种级配形式(S0，S1，S2)，级配范围见表 1，沥青用量为11.41%，沥青选用SBS改性沥青，所选用材料性质经试验检测均符合要求。制作两组试件，一组进行194 h的室内紫外光老化(相当于自然光照4个月)，一组不进行老化。对两组试件分别进行单轴压缩蠕变试验得到蠕变曲线见图 1，对该蠕变曲线(时间-应变关系曲线)进行拟合后得到黏弹性参数见表 2。

图 1 AS-16(不同级配)的蠕变曲线 Fig. 1 Creep curves of AS-16 with different gradations

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根据拟合得到的Burgers模型的黏弹性参数，计算不同级配的沥青砂紫外光老化前后的柔量比，见表 3。图 2显示各级配老化前后的黏弹比(R_V=J_V/J_E+J_C)。分析沥青砂在紫外光老化前后黏性流动特性与弹性特性的变化规律,并且计算不同级配沥青砂紫外光老化后和老化前的劲度模量比S_a/S_b，通过比较劲度模量比的变化，分析紫外光老化对不同级配沥青砂的影响程度。

图 2 沥青砂 (不同级配)的黏弹比值(RV) Fig. 2 Viscoelastic ratios of AS-16 with different gradations

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表 3显示，沥青砂在紫外光老化后的黏弹比值都小于紫外光老化前AS-16，3种不同级配沥青老化前后模量比从大到小的排序为S0>S1>S2。

根据图分析沥青砂紫外光老化前后的黏弹比(R_V)，表明AS-16，3种不同级配中S1型的沥青砂黏弹比(R_V)变化最小，而且S1的黏弹比也相对其他两组较大，说明S1级配的AS-16沥青砂受紫外光老化影响最小。

沥青砂级配选用AS-16S1型，沥青用量分别选用10.53%(Ⅰ型)，11.41%(Ⅱ型)和12.33%(Ⅲ型)，制作两组试件并对其中一组试件进行老化(室内老化194 h)，然后老化后和未老化的试件都进行单轴压缩蠕变试验，得到其蠕变曲线(时间-应变关系曲线)，如图 3所示。并对其进行拟合得到蠕变参数，如表 4所示。

图 3 AS-16(不同沥青用量)的蠕变曲线 Fig. 3 Creep curves of AS-16 with different asphalt contents

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根据拟合得到的Burgers模型的参数，计算不同沥青用量的沥青砂紫外光老化前后的黏弹柔量比，分析沥青砂在紫外光老化前后黏性流动特性与弹性特性的变化规律，见表 5。表 5显示,沥青砂在紫外光老化后的黏弹比都小于紫外光老化前；AS-16的3种不同沥青用量的沥青砂老化前后的劲度模量比从大到小的排序为Ⅰ型>Ⅱ型>Ⅲ型。

图 4是不同沥青用量的沥青砂紫外光老化前后的黏弹比(R_V)，图 4显示AS-16老化前后黏弹比(R_V)变化最小的是Ⅱ型，而且Ⅱ型的黏弹比(R_V)也相对其他两组较大，说明沥青用量为11.41%(Ⅱ型)受紫外光老化的影响最小。

图 4 沥青砂 (不同级配)的黏弹比值 Fig. 4 Viscoelastic ratios of AS-16 with different asphalt contents

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研究不同紫外光老化时间对AS-16沥青砂黏弹性的影响，AS-16沥青砂的级配选用上述的S1型级配类型，沥青用量选用11.41%(Ⅱ型)，制作沥青砂试件分别进行不同时间(6组)的紫外光老化。根据1.2中自然紫外光照和模拟紫外光照的换算方法,计算不同自然光照时间下所需室内模拟光照时间，如表 6所示。对次6组老化后的试件进行单轴压缩蠕变试验，得到蠕变曲线如图 5所示，并进行拟合得到蠕变参数如表 7所示。

图 5 AS-16(不同紫外光老化时间)的蠕变曲线 Fig. 5 Creep curves of AS-16 with different UV aging time

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根据表 7中蠕变参数计算得到的黏弹柔量比见表 8，根据表 8分析不同紫外光老化时间对沥青砂的黏弹性能的影响。

由表 8可知，随着紫外光老化时间的增加，沥青砂的瞬时弹性柔量、黏性流动柔量和延迟弹性柔量都逐渐减小，说明数值紫外光老化时间的增加，沥青砂抵抗瞬时变形的能力及抵抗永久变形的能力都在增大。分析3个柔量在总柔量占的比例发现，瞬时弹性柔量J_E的比例在随着老化时间的增加而增大，黏性流动柔量和延迟弹性柔量则随之减小；黏弹比R_V随着紫外光老化时间的增加而减小。这说明随着紫外光老化时间的增加，沥青砂的黏性比例越来越小，逐渐表现为弹性，抗变形能力增强，但是低温抗裂性能及抗疲劳性能降低。

通过在不同级配、不同沥青用量及不同紫外光照时间的影响因素下，制作沥青砂试件对其进行紫外光老化并单轴压缩蠕变试验，得到黏弹性参数并据此得到沥青砂柔量值及黏弹性比值，对其结果进行分析表明：

(1)AS-16的3种不同级配沥青老化前后模量比从大到小的排序为S0>S1>S2；S1级配的沥青砂受紫外光老化影响最小。这表明级配影响紫外光老化沥青砂的黏弹性能，而且在合理级配时沥青砂受紫外光老化的影响最小。

(2)AS-16的3种不同沥青用量的沥青砂老化前后的劲度模量比从大到小的排序为Ⅰ型>Ⅱ型>Ⅲ型； AS-16老化前后黏弹比R_V变化最小的是Ⅱ型，而且Ⅱ型的黏弹比R_V也相对其他两组较大，说明沥青用量为11.41%(Ⅱ型)受紫外光老化的影响最小。这表明沥青用量影响紫外光老化对沥青砂的黏弹性能，不会因为沥青用量的增减而增减，而是在合理的沥青用量时其性能最好，受紫外光老化影响最小。

(3)随着紫外光老化时间的增加，沥青砂的瞬时弹性柔量、黏性流动柔量和延迟弹性柔量都逐渐减小；瞬时弹性柔量J_E的比例在随着老化时间的增加而增大，黏性流动柔量和延迟弹性柔量则随之减小；黏弹比R_V随着紫外光老化时间的增加而减小。这表明紫外光老化的时间影响沥青砂的黏弹性，使得其黏性比例减小，弹性比例增大，因此表现出较大的刚度，但是抵抗开裂的能力降低。