硅藻土改性瀝青混合料路用性能試驗研究

摘 要：選擇硅藻土作為瀝青混合料改性劑，考查硅藻土與礦料不同摻量關系式條件下的瀝青混合料的路用性能改良狀況，通過對瀝青混合料進行馬歇爾試驗、高溫穩定性試驗、低溫彎曲試驗等試驗，試驗結果顯示，硅藻土添加到瀝青混合料中，減少礦粉用量的條件下，能明顯改善瀝青混合料的路用性能。

關鍵詞：道路工程；硅藻土；路用性能；混合料；改性

1 前言

相對于常規的聚合物改性瀝青，硅藻土改性瀝青優勢十分明顯，尤其是在生產流程、出廠成本、儲存方法上的優勢尤為突出。將其摻入到瀝青中后，瀝青及其混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性均有明顯提升，同時水穩性、抗疲勞性和抗老化性也有明顯的改善。

鑒于硅藻土的基本特性，硅藻土改性瀝青在我國的推廣和應用前景十分廣泛。以硅藻土摻入瀝青混合料后的改性機理為研究對象，通過試驗研究微粒填料與改性劑之間的最佳摻量，對于提高硅藻土改性瀝青混合料的路用性能，推廣該類路面結構形式，意義顯著。

2 硅藻土改性瀝青的作用機理

2.1 改善瀝青的相容性

改性劑與瀝青之間的相容性是決定改性效果的關鍵因素。在分子量和化學結構上，瀝青與硅藻土存在明顯的不同，二者屬于熱力學不相溶體系。正是因為不同組分的相互作用關系，使混合物具備了特殊的物理性質。因硅藻土顆粒與瀝青的相容性較好，能夠均勻地分布于瀝青中，因此可以明顯改善混合料在貯存和運輸過程中，由于溫度的降低而發生相分離或發生分層等現象。

2.2 提高瀝青的分散度

硅藻土在瀝青中的分散性很好，由于硅藻土含有30%-40%的相對孤立的、自由分散的亞微非聚集顆粒，一旦與瀝青相混，非聚結顆粒將互相排斥，并且不會凝結。保障硅藻顆粒能夠較好地分散在瀝青中，是提升改性效果的關鍵，同時也是衡量改性劑性能優劣的重要指標。硅藻土的物理特性，保證了其在瀝青中能夠保持良好的分布狀態。

2.3 增強與瀝青的吸附作用

硅藻土的比表面積較大，吸附性能較強，能夠提升瀝青與礦料的粘附性4-5個級別。瀝青是由分子大小不同、結構復雜、性質不同且差別較大的眾多分子或化合物組成的混合物，即便是同一族中也由許多物質組成。由于硅藻土微粒具有超強的吸附能力，它與瀝青相混合后，便可以將瀝青吸附在其表面，特別是樹脂油份還將被吸入微粒空腔的所有孔隙內，形成機械鎖力，使得瀝青混合料的粘度繼續增大、吸附性逐漸增大。

2.4 增強瀝青混合料路用性能

研究成果顯示，通過對瀝青混合料進行硅藻土改性后，能夠使混合料的力學性質與路用性能得到明顯改善，例如，可以增加瀝青混合料的強度，改善瀝青混合料的高、低溫穩定性，增強瀝青混合料減的抗振動性能，增強瀝青混合料的水穩定性，提高道路的安全性能，提高路面防滑能力等等。

3 硅藻土改性瀝青混合料路用性能試驗研究

3.1 瀝青混合料馬歇爾試驗

3.1.1 確定瀝青最佳用量

基于路面設計和施工中最常采用的馬歇爾對比試驗，研究硅藻土與礦粉的劑量變化對硅藻土改性瀝青混合料馬歇爾指標所產生的影響，對比硅藻土摻入前后，對瀝青混合料路用性能改善程度。

根據設計配合比拌制瀝青混合料，并制成《規范》規定尺寸的試件，12小時后測定試件的物理指標（包括密度、空隙率、瀝青飽和度、礦料間隙率等）、流值以及穩定度等參數。根據《規范》對瀝青混合料的性能要求，確定瀝青的最佳用量。

3.1.2 馬歇爾試驗的試驗結果

對不同硅藻土摻量的改性瀝青，對其空隙率、改善率、VMA等各項指標進行進一步分析。

試驗結果表明，瀝青混合料中摻入更多的硅藻土后，瀝青的用量呈現增加的趨勢，主要是用于吸附硅藻土；當集料中礦粉含量較少，且瀝青混合料中空隙率相對較大時，加入硅藻土能夠使空隙率明顯降低。

3.2 硅藻土改性瀝青混合料高溫穩定性試驗

在改性瀝青混合料高溫穩定性（車轍）試驗過程中，所采用的試件規格為300mm×300mm×100mm的板塊。

從高溫穩定性試驗結果可以看出，混合料摻入硅藻土后，明顯提升了礦料的比表面積，使得密實度增大，最初礦料之間的滑動變形也因逐漸增加的礦料比表面積而不斷減少，與此同時，游離瀝青的比例也在逐漸減少。比較薄的瀝青膜包裹了混合料并結成堅實的整體，因此硅藻土的加入，能夠使瀝青混合料的高溫穩定性得到明顯改善。

3.3 硅藻土改性瀝青混合料低溫穩定性試驗

集料采用AC-25的級配形式，具體試驗過程參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000）進行。

試驗結果顯示，加入硅藻土后，其摻量的增加，瀝青混合料的強度并未變得更加有利，而當礦粉與硅藻土的摻量比例發生變化時，其最大彎拉應變與彎曲勁度模量均未發生較大變化。硅藻土的加入，使得瀝青混合料的低溫抗裂性有明顯改善，而且使得其抗彎拉強度增加，彎曲勁度模量變小，最大彎拉應變增大，最終使瀝青混合料的低溫性能明顯提高。

4 結束語

本文研究了采用硅藻土作為改性劑對瀝青實施改性，并提出利用硅藻土與礦粉摻量關系式來分析改性的最佳情況。在大量的室內試驗數據分析基礎上，得出以下的主要結論：

4.1 隨著瀝青混合料中礦粉與硅藻土摻量之間的不斷變化，瀝青混合料的表現可以概況為：加入硅藻土之后，瀝青混合料的密度呈明顯上升的趨勢，且空隙率逐漸減小，礦料間孔隙率和飽和度均增加；同時，摻入硅藻土之后，瀝青混合料的穩定度明顯提升，其流值和馬歇爾模數也逐漸增大，但是總體規律表現為并非隨著摻量增加而提高。

4.2 在礦粉與硅藻土摻量關系式中，摻加硅藻土之后瀝青混合料的動穩定度有明顯提升，且永久變形有所降低，瀝青混合料的抗車轍性能得到顯著提高，此外，瀝青混合料的高溫穩定性得到一定改觀。

參考文獻

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[2]徐江萍，鮑燕妮.基于微觀試驗的硅改瀝青改性機理[J].長安大學學報（自然科學版），2006，25（6）：14-17.

[3]李佐山.硅藻土改性瀝青混合料路用性能研究[D].吉林：吉林大學，2008.

作者簡介：高振東（1981-），男，碩士，工程師，黑龍江哈爾濱人，從事路橋工程研究。