硅藻土礦粉用作瀝青改性劑的研究

張 彬

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 024005)

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硅藻土礦粉用作瀝青改性劑的研究

張 彬

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 024005)

近些年來隨著對瀝青路面性能要求越來越高，我們經(jīng)常對傳統(tǒng)瀝青添加改性劑來提高它的路用性能。硅藻土孔隙度大，延伸性強(qiáng)，抗沖擊、拉伸、撕裂強(qiáng)度較高。同時(shí)硅藻土在我國儲存量較大，取材簡便。本試驗(yàn)中用10 μm硅藻土、90#瀝青和礦粉制成三種瀝青膠漿，分別為硅藻土瀝青膠漿，礦粉瀝青膠漿以及硅藻土礦粉混合瀝青膠漿。首先對瀝青膠漿進(jìn)行三大指標(biāo)的常規(guī)試驗(yàn)，計(jì)算出三種膠漿的針入度指數(shù)，當(dāng)量軟化點(diǎn)和當(dāng)量脆點(diǎn)，通過以上實(shí)驗(yàn)我們可以得知加入硅藻土可以提高瀝青膠漿的感溫性及高低溫性能。

硅藻土；性能試驗(yàn)；瀝青膠漿；改性材料；礦粉

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)主要是對礦粉瀝青膠漿、硅藻土瀝青膠漿和礦粉硅藻土瀝青膠漿的力學(xué)性能進(jìn)行對比研究。本文通過瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)比較其高、低溫性能；通過彈性恢復(fù)試驗(yàn)來比較瀝青膠漿的彈性恢復(fù)性能；然后進(jìn)行離析試驗(yàn)來評價(jià)改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性和穩(wěn)定性；進(jìn)行吸附性試驗(yàn)來評價(jià)瀝青膠漿對粗集料和細(xì)集料粘附的效果；最后進(jìn)行布氏粘度試驗(yàn)測出瀝青膠漿的表觀粘度從而評價(jià)改性瀝青膠漿的耐高溫性能。試驗(yàn)所用的瀝青種類是盤錦-AH90#瀝青，并選用10 μm的硅藻土。其技術(shù)指標(biāo)如下：

表1 瀝青性能指標(biāo)

表2 硅藻土性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)步驟及方法

(1)瀝青膠漿常規(guī)試驗(yàn)

第一個(gè)試驗(yàn)首先用機(jī)械攪拌法制備瀝青膠漿，制備過程如下：①用盛樣皿稱取一定質(zhì)量制備好的基質(zhì)瀝青，在密閉電爐中加熱到135 ℃，直至瀝青呈流動狀態(tài)，便于攪拌；將硅藻土和礦粉在135 ℃溫度環(huán)境中烘干至恒重并保溫至少4 h。②用高速剪切攪拌機(jī)將135 ℃的瀝青攪拌均勻，攪拌速度為600 r/min左右，分別將10%的硅藻土，10%的礦粉以及含有10%硅藻土的10%的礦粉取所需質(zhì)量的填料，緩緩加到瀝青里，填料加入完成后保持轉(zhuǎn)速不變繼續(xù)攪拌10 min，以使填料與瀝青充分混合，直至填料充分溶解，瀝青中無結(jié)團(tuán)，攪拌均勻后隨即澆注改性瀝青膠漿試模。隨后對制備完的瀝青膠漿進(jìn)行三大指標(biāo)測定。

(2)硅藻土瀝青膠漿性能試驗(yàn)

第二個(gè)試驗(yàn)對硅藻土改性瀝青膠漿試驗(yàn)進(jìn)行性能分析:①本文擬采用布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，用21號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為50 r/min。分別測定基質(zhì)瀝青、10 μm硅藻土、礦粉、硅藻土和礦粉瀝青膠漿在135 ℃、145 ℃、155 ℃和165 ℃條件下的表觀粘度，每種瀝青膠漿中填料的摻量都為10%,并進(jìn)行各瀝青膠漿下粘溫性能分析。②本試驗(yàn)采用一字試模，用延度儀以5 cm/min的速度拉伸10 cm，立即用剪刀將試件在中間剪短，水中靜置一小時(shí)后將試件兩端輕輕捋直，測斷口之間的距離，并用公式(2)計(jì)算彈性恢復(fù)值，對比分析各瀝青膠漿彈性恢復(fù)率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 瀝青膠漿常規(guī)評價(jià)指標(biāo)

(1)感溫性

在本實(shí)驗(yàn)中通過測定各種瀝青膠漿在30 ℃、25 ℃及15 ℃下的針入度，

logP=AT+K

(1)

式中：P為瀝青膠漿的針入度，0.1 mm；A為針入度-溫度感應(yīng)性系數(shù)；T為溫度，℃；K為回歸系數(shù)。

(2)低溫性能

當(dāng)量脆點(diǎn)T1.2及5 ℃延度可以表示瀝青的低溫性能，當(dāng)量脆點(diǎn)T1.2是指瀝青的針入度為1.2(0.1 mm)時(shí)對應(yīng)的溫度，其計(jì)算公式為

(2)

式中：A，K為意義同前。

(3)高溫性能

軟化點(diǎn)和當(dāng)量軟化點(diǎn)T800可以表示瀝青的高溫性能，當(dāng)量軟化點(diǎn)T800指針入度值為800(0.1 mm)時(shí)的溫度

(3)

式中：A，K為意義同前。

由實(shí)驗(yàn)一得出各瀝青膠漿常規(guī)性能指標(biāo)，針入度、軟化點(diǎn)及延度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、圖1、圖2所示。

表1 不同改性瀝青針入度試驗(yàn)各指標(biāo)計(jì)算值

圖1 不同瀝青膠漿軟化點(diǎn)

圖2 不同瀝青瀝青膠漿延度

分析圖1得： 無論是哪種瀝青，針入度都隨著溫度的增加而增大，其中基質(zhì)瀝青增加的幅度最大。在同一溫度水平上，與基質(zhì)瀝青相比，無論是加入硅藻土還是加入礦粉瀝青的針入度都有所下降。在同一溫度水平上，礦粉改性瀝青比硅藻土改性瀝青的針入度值降低較多，說明礦粉使瀝青變稠硬的效果勝于硅藻土， 15 ℃時(shí)，三種改性瀝青膠漿與基質(zhì)瀝青的針入度相近，略有降低。分析圖2得：各瀝青膠漿的軟化點(diǎn)值符合規(guī)范要求，相對基質(zhì)瀝青，改性瀝青膠漿的軟化點(diǎn)均有所提高，硅藻土提高了8.8%，礦粉的提高了10.8%，后者提升幅度比較大，表明摻入硅藻土后，瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性得到明顯改善，但礦粉對瀝青改善的效果更大，硅藻土瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性不如礦粉膠漿。分析圖3得：無機(jī)改性瀝青較基質(zhì)瀝青延度有所降低，其原因是填料會阻礙瀝青大分子的流動，使瀝青變硬，延性減小，且根據(jù)第三組改性瀝青膠漿的延度值可知，礦粉降低的程度比硅藻土降低的程度大。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可見，硅藻土和礦粉的加入對瀝青的高溫型和感溫性能都有一定的改善，且在這兩方面硅藻土對瀝青的改善效果均不及礦粉，然而在低溫性方面，硅藻土對瀝青的改善效果要優(yōu)于礦粉。同時(shí)，三大指標(biāo)試驗(yàn)也有一些缺點(diǎn)，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性較大，相關(guān)性較差，未能很好地比較不同改性物質(zhì)對瀝青的影響情況，可能的原因是改性瀝青的相容機(jī)理及改性顆粒顆粒與瀝青的相互作用過程與聚合物改性瀝青有所區(qū)別，因此，不能完全按照普通瀝青和聚合物改性瀝青的試驗(yàn)方法來評價(jià)無機(jī)瀝青的性能好壞。

2.2 硅藻土瀝青膠漿性能評價(jià)指標(biāo)

由試驗(yàn)二得出瀝青膠漿粘度以及彈性恢復(fù)率指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

圖3 各瀝青膠漿粘度隨溫度變化曲線

圖4 各瀝青膠漿彈性恢復(fù)率

分析圖4得：(1) 在相同溫度條件下，硅藻土和礦粉瀝青膠漿的表觀粘度均大于基質(zhì)瀝青，表明無機(jī)改性劑的摻入提高了瀝青的粘度，其原因是由于硅藻土和礦粉大的比表面積，使其與瀝青的接觸面積也相應(yīng)增大，能夠吸附穩(wěn)定更多的瀝青，形成較厚的結(jié)構(gòu)瀝青層，并相應(yīng)地減少了自由瀝青成分，因此改性瀝青的粘度提高。(2) 相同溫度下，礦粉瀝青膠漿的表觀粘度比硅藻土的大，說明礦粉改善瀝青高溫粘度的效果更好。(3) 各種瀝青膠漿的表觀粘度隨溫度升高而逐漸減小。

3 結(jié) 論

(1) 硅藻土有較大的比表面積，其殼壁獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，能夠有效地吸附穩(wěn)定瀝青，可以用作瀝青改性劑。

(2) 瀝青膠漿常規(guī)性能試驗(yàn)顯示，經(jīng)硅藻土改性后瀝青的軟化點(diǎn)提高，瀝青的感溫性和高溫性能得到一定改善。10 μm硅藻土比35 μm硅藻土瀝青膠漿的軟化點(diǎn)高1.6 ℃，說明粒徑較小的硅藻土對瀝青的高溫性能改善效果更好。

(3) 相對基質(zhì)瀝青，10 μm和35 μm硅藻土瀝青膠漿的25 ℃針入度分別減小29%和20%，當(dāng)量軟化點(diǎn)提高25%和17%，當(dāng)量脆點(diǎn)降低79%和61%，表明硅藻土瀝青膠漿的感溫性降低，高低溫性能得到提高，且10 μm硅藻土的改善效果更優(yōu)。

(4) 布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)表明，相同溫度條件下硅改瀝青比基質(zhì)瀝青的表觀粘度大，且10 μm硅藻土瀝青膠漿的粘度值大于35 μm硅藻土，再次說明10 μm硅藻土對瀝青的高溫改性作用優(yōu)于35 μm硅藻土。

[1] 栗海濤，趙小潔，岳晉偉，等.硅藻土改性瀝青性能影響因素的灰關(guān)聯(lián)理論分析[J]. 低碳世界，2013，(20)：308-309.

2016-01-18

張彬(1979-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，研究方向：道路橋梁。

U412

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1008-3383(2016)08-0017-02