電氣石粉改性瀝青的高低溫性能研究

項 思 齊

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

傳統的瀝青改性材料諸如SBS及SBR等高分子聚合物，雖然改性效果良好，但普遍存在生產及使用過程中易排放有毒氣體及能耗高等問題[1]。當前，隨著大眾環保節能意識的增強，道路學者也在尋找一種能替代高分子聚合物的新型綠色環保改性材料。無機材料，如蒙脫土、炭黑、硅藻土等，具有環保、廉價及改性效果顯著等特點，目前正受到道路學者的廣泛關注[2,3]。

電氣石粉是一種硅酸鹽礦物，自身具有熱電、壓電及紅外輻射等特性，目前已被廣泛應用于諸如環保、醫療、電磁等領域。基于此，本文通過高速剪切共混法將電氣石粉摻加至基質瀝青中，獲得一系列不同電氣石粉摻量的改性瀝青，并對其進行高低溫性能分析，以探究電氣石粉對基質瀝青高低溫性能的影響作用。

1 試驗部分

本文采用遼河70號基質瀝青，技術性能如下：針入度(25 ℃，100 g，5 s)/10-1mm：67.1；軟化點/℃：46.8；延度(15 ℃)/mm:1 200；本文采用的電氣石粉產自河北靈壽縣有限公司，技術參數如表1所示。

表1 電氣石粉的技術參數

制備方法：首先將基質瀝青加熱至充分熔融狀態，再加入預先稱量好的電氣石粉，隨后用高速剪切乳化機以4 000 r/min的轉速對其進行高速剪切，持續約30 min，即得到納米電氣石粉摻量分別為5%，9%，13%及17%的改性瀝青。

2 結果與討論

2.1 電氣石粉改性瀝青的高溫抗車轍性能

動態剪切流變試驗(DSR)是由美國SHRP計劃提出的一種用來評價瀝青膠結料高溫抗車轍性能的測試方法。瀝青試樣在設定的頻率或溫度下被不斷剪切，然后獲得瀝青的粘彈性參數。經過各國公路學者的探究與實踐，DSR被認為與瀝青混合料的路用性能相關性較大，可以作為評價與表征瀝青高溫性能的方法。試驗指標主要分為抗車轍因子G*/sinδ和相位角δ。其中，G*/sinδ值越大，表明瀝青膠結料的高溫抗車轍性能越好；而δ在同一溫度條件下越低，表明瀝青的粘性越好。

圖1為不同電氣石粉摻量的改性瀝青G*/sinδ隨溫度變化的曲線圖。由圖1可以看出，隨著溫度由46 ℃上升至76 ℃，不同電氣石粉摻量的改性瀝青G*/sinδ均呈現降低的趨勢，表明試驗用的瀝青樣品都具有相似的溫度敏感性，在高溫下均會由彈性向粘性轉變；在相同溫度下，隨著電氣石粉摻量的增加，改性瀝青的G*/sinδ值逐漸變大。比如，當溫度為64 ℃時，相比于基質瀝青，電氣石粉摻量為5%，9%，13%，17%改性瀝青的G*/sinδ依次增大了58.3%，102.4%，194.5%，288.7%，這表明在電氣石粉的作用下，瀝青在高溫下的抗變形能力得到顯著改善。這主要是因為電氣石粉具有較大的比表面積，會吸附瀝青中的油分，使得瀝青體系的稠度與硬度變大，進而提高瀝青的高溫穩定性。

2.2 電氣石粉改性瀝青的低溫性能

當量脆點T1.2可以較好地反映瀝青膠結料的低溫抗裂性能，不同電氣石粉摻量的改性瀝青當量脆點T1.2如圖2所示。

由圖2可看出，改性瀝青的當量脆點T1.2與電氣石粉摻量呈現出良好的線性相關性，且隨著電氣石粉摻量的增大，改性瀝青的當量脆點不斷增大，如摻量為17%的電氣石粉改性瀝青的當量脆點比基質瀝青增加了72.3%，這表明電氣石粉的摻入會影響瀝青的低溫柔性，造成瀝青的低溫抗裂性能下降。這主要是因為作為一種無機填料，電氣石粉的硬度較大，這會使得瀝青體系整體的稠度和硬度變大，瀝青在低溫條件下的柔性與彈性隨之減弱。

2.3 電氣石粉改性瀝青的感溫特性

瀝青是一種對溫度變化特別敏感的材料，其性能會隨溫度的改變而產生相應的變化，因此有必要對其感溫性做出分析。針入度指數PI是用來反映瀝青的溫度敏感性的指標，PI值越大，瀝青的溫度敏感性越小。本文選取針入度指數PI作為評價指標，相應的試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著電氣石粉摻量的增加，PI值曲線呈現出逐漸增大的變化趨勢，且均大于基質瀝青，當摻量為5%時，改性瀝青的PI值達到了最大，這表明電氣石粉的摻入能夠明顯改善瀝青的溫度敏感性能。這主要是因為，電氣石粉的添加顯著增加了瀝青體系的內聚力與黏稠度，從而降低了瀝青的感溫性。而由圖3可看出，隨著電氣石粉摻量的進一步增大，改性瀝青PI值的變化速率呈現出減小的趨勢，這可能是因為當電氣石粉摻量過多時，其在瀝青體系中的分散性較差所致。

3 結語

本文通過高速剪切共混法將電氣石粉摻加至基質瀝青中，制備得到一系列不同電氣石粉摻量的改性瀝青，并對其分別進行動態剪切流變試驗、低溫當量脆點試驗及溫度敏感性試驗，根據試驗結果，分析了電氣石粉對基質瀝青的改性效果及改性機理，得到的主要結論如下：1)動態剪切流變試驗表明，隨著電氣石粉摻量的增加，改性瀝青的G*/sinδ值逐漸變大，表明電氣石粉的摻入能顯著改善瀝青的高溫抗車轍性能。2)低溫當量脆點試驗表明，隨著電氣石粉摻量的增加，改性瀝青的G*/sinδ值逐漸變大，表明電氣石粉的摻入會影響瀝青的低溫柔性，造成瀝青的低溫抗裂性能下降。3)感溫試驗表明，電氣石粉的添加顯著增加了瀝青體系的內聚力與黏稠度，從而降低了瀝青的感溫性。