硅藻土的性质及其改性特性分析

李 剑

(黑龙江工程学院 ，黑龙江 哈尔滨 150001)



硅藻土的性质及其改性特性分析

李 剑

(黑龙江工程学院 ，黑龙江 哈尔滨 150001)

系统地研究硅藻土改性沥青的配合比、路用性能、改性机理、施工工艺，以及如何在高寒地区进行推广和应用。

硅藻土；改性沥青；路用性能；高寒地区

1 硅藻土的基本特点

1.1 硅藻土的物理性质

(1)硅藻土颗粒的粒径

硅藻是以颗粒作为基本单元，而粒径则是衡量硅藻精土的重要指标。不同用途的硅藻土填料，对应的颗粒粒径存在差别。在沥青混合料中使用的硅藻土，通常情况下是硅藻含量80%以上的硅藻精土，其颗粒粒径是10～40 μm。由于颗粒粒径较小，有利于硅藻土与沥青均匀地混合，分散作用较好，因此硅藻土可以作为增加沥青路面强度的合格填料。

(2)硅藻细胞的微观结构

硅藻土是由上、下两个硅藻细胞壳扣和而成，其微观形式大致可分为两种形态：一种是壳面呈辐射对称形式的圆形，另一种是壳面呈两侧对称形式的呈针、线和棒型。通常情况下，硅藻细胞的外壳壁上含有点纹、线纹和助纹等纹路，一般线纹附近的小孔直径约为20～100 μm，壳缝尺寸为125 μm左右，硅藻土内部的孔隙度达90%～92%。正是由于硅藻土细胞内部存在大量的空隙，使得硅藻土与沥青之间拥有较好的粘附性，其使用性能得到保障。

(3)硅藻土的颜色

正常的硅藻土其颜色多为白色、灰色、灰白色或者浅灰褐色等，值得注意的是，其颜色越深，说明硅藻土内的杂质含量越高。向硅藻土中掺入沥青之后，硅藻土的颜色将产生变化，使沥青路面的色调变得更加柔和。在采用了硅藻土之后，由于其自身多孔结构，沥青路面将不再油亮，降低了基质沥青反光，汽车的日间行驶变得更加安全。

(4)堆积密度

堆积密度主要是指，在特定条件下单位体积原状土的重量。对于硅藻土，其堆积密度越大，说明原状土的质量越差，硅藻土质量不佳。一般情况下，我国硅藻土的平均堆积密度为0.34～0.65 g/cm2，堆积密度越小越有利于硅藻土将沥青混合料的微小空隙填充满。

(5)比表面积

经过对建筑材料的研究可知，填料的很多性质均与颗粒的比表面积相关。硅藻土的表面积大约为19～65 m2/g，该数值的大小一般与藻类种属有直接关系，而与颗粒粒径大小的关系不大，亦或可以认为与硅藻土的粉碎程度相关度不大。作为多孔填料的硅藻土，其内部表面远比外部表面大，因此硅藻土的总比表面是由内表面积所代表。正因如此，硅藻土拥有了极强的吸附能力以及附着强度，能够有效地的减小基质沥青的流动性，可以提升路面的抗滑指标。

(6)硬度

硬度是硅藻土改性沥青路面在应用中的又一优势。一般情况下，不同硬度的填料加入沥青混合料中会对混合料的强度、耐磨性、延展性以及加工条件产生一系列的影响。硅藻土本身属于软质填料，常规状态下，硅藻土壳壁莫氏硬度的最低值在4.5～5.5之间，然而当添加到热沥青中后，在高温作用下硅藻土的莫氏硬度可提升到5.6～6.0左右。

1.2 硅藻土的化学性质

从化学成分角度分析，由于硅藻土是一种生物成因的蛋白石，因此在实验室对其进行成分测定时，主要成分包括非晶体的SiO2、Al2O3、Fe2O3，次要成分包括CaO、MgO、K2O、Na2O等等，此外，在成分中还发现了少量的MnO、TiO2、P2O5等物质。

2 硅藻土改性沥青混合料改性特性分析

2.1 硅藻土与沥青的相容性

决定改性效果和改性工艺的关键因素，是改性剂与沥青的相容性。这里所涉及的相容性，可以从不同角度理解。在热力学中，相容性主要是指：两种或两种以上不同物质，以任意比例混合均可以获得均相物质的能力；在物理学中，相容性是指：两种物质混溶之后，可以形成一个不发生分层或者相分离的稳定体系。在改性沥青中，改性剂均匀地分布在基质沥青中，严格意义上讲，属于物理意义上的相容。

硅藻土与沥青的相容，实质上是一种共混的现象，硅藻土可以与沥青形成均相物质。沥青与硅藻土在分子量，化学结构等方面均存在较大差别，因此严格意义上讲，二者构成热力学不相溶体系。改性沥青恰好利用该性质，在不同组分界面相互作用的前提下，沥青与硅藻土的共混物拥有了其他均相物质不具备的性质。

2.2 硅藻土与沥青的分散度

分散度是指，改性剂在沥青中的分布状态及其分散粒子的尺寸。实践表明，硅藻土在沥青中的分散性较好，主要原因是，硅藻土内部存在30%～40%相对孤立的“非聚结”颗粒，在与沥青接触的过程中，非聚结颗粒相互排斥，不发生凝结现象。因此，选用改性剂重点是要考察其能否在沥青中均匀分布，不发生结团的现象。

在以小剂量掺入硅藻土后，经过常规拌合，硅藻土能够均匀地分散在沥青中，经过显微镜观测，硅藻土在沥青中分布均匀，未发生结团的现象，在不断增加硅藻土数量时，硅藻就会发生分布不均匀和结团现象，并产生离析现象。

2.3 硅藻土与沥青的吸附性

如前所述，硅藻土自身的比表面积大，吸附性强，而沥青自身属于高分子混合物。由于组成沥青的成分较多、各个成分间的物理化学性质差别较大，沥青微观上表现出性状不均匀的特性。硅藻土与沥青的组合，充分发挥了硅藻土微粒极强的吸附能力的优势，因为硅藻土能够将沥青吸附在硅

藻分子的表面，形成机械锁力，进一步提升组合物的粘度和吸附性。当加入集料后，实现了沥青路面的强度提升。

由于硅藻土的微粒细小，根据能量最低原理，该类材质的表面能量极高，体系有自动降低表面能的趋势。通常情况下，该种状态可以通过两种方式完成：一是利用表面积的减小来减小其表面自由能；二是通过吸附周围结构相近的物质来降低自身的表面能。在硅藻土改性沥青中，由于沥青成分吸附于硅藻土的面层，形成吸附层，在降低硅藻土颗粒表面能的同时，提高了改性沥青的稳定性。

此外，不同类型的沥青对改性剂也具有亲和性，我国出产的沥青芳香烃的含量普遍偏高，而芳香烃易被硅藻土吸附，因此在改性剂选取时，硅藻土改性效果更为理想。

2.4 硅藻土改性沥青混合料路用性能的改善特性

(1)硅藻土改性沥青混合料强度的增加特性；

(2)硅藻土改性沥青混合料减振性增强的特性；

(3)硅藻土改性沥青路面安全性能提高的特性；

(4)硅藻土增强改性沥青混合料的水稳定性的特性；

(5)硅藻土提高改性沥青混合料高、低温稳定性的特性；

(6)硅藻土可以提高改性沥青路面防滑能力的特性。

[1] 陈天泉, 张益, 邓秋红. 硅藻土改性沥青扫面电镜分析[J]. 城市建设理论研究, 2014, (2):13-15.

[2] 郑木莲, 程承, 王彦峰,等. 基于提高路面反照率的沥青路面降温技术试验研究[J]. 公路交通科技：应用技术版,2012,(9) : 55-57.

[3] 陈卫峰, 高培伟,李小燕. 新型硅藻土改性剂对沥青混合料路用性能的影响[J]. 材料科学与工程学报, 2007, 25(4): 578-581.

2016-04-12

李剑，讲师，研究方向：交通工程。

寒区道路工程技术实验室开放课题合同书(黑龙江省普通高校重点实验室)项目，冻融作用下路面性能稳定控制技术研究，项目编号：H0RF-12-06。

U416.1

C

1008-3383(2016)08-0019-02