硅藻土矿粉用作沥青改性剂的研究

2016-12-20张彬

黑龙江交通科技 2016年8期

关键词：胶浆针入度硅藻土

张彬

(内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 024005)

硅藻土矿粉用作沥青改性剂的研究

张彬

(内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 024005)

近些年来随着对沥青路面性能要求越来越高，我们经常对传统沥青添加改性剂来提高它的路用性能。硅藻土孔隙度大，延伸性强，抗冲击、拉伸、撕裂强度较高。同时硅藻土在我国储存量较大，取材简便。本试验中用10 μm硅藻土、90#沥青和矿粉制成三种沥青胶浆，分别为硅藻土沥青胶浆，矿粉沥青胶浆以及硅藻土矿粉混合沥青胶浆。首先对沥青胶浆进行三大指标的常规试验，计算出三种胶浆的针入度指数，当量软化点和当量脆点，通过以上实验我们可以得知加入硅藻土可以提高沥青胶浆的感温性及高低温性能。

硅藻土；性能试验；沥青胶浆；改性材料；矿粉

1 试验设计

1.1 试验方案

本次试验主要是对矿粉沥青胶浆、硅藻土沥青胶浆和矿粉硅藻土沥青胶浆的力学性能进行对比研究。本文通过沥青三大指标试验比较其高、低温性能；通过弹性恢复试验来比较沥青胶浆的弹性恢复性能；然后进行离析试验来评价改性剂与基质沥青的相容性和稳定性；进行吸附性试验来评价沥青胶浆对粗集料和细集料粘附的效果；最后进行布氏粘度试验测出沥青胶浆的表观粘度从而评价改性沥青胶浆的耐高温性能。试验所用的沥青种类是盘锦-AH90#沥青，并选用10 μm的硅藻土。其技术指标如下：

表1 沥青性能指标

表2 硅藻土性能指标

1.2 试验步骤及方法

(1)沥青胶浆常规试验

第一个试验首先用机械搅拌法制备沥青胶浆，制备过程如下：①用盛样皿称取一定质量制备好的基质沥青，在密闭电炉中加热到135 ℃，直至沥青呈流动状态，便于搅拌；将硅藻土和矿粉在135 ℃温度环境中烘干至恒重并保温至少4 h。②用高速剪切搅拌机将135 ℃的沥青搅拌均匀，搅拌速度为600 r/min左右，分别将10%的硅藻土，10%的矿粉以及含有10%硅藻土的10%的矿粉取所需质量的填料，缓缓加到沥青里，填料加入完成后保持转速不变继续搅拌10 min，以使填料与沥青充分混合，直至填料充分溶解，沥青中无结团，搅拌均匀后随即浇注改性沥青胶浆试模。随后对制备完的沥青胶浆进行三大指标测定。

(2)硅藻土沥青胶浆性能试验

第二个试验对硅藻土改性沥青胶浆试验进行性能分析:①本文拟采用布氏旋转粘度计，用21号转子，转速为50 r/min。分别测定基质沥青、10 μm硅藻土、矿粉、硅藻土和矿粉沥青胶浆在135 ℃、145 ℃、155 ℃和165 ℃条件下的表观粘度，每种沥青胶浆中填料的掺量都为10%,并进行各沥青胶浆下粘温性能分析。②本试验采用一字试模，用延度仪以5 cm/min的速度拉伸10 cm，立即用剪刀将试件在中间剪短，水中静置一小时后将试件两端轻轻捋直，测断口之间的距离，并用公式(2)计算弹性恢复值，对比分析各沥青胶浆弹性恢复率。

2 实验结果与分析

2.1 沥青胶浆常规评价指标

(1)感温性

在本实验中通过测定各种沥青胶浆在30 ℃、25 ℃及15 ℃下的针入度，

logP=AT+K

(1)

式中：P为沥青胶浆的针入度，0.1 mm；A为针入度-温度感应性系数；T为温度，℃；K为回归系数。

(2)低温性能

当量脆点T1.2及5 ℃延度可以表示沥青的低温性能，当量脆点T1.2是指沥青的针入度为1.2(0.1 mm)时对应的温度，其计算公式为

(2)

式中：A，K为意义同前。

(3)高温性能

软化点和当量软化点T800可以表示沥青的高温性能，当量软化点T800指针入度值为800(0.1 mm)时的温度

(3)

式中：A，K为意义同前。

由实验一得出各沥青胶浆常规性能指标，针入度、软化点及延度的实验数据如表1、图1、图2所示。

表1 不同改性沥青针入度试验各指标计算值

图1 不同沥青胶浆软化点

图2 不同沥青沥青胶浆延度

分析图1得：无论是哪种沥青，针入度都随着温度的增加而增大，其中基质沥青增加的幅度最大。在同一温度水平上，与基质沥青相比，无论是加入硅藻土还是加入矿粉沥青的针入度都有所下降。在同一温度水平上，矿粉改性沥青比硅藻土改性沥青的针入度值降低较多，说明矿粉使沥青变稠硬的效果胜于硅藻土， 15 ℃时，三种改性沥青胶浆与基质沥青的针入度相近，略有降低。分析图2得：各沥青胶浆的软化点值符合规范要求，相对基质沥青，改性沥青胶浆的软化点均有所提高，硅藻土提高了8.8%，矿粉的提高了10.8%，后者提升幅度比较大，表明掺入硅藻土后，沥青胶浆的高温稳定性得到明显改善，但矿粉对沥青改善的效果更大，硅藻土沥青胶浆的高温稳定性不如矿粉胶浆。分析图3得：无机改性沥青较基质沥青延度有所降低，其原因是填料会阻碍沥青大分子的流动，使沥青变硬，延性减小，且根据第三组改性沥青胶浆的延度值可知，矿粉降低的程度比硅藻土降低的程度大。

由实验结果分析可见，硅藻土和矿粉的加入对沥青的高温型和感温性能都有一定的改善，且在这两方面硅藻土对沥青的改善效果均不及矿粉，然而在低温性方面，硅藻土对沥青的改善效果要优于矿粉。同时，三大指标试验也有一些缺点，如试验数据的离散性较大，相关性较差，未能很好地比较不同改性物质对沥青的影响情况，可能的原因是改性沥青的相容机理及改性颗粒颗粒与沥青的相互作用过程与聚合物改性沥青有所区别，因此，不能完全按照普通沥青和聚合物改性沥青的试验方法来评价无机沥青的性能好坏。

2.2 硅藻土沥青胶浆性能评价指标

由试验二得出沥青胶浆粘度以及弹性恢复率指标，实验数据如图3、图4所示。

图3 各沥青胶浆粘度随温度变化曲线

图4 各沥青胶浆弹性恢复率

分析图4得：(1) 在相同温度条件下，硅藻土和矿粉沥青胶浆的表观粘度均大于基质沥青，表明无机改性剂的掺入提高了沥青的粘度，其原因是由于硅藻土和矿粉大的比表面积，使其与沥青的接触面积也相应增大，能够吸附稳定更多的沥青，形成较厚的结构沥青层，并相应地减少了自由沥青成分，因此改性沥青的粘度提高。(2) 相同温度下，矿粉沥青胶浆的表观粘度比硅藻土的大，说明矿粉改善沥青高温粘度的效果更好。(3) 各种沥青胶浆的表观粘度随温度升高而逐渐减小。