硅藻土改性沥青机理与性能研究

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1、硅藻土改性沥青机理与性能研究【摘要】沥青路面是目前我国高等级公路路面结构主要形式之一，一般的沥青材料品质难以满足高等级沥青路面结构的要求，世界各国对此一直在进行广泛深入地研究。本文结合我国丰富的硅藻土资源，在沥青中掺加硅藻土作改性剂，深入研究硅藻土改性沥青混合料机理与性能，为改变局限于聚合物改性沥青的现状，发展以硅藻土为代表的矿物改性方面，合理利用硅藻土资源，提供理论依据。【关键词】硅藻土；改性沥青；路用性能Studyondiatomite-modifiedasphaltodifiedasphalt;Roadperformanc

2、e1.硅藻土改性沥青概念沥青自身存在着不可克服的特性，比如高温变软、低温变脆、加热易老化等，在我国现有的沥青中，产量大、覆盖面较宽的沥青，大多数的路用性能不能满足高等级公路的使用要求，这就需要通过外加手段来弥补沥青本身的不足，对沥青加以改性可以达到上述目的。沥青路面改性剂包括有机改性剂和无机改性剂两大种类，现今使用较多的改性剂是有机材料改性剂，即各种聚合物改性剂，尤其是SBS改性剂，具有较好的路用性能。但是，由于聚合物改性剂价格昂贵，有的还需要进口，其改性技术、设备以及施工工艺比较复杂，需要专业人员操作，制约了我国改性沥青路面的

3、发展。长期以来，人们把无机材料改性剂仅仅当作一种惰性填充物来看待，非常重视研究沥青或聚合物改性剂对沥青混凝土性能的影响，却忽视了填料在沥青混合料中所起的分散作用以及填料与沥青之间存在的界面化学作用，而事实上其它无机材料改性剂，如矿物填料，不仅可以改善沥青与矿料的界面作用，使沥青混凝土的性质发生变化，满足路用性能的要求，更重要的是无机材料改性沥青具有生产工艺简单、价格低廉、性能优良等特点，符合我国的国情需求。硅藻土(DIATEMITE)，如图1所示，是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由硅藻(一种单细胞的水生藻类)遗骸和软泥固结而成的

4、沉积岩。硅藻土无味无毒，具有体轻，质软，多孔，耐酸，比表面积大、化学性质稳定，热稳定性和吸收力强等特性，是一种被广泛应用在民用建筑里的绿色环保地材［1］。我国硅藻土资源丰富，仅次于美国，居世界第二位，全国保有硅藻土矿石储量4亿吨，远景储量达28亿吨。硅藻土沥青路面工艺简单，能显著增强路面的抗病害能力，新建与养护造价低，是国外公路路面的最佳改性材料，但在国内将硅藻土应用于公路改性沥青路面仍较少。图1散体硅藻土图2硅藻土改性沥青的显微镜照片硅藻土作为一种非金属矿，在我国尚属新型的沥青改性剂，但国外早在多年前就已将它作为良好的沥青改性

5、剂。国外从20世纪80年代就有加入沥青路面混合料中，改善沥青路面混合料的强度、粘性、热压缩致密性等性能的文献报道［2］。硅藻土是一种性能很稳定的工业矿物，具有表面粗糙，硬度较大，耐酸碱、耐磨、抗滑，独特的微孔结构和活性成份等特点，图2为硅藻土改性沥青的显微镜照片。硅藻土作为改性剂能够较好地改善沥青混合料的路用性能，主要体现在硅藻土改性沥青具有良好的稳定性、粘附性，可改善沥青及混合料的高温稳定性和低温抗开裂性，明显提高沥青路面的水稳性和抗疲劳、抗老化性能，同时与常规的聚合物改性沥青相比，硅藻土改性沥青在价格、生产工艺、储存方法上有

6、更大的优势。SBS等有机改性沥青路面初期建设费用昂贵，特别是复杂的生产工艺决定了其目前只限于我国高速公路尤其是重点工程的建设，除此以外的较低等级公路则不太符合工程实际。而硅藻土的良好改性性能已有大量试验可以证明，完全能够满足我国各等级公路的路用性能需要。长安大学鲍燕妮指出其成本增加可能仅是SBS改性沥青路面的1/8或者更少。其产生的经济效益相当可观，故硅藻土改性沥青应用于二级公路或低等级公路路面建设有更大的可行性和经济效益。2.硅藻土改性沥青机理2.1相容性。硅藻土做改性剂使改性沥青达到物理意义上的相容是很必要的。由于硅藻土在改

7、性时的物理共混作用与聚合物改性时有相似之处，因此，可以借鉴聚合物改性沥青相容性的作用机理和影响因素，分析硅藻土改性沥青的相容性。改性剂与沥青的相容性是决定改性效果和改性制作工艺的关键。沥青与硅藻土是一种共混现象，并与沥青形成均相物质。沥青与硅藻土存在分子量，化学结构上存在差异，因而属于热力学不相溶体系。这是改性沥青所期望的，由于不同组分相界面上的相互作用，使共混物具有了很多均相物质所不具有的性质。SamMaccrron认为：改性剂在沥青——改性剂体系中的理想状态是细分布而不是完全至溶［3］。所以对聚合物改性沥青来讲达到物理意义上

8、的相容是很有必要的，因此，道路工程上中的相容性可认为“聚合物改性剂以微细的颗粒与基质沥青发生反应或均匀、稳定地分散在基质沥青中，而不发生分层、凝聚或离析等现象”。试验表明，硅藻土与沥青之间存在极好的相容性，在合适的温度下，将硅藻土加入沥青，经过机械拌和，硅藻土和