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(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

傳統(tǒng)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(chǎn)及使用過程中易排放有毒氣體及能耗高等問題[1]。當(dāng)前，隨著大眾環(huán)保節(jié)能意識的增強，道路學(xué)者也在尋找一種能替代高分子聚合物的新型綠色環(huán)保改性材料。無機材料，如蒙脫土、炭黑、硅藻土等，具有環(huán)保、廉價及改性效果顯著等特點，目前正受到道路學(xué)者的廣泛關(guān)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(yīng)用于諸如環(huán)保、醫(yī)療、電磁等領(lǐng)域?；诖?，本文通過高速剪切共混法將電氣石粉摻加至基質(zhì)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(jìn)行高低溫性能分析，以探究電氣石粉對基質(zhì)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(zhì)瀝青，技術(shù)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(chǎn)自河北靈壽縣有限公司，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 電氣石粉的技術(shù)參數(shù)

制備方法：首先將基質(zhì)瀝青加熱至充分熔融狀態(tài)，再加入預(yù)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(zhuǎn)速對其進(jìn)行高速剪切，持續(xù)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(jié)果與討論

2.1 電氣石粉改性瀝青的高溫抗車轍性能

動態(tài)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(jié)料高溫抗車轍性能的測試方法。瀝青試樣在設(shè)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(shù)。經(jīng)過各國公路學(xué)者的探究與實踐，DSR被認(rèn)為與瀝青混合料的路用性能相關(guān)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(biāo)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(jié)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(xiàn)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(zhuǎn)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(dāng)溫度為64 ℃時，相比于基質(zhì)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(jìn)而提高瀝青的高溫穩(wěn)定性。

2.2 電氣石粉改性瀝青的低溫性能

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

由圖2可看出，改性瀝青的當(dāng)量脆點T1.2與電氣石粉摻量呈現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性，且隨著電氣石粉摻量的增大，改性瀝青的當(dāng)量脆點不斷增大，如摻量為17%的電氣石粉改性瀝青的當(dāng)量脆點比基質(zhì)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(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此有必要對其感溫性做出分析。針入度指數(shù)PI是用來反映瀝青的溫度敏感性的指標(biāo)，PI值越大，瀝青的溫度敏感性越小。本文選取針入度指數(shù)PI作為評價指標(biāo)，相應(yīng)的試驗結(jié)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(xiàn)出逐漸增大的變化趨勢，且均大于基質(zhì)瀝青，當(dāng)摻量為5%時，改性瀝青的PI值達(dá)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(nèi)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(jìn)一步增大，改性瀝青PI值的變化速率呈現(xiàn)出減小的趨勢，這可能是因為當(dāng)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(jié)語

本文通過高速剪切共混法將電氣石粉摻加至基質(zhì)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(jìn)行動態(tài)剪切流變試驗、低溫當(dāng)量脆點試驗及溫度敏感性試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，分析了電氣石粉對基質(zhì)瀝青的改性效果及改性機理，得到的主要結(jié)論如下：1)動態(tài)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(dāng)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(nèi)聚力與黏稠度，從而降低了瀝青的感溫性。