疏水性納米SiO2/SBS 復(fù)合改性瀝青性能的研究

徐 楠 董偉智 周宏斌 張哲銘

（吉林建筑大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130118）

0 引言

瀝青路面因其優(yōu)越的使用性能而在全國的廣泛應(yīng)用[1]。但由于瀝青材料自身存在低軟化點(diǎn)、高針入度、冬季易脆裂，夏季易軟化和溫度穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，使其較難滿足高等級重交通路面的要求[2]，越來越多的路面發(fā)生車轍、裂縫和坑槽等早期病害。目前我國大部分地區(qū)普遍采用SBS 改性瀝青，其高溫、低溫和水穩(wěn)等性能要優(yōu)于普通基質(zhì)瀝青,但仍存在較多的問題，SBS 改性瀝青依然存在著一些局限性，最近這些年圍繞著怎樣提高SBS 改性瀝青的技術(shù)性能展開了大量的研究[3-7]。通過研究證明，納米材料作為一種新型的瀝青改性劑，具有很好的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，在瀝青中添加納米材料可對瀝青的性能有明顯的改善，因此將納米材料用于瀝青改性能夠有效改善瀝青的路用性能[8]。目前,用于改善瀝青路用性能的納米材料主要有ZnO、TiO2等[9]，本文主要研究不同摻量的納米SiO2對SBS 改性瀝青的影響，納米SiO2 作為一種親水性材料，具有粒徑小、比表面積大、密度小等特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)所用納米SiO2材料由江蘇淮安某新材料加工廠提供，其外觀為白色粉末，如圖1 所示；SBS 瀝青由米沙子鎮(zhèn)某工廠提供。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1、表2 所示。

圖1

表1 納米SiO2技術(shù)指標(biāo)

表2 SBS 瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 試樣制備

（1）將烘箱溫度調(diào)至170℃左右，把SBS 瀝青放入烘箱中，待瀝青呈完全融化至流動(dòng)狀態(tài)。

（2）稱取一定質(zhì)量的疏水性納米SiO2，將其倒入裝有SBS 瀝青的燒杯中，并用玻璃棒攪拌，直至粉末狀的疏水性納米SiO2完全溶解到瀝青中。

（3）將改性瀝青放入高速控溫剪切乳化機(jī)中，如圖1 所示，溫度設(shè)定成170℃，在6000r/min 左右的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行攪拌40min，制得納米SiO2/SBS 改性瀝青，納米SiO2的摻量為1%-7%。

圖2

1.3 改性瀝青性能測試

按照上述的制備方法分別制備摻量為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%的納米SiO2/SBS 改性瀝青。并對其進(jìn)行針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)試驗(yàn)和布氏粘度試驗(yàn)；其中針入度試驗(yàn)是測試瀝青的軟硬程度、稠度，本文選擇25℃作為試驗(yàn)溫度，將試樣置于恒溫水浴中保溫1.5h 后放入針入度試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，至少進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，對滿足誤差值的三個(gè)針入度值取平均值；軟化點(diǎn)試驗(yàn)測定的是物質(zhì)的軟化溫度，本文采用環(huán)球法進(jìn)行，將試件制好后在低溫水浴中保溫15min 后放入軟化點(diǎn)試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)行兩次平行試驗(yàn)，當(dāng)測定值的誤差符合允許誤差要求時(shí)取其平均值；延度試驗(yàn)是評價(jià)瀝青塑性的指標(biāo)，用來評價(jià)瀝青的低溫性能，測試瀝青5℃時(shí)延度，拉伸速度為1cm/min，將試樣置于恒溫水浴中保溫1.5h 后放入延度儀的水槽中進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)行三次平行試驗(yàn)取平均值。布氏粘度試驗(yàn)采用布洛克菲爾德黏度計(jì)法進(jìn)行，試驗(yàn)溫度為135℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 疏水性納米SiO2對SBS 瀝青三大指標(biāo)的影響

由圖3（a）可知：隨著納米二氧化硅摻量的增加針入度呈現(xiàn)下降趨勢，針入度越低，瀝青粘性越大，納米二氧化硅的摻入會(huì)使復(fù)合改性瀝青逐漸變硬，有利于施工，在摻量為7%時(shí)針入度最小為6.2mm。由圖3（b）可知：當(dāng)納米二氧化硅摻量從0 增加到3%時(shí)，曲線出現(xiàn)明顯上升狀態(tài)，軟化點(diǎn)增幅達(dá)到5℃，當(dāng)摻量過了3%后，雖然軟化點(diǎn)仍在增加，但曲線漸緩，影響程度明顯下降，6%之后還出現(xiàn)了下降，但是整體還是呈現(xiàn)上升趨勢，說明了納米二氧化硅摻量的增加可以一定程度上提高其高溫穩(wěn)定性。由圖3（c）可知：隨著納米二氧化硅摻量的增加延度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在摻量為4%時(shí)延度達(dá)到最大值，為50.8cm,對瀝青低溫性能有所提升，但是超過這個(gè)摻量后隨著摻量的繼續(xù)增加延度有所降低，原因是納米粒子不會(huì)產(chǎn)生過大的變形，并且在拉力作用下，納米粒子會(huì)與瀝青基體發(fā)生脫黏，然后產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此改性瀝青延度會(huì)有所下降[10]。

圖3 納米SiO2/SBS 改性瀝青三大指標(biāo)

2.2 疏水性納米SiO2對SBS 瀝青布氏粘度的影響

由圖4 可知：隨著納米二氧化硅摻量的逐漸增加，納米SiO2/SBS 改性瀝青的布氏粘度呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，在摻量為4%時(shí)增長幅度最大，并且在摻量為7%時(shí)納米SiO2/SBS 改性瀝青的布氏粘度達(dá)到最大值，最高為2.26Pa·s。

圖4 135℃布氏粘度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）納米二氧化硅的加入可以降低瀝青的軟化點(diǎn)，使瀝青逐漸變硬，有利于機(jī)械施工；軟化點(diǎn)隨納米二氧化硅摻量的增加整體呈現(xiàn)了上升趨勢，提高了其高溫穩(wěn)定性；延度隨納米二氧化硅摻量的增加呈現(xiàn)先增大后下降的趨勢，在摻量為4%時(shí)達(dá)到最大，瀝青延度越大，低溫性能越好。

（2）隨著納米二氧化硅摻量的逐漸增加，納米SiO2/SBS 改性瀝青的布氏粘度呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，并且在摻量為7%時(shí)納米SiO2/SBS 改性瀝青的布氏粘度達(dá)到最大值，最高為2.26Pa·s，但其粘度小于3Pa·s，符合使用要求。