硅藻土改性瀝青膠漿高低溫流變性能試驗研究

孟召明

(新疆希爾路橋工程有限公司， 新疆 烏魯木齊　830011)

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硅藻土改性瀝青膠漿高低溫流變性能試驗研究

孟召明

(新疆希爾路橋工程有限公司， 新疆 烏魯木齊830011)

摘要：對老化前后不同硅藻土摻量的硅藻土改性瀝青膠漿進行動態剪切流變試驗和彎曲梁流變試驗，研究硅藻土改性瀝青膠漿的高低溫流變性能。試驗結果顯示，隨著試驗溫度的升高，硅藻土改性瀝青膠漿的高溫性能逐漸降低，老化使瀝青膠漿的高溫性能削弱；隨著硅藻土摻量的增多，瀝青膠漿的相位角逐漸減小，復數模量和車轍因子逐漸增大，瀝青膠漿的高溫性能得到提升。用蠕變勁度評價硅藻土改性瀝青膠漿低溫性能時，硅藻土摻量越多對低溫性能越不利，而m值隨硅藻土摻量的增大表現出先減小后增大的變化趨勢，建議用m值評價硅藻土改性瀝青膠漿的低溫性能。

關鍵詞：道路工程； 瀝青膠漿； 硅藻土； 流變性能

0前言

硅藻土作為一種典型的無機材料，具有多孔、比表面積大、吸附性強、高熔點等優點，因此經常將其應用于瀝青膠漿的改性，能從一定程度上改善瀝青膠漿某方面的性能[1，2]?，F代膠漿理論認為，瀝青混合料是一種具有3級空間網絡結構的分散體系，而3級分散相中膠漿起著粘結集料和填充孔隙的作用，膠漿性能直接影響著瀝青路面的使用壽命[3-5]。同時硅藻土改性瀝青膠漿作為一種瀝青材料，具有瀝青材料的一切性質，荷載作用下時刻在進行著粘彈性質的演變，表現出較強的流變性質。對硅藻改性瀝青膠漿進行流變試驗研究，能很好地模擬車輛荷載作用下路面的受力狀況?；诖吮疚膭討B剪切流變試驗和彎曲梁流變試驗，研究不同硅藻土摻量時瀝青膠漿的高溫流變和低溫流變性能，為硅藻土瀝青膠漿的進一步研究提供參考。

1試驗

1.1原材料

瀝青選用AS90#基質瀝青，其主要技術指標見表1。選用粒徑分別為10 μm和30 μm的兩種硅藻土，為灰白色粉末，其主要化學成分見表2。

表1 基質瀝青基本技術指標類別針入度(25℃,100g,5s)/(0.1mm)軟化點/℃延度(5cm/min,5℃)/cm閃點/℃RTFOT后質量損失/%實測值83.043.514.52860.24技術標準80～100≥44—≥260.0±0.8

表2 硅藻土的化學組成%SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2K2O燒失量84.605.501.400.620.460.290.684.60

1.2試驗方法

1.2.1動態剪切試驗

利用Bohlin Gemin Ⅱ型動態剪切流變儀(DSR)測定硅藻土改性瀝青膠漿的復數模量G*和相位角δ，分別表征硅藻土改性瀝青膠漿的粘性和彈性性質，評價硅藻土改性瀝青膠漿的動態剪切流變效果。采用車轍因子G*/sinδ表征硅藻土改性瀝青膠漿的抗車轍能力，G*/sinδ越大表示抗車轍能力越強。試驗時采用應力控制模式，荷載頻率為10 rad/s，振動頻率1.59 Hz。

1.2.2彎曲梁流變試驗

成型尺寸為125 mm×12.5 mm×6.25 mm的標準硅藻土改性瀝青膠漿試件，利用彎曲梁流變儀(BBR)對其進行彎曲梁流變試驗，研究硅藻土改性瀝青膠漿的低溫流變性能。試驗時先對試件施加100 g荷載，作用時間1 s，使試件定位。然后卸載，并讓其恢復20 s，然后施加100 g荷載，保持240 s，用計算機記錄瀝青膠漿小梁的撓度，并繪制撓度與時間的關系曲線，計算蠕變勁度和m值。

2原材料試驗結果及分析

2.1高溫流變性能

對不同硅藻土摻量時，老化前后瀝青膠漿進行動態剪切流變試驗，測定相位角、復數模量和車轍因子，研究硅藻土改性瀝青膠漿的低溫流變性能，試驗結果如表3所示。

表3 硅藻土改性瀝青膠漿DSR試驗結果類別相位角/(°)復數模量/kPa車轍因子/kPa58℃64℃70℃58℃64℃70℃58℃64℃70℃老化前0%84.2985.9287.122.140.990.432.211.050.548%83.7585.4586.883.131.520.723.241.510.7910%83.5985.2486.603.761.640.933.911.790.9512%83.4885.1885.993.791.731.033.911.851.0214%83.7885.1085.754.141.951.104.252.051.07短期老化后0%80.0982.42—3.861.79—4.031.89—8%79.5581.2983.404.132.681.314.552.791.4110%78.3780.5583.194.393.341.644.713.191.7412%76.5080.1482.574.743.511.754.943.651.8814%76.1279.9582.508.013.891.968.244.052.03

從表3可以看出，當硅藻土摻量相同時，老化前后硅藻土改性瀝青膠漿的相位角隨溫度的升高而增大，復數模量和車轍因子都隨著溫度的升高而降低。當溫度由58 ℃升高至70 ℃時，所有瀝青膠漿的復數模量降低了75%左右，車轍因子也降低75%左右，表明和普通瀝青膠漿一樣，硅藻土改性瀝青膠漿也具有較強的溫度敏感性。這是因為，瀝青材料為典型的黏-彈-塑性材料，隨著溫度的升高瀝青逐漸軟化，彈性性質逐漸降低，粘性流動逐漸增強，因此相位角逐漸增大，復數模量和車轍因子逐漸降低。當其他條件相同時，經短期老化后硅藻土改性瀝青膠漿的相位角減小，而復數模量和車轍因子有所增大，表明老化使硅藻土改性瀝青膠漿的粘性比例下降，彈性比例增加。這是因為，老化改變了瀝青組成中各成分的相對比例，老化使瀝青中飽和芬和芳香芬等輕質組分含量降低，膠質和瀝青質相對含量上升，因此抗變形能力增強，表現為硅藻土改性瀝青膠漿相位角的減小，復數模量和車轍因子的增大。

當溫度相同時，老化前后隨著硅藻土摻量的增多，瀝青膠漿的相位角逐漸減小，復數模量和車轍因子逐漸增大，58 ℃時當硅藻土摻量由0%增大至10%和14%時，老化前瀝青膠漿的相位角分別降低了0.76°和0.51°，車轍因子分別升高1.70 kPa和2.04 kPa；老化后瀝青膠漿的相位角分別降低了1.72°和3.97°，車轍因子分別升高0.39 kPa和3.69 kPa。解釋其原因主要為，隨著硅藻土摻量的增多，一方面由瀝青包裹的硅藻土顆粒增多，結構瀝青比例增大，瀝青膠漿硬度、粘度增加；另一方面，硅藻土顆粒會阻礙瀝青分子的運動，且摻量越多阻礙作用越明顯，因此隨著硅藻土摻量的增多，瀝青膠漿的抗變形能力逐漸增強，相位角逐漸減小，復數模量和車轍因子逐漸增大。

2.2低溫流變性能

對不同硅藻土摻量時，老化前后瀝青膠漿進行低溫彎曲流變試驗，研究硅藻土改性瀝青膠漿的低溫流變性能，試驗結果如圖1所示。

從圖1可以看出，老化前后硅藻土改性瀝青膠漿的蠕變勁度大于基質瀝青，隨著硅藻土摻量的增多，改性瀝青膠漿的蠕變勁度逐漸增大，其中當硅藻土摻量在8%～12%之間時，勁度模量的增長趨

圖1　硅藻土改性瀝青膠漿BBR試驗結果

勢較平緩，而當硅藻土摻量大于12%時，蠕變勁度大幅增長。表明硅藻土的加入使瀝青膠漿變硬變脆，瀝青路面低溫時更容易出現開裂，因此從低溫性能角度考慮，硅藻土摻量不應該大于12%。當硅藻土摻量相同時，相比于老化前，老化后瀝青膠漿的蠕變勁度有所增大，瀝青膠漿硬度增大，脆性增強，路面更容易出現低溫開裂。

老化前后，硅藻土改性瀝青膠漿的m值隨著硅藻土摻量的增多出現先減小后增大的變化趨勢，當硅藻土摻量由0%增大至14%時，老化前瀝青膠漿的m值從0.56變為0.61，增大了8.9%。m值反映了瀝青膠結料在溫度應力作用下的變形速率，體現了瀝青膠結料的低溫松弛能力，m值越大表明瀝青膠漿的低溫松弛能力越好，由此表明硅藻土的加入能改善瀝青膠漿的低溫松弛能力。也說明用蠕變勁度和m值，評價硅藻土改性瀝青膠漿的低溫性能時的結果存在差別。相比于蠕變勁度，m值能更好地評價瀝青材料的低溫性能[6]，因此建議選用m值評價硅藻土改性瀝青膠漿的低溫性能。

3結論

利用動態剪切流變儀和彎曲梁流變儀，對不同硅藻土摻量的硅藻土改性瀝青膠漿的高溫和低溫流變性能展開研究。試驗結果表明，相同條件時，隨著溫度的升高瀝青膠漿的相位角逐漸增大，復數模量和車轍因子逐漸減小，老化后相位角有所減小，復數模量和車轍因子有所增大；隨著硅藻土摻量的增多，瀝青膠漿的相位角逐漸減小，復數模量和車轍因子逐漸增大，高溫性能得到改善。隨著硅藻土摻量的增多，蠕變勁度逐漸增大，其中當硅藻土摻量超過12%時，蠕變勁度大幅增加，低溫性能急劇降低；m值出現先減小后增大的變化趨勢，建議采用m值評價硅藻土改性瀝青膠漿的低溫性能。

參考文獻：

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[5] 鮑燕妮，蔣相華.硅藻土改性瀝青相容性研究[J].公路工程，2009，34(1)：90-93.

[6] 祝斯月，陳拴發，秦先濤，等.透水性瀝青路面高黏改性瀝青動態力學性能[J] .武漢理工大學學報，2012，34(12)：52-56.

文章編號：1008-844X(2016)02-0053-02

收稿日期:2015-11-16

作者簡介:孟召明( 1987-) ，男，主要從事路橋工程的施工及管理工作。

中圖分類號：U 414

文獻標識碼：B