电气石粉改性沥青的高低温性能研究

项 思 齐

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

传统的沥青改性材料诸如SBS及SBR等高分子聚合物，虽然改性效果良好，但普遍存在生产及使用过程中易排放有毒气体及能耗高等问题[1]。当前，随着大众环保节能意识的增强，道路学者也在寻找一种能替代高分子聚合物的新型绿色环保改性材料。无机材料，如蒙脱土、炭黑、硅藻土等，具有环保、廉价及改性效果显著等特点，目前正受到道路学者的广泛关注[2,3]。

电气石粉是一种硅酸盐矿物，自身具有热电、压电及红外辐射等特性，目前已被广泛应用于诸如环保、医疗、电磁等领域。基于此，本文通过高速剪切共混法将电气石粉掺加至基质沥青中，获得一系列不同电气石粉掺量的改性沥青，并对其进行高低温性能分析，以探究电气石粉对基质沥青高低温性能的影响作用。

1 试验部分

本文采用辽河70号基质沥青，技术性能如下：针入度(25 ℃，100 g，5 s)/10-1mm：67.1；软化点/℃：46.8；延度(15 ℃)/mm:1 200；本文采用的电气石粉产自河北灵寿县有限公司，技术参数如表1所示。

表1 电气石粉的技术参数

制备方法：首先将基质沥青加热至充分熔融状态，再加入预先称量好的电气石粉，随后用高速剪切乳化机以4 000 r/min的转速对其进行高速剪切，持续约30 min，即得到纳米电气石粉掺量分别为5%，9%，13%及17%的改性沥青。

2 结果与讨论

2.1 电气石粉改性沥青的高温抗车辙性能

动态剪切流变试验(DSR)是由美国SHRP计划提出的一种用来评价沥青胶结料高温抗车辙性能的测试方法。沥青试样在设定的频率或温度下被不断剪切，然后获得沥青的粘弹性参数。经过各国公路学者的探究与实践，DSR被认为与沥青混合料的路用性能相关性较大，可以作为评价与表征沥青高温性能的方法。试验指标主要分为抗车辙因子G*/sinδ和相位角δ。其中，G*/sinδ值越大，表明沥青胶结料的高温抗车辙性能越好；而δ在同一温度条件下越低，表明沥青的粘性越好。

图1为不同电气石粉掺量的改性沥青G*/sinδ随温度变化的曲线图。由图1可以看出，随着温度由46 ℃上升至76 ℃，不同电气石粉掺量的改性沥青G*/sinδ均呈现降低的趋势，表明试验用的沥青样品都具有相似的温度敏感性，在高温下均会由弹性向粘性转变；在相同温度下，随着电气石粉掺量的增加，改性沥青的G*/sinδ值逐渐变大。比如，当温度为64 ℃时，相比于基质沥青，电气石粉掺量为5%，9%，13%，17%改性沥青的G*/sinδ依次增大了58.3%，102.4%，194.5%，288.7%，这表明在电气石粉的作用下，沥青在高温下的抗变形能力得到显著改善。这主要是因为电气石粉具有较大的比表面积，会吸附沥青中的油分，使得沥青体系的稠度与硬度变大，进而提高沥青的高温稳定性。

2.2 电气石粉改性沥青的低温性能

当量脆点T1.2可以较好地反映沥青胶结料的低温抗裂性能，不同电气石粉掺量的改性沥青当量脆点T1.2如图2所示。

由图2可看出，改性沥青的当量脆点T1.2与电气石粉掺量呈现出良好的线性相关性，且随着电气石粉掺量的增大，改性沥青的当量脆点不断增大，如掺量为17%的电气石粉改性沥青的当量脆点比基质沥青增加了72.3%，这表明电气石粉的掺入会影响沥青的低温柔性，造成沥青的低温抗裂性能下降。这主要是因为作为一种无机填料，电气石粉的硬度较大，这会使得沥青体系整体的稠度和硬度变大，沥青在低温条件下的柔性与弹性随之减弱。

2.3 电气石粉改性沥青的感温特性

沥青是一种对温度变化特别敏感的材料，其性能会随温度的改变而产生相应的变化，因此有必要对其感温性做出分析。针入度指数PI是用来反映沥青的温度敏感性的指标，PI值越大，沥青的温度敏感性越小。本文选取针入度指数PI作为评价指标，相应的试验结果如图3所示。

由图3可知，随着电气石粉掺量的增加，PI值曲线呈现出逐渐增大的变化趋势，且均大于基质沥青，当掺量为5%时，改性沥青的PI值达到了最大，这表明电气石粉的掺入能够明显改善沥青的温度敏感性能。这主要是因为，电气石粉的添加显著增加了沥青体系的内聚力与黏稠度，从而降低了沥青的感温性。而由图3可看出，随着电气石粉掺量的进一步增大，改性沥青PI值的变化速率呈现出减小的趋势，这可能是因为当电气石粉掺量过多时，其在沥青体系中的分散性较差所致。

3 结语

本文通过高速剪切共混法将电气石粉掺加至基质沥青中，制备得到一系列不同电气石粉掺量的改性沥青，并对其分别进行动态剪切流变试验、低温当量脆点试验及温度敏感性试验，根据试验结果，分析了电气石粉对基质沥青的改性效果及改性机理，得到的主要结论如下：1)动态剪切流变试验表明，随着电气石粉掺量的增加，改性沥青的G*/sinδ值逐渐变大，表明电气石粉的掺入能显著改善沥青的高温抗车辙性能。2)低温当量脆点试验表明，随着电气石粉掺量的增加，改性沥青的G*/sinδ值逐渐变大，表明电气石粉的掺入会影响沥青的低温柔性，造成沥青的低温抗裂性能下降。3)感温试验表明，电气石粉的添加显著增加了沥青体系的内聚力与黏稠度，从而降低了沥青的感温性。