无机微粉改性沥青的改性机理分析

摘要：普通道路沥青由于自身的组成和结构决定了其感温性能差,弹性和抗老化性能差,高温易流淌,低温易脆裂。而且在过去的10年中,车轴负荷和车流量增加、气候条件恶劣,难以满足高级公路的使用要求,必须对其改性以改善使用性能。在沥青或沥青混合料中加入天然或合成的有机或无机材料,熔融或分散在沥青中与沥青发生反应或裹覆在沥青集料表面,可以改善或提高沥青路面性能。

关键词：改性沥青 改性机理集料一、改性沥青的分类

在沥青的改性材料中,高分子聚合物是应用最广泛、研究最集中的一种。其他改性材料还有两大类:矿物质填料和添加剂。矿物质填料,如硅藻土、石灰、水泥、炭黑、硫磺、木质素、石棉和炭棉等,对沥青进行物理改性,可提高沥青抗磨耗性、内聚力和耐候性。添加剂,包括抗氧化剂和抗剥落剂,如有机酸皂、胺型或酚型抗氧化剂或阴、阳离子型或非离子型表面活性剂,可提高沥青粘附性、耐老化或抗氧化能力。聚合物改性沥青(PMA、PMB),按照改性剂的不同一般可分为3类：①热塑性橡胶类,即热塑性弹性体,主要是嵌段共聚物,如SBS、SIS、SE/BS,是目前普遍使用的道路沥青改性剂,并以SBS最多；②橡胶类,如NR、SBR、CR、BR、IR、EP-DM、IIR、SIR及SR等；③树脂类,如EVA、PE、PVC、PP及PS。

二、无机微粉改性沥青的改性机理

（一）纳米层状硅酸盐改性沥青的改性机理

膨润土是一种具有特殊层片结构的硅酸盐，层与层之间靠范德华力以及层间存在的金属离子的静电力结合在一起。在机械力的作用下，膨润土和沥青中不同分子量的分子以及高分子聚合物实现插层，同时由于膨润土的密度大于沥青，聚合物改性剂的密度小于沥青，因此加入膨润土后在某种程度上试图改善改性沥青的耐老化性能和储存稳定性。

（二）硅藻性沥青的改性机理

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物质所难以达到的性质。硅藻土小的粒径和好的分散作用提高了沥青混合料的粉胶比，使混合料形成坚实的整体而具有良好的稳定性。

由于硅藻土微粒具有极强的吸附能力，它与沥青相混合便将沥青吸附在硅藻微粒壳的表面，特别是树脂油份还将被吸入微粒空腔的所有孔隙内，形成机械锁力，使混合料的粘度增大、吸附性增强。

（三）硅粉改性沥青的改性机理

分析硅粉对沥青混凝土的改性机理，要从硅粉对基质沥青的改性机理的分析入手。改性剂对沥青进行改性的机理是使改性剂均匀地分布于沥青中，形成一定的空间网络结构。以硅粉作为沥青改性剂主要是基于这种机理，目的是使硅粉均匀地分散于沥青中，改善沥青的使用性能。

硅粉颗粒粒径微小，其颗粒形状呈球状，粒径较为平均，这使硅粉具有堆积密度低，空隙体积大的特点。第一，硅粉堆积密度低，填充量高，因此可以保证硅粉在沥青中达到良好的分散度。第二，硅粉粒径微小，使硅粉具有较高的比表面积。比表面积大，就意味着沥青和硅粉颗粒间的粘合面积大，两者间的分子力增大，从而增加结构沥青厚度，提高了粘结力；第三，硅粉颗粒间微空隙大，在提高硅粉比表面积的同时，也便于沥青的吸附和浸润，而沥青的充分浸润则有助于提高硅粉颗粒和沥青间的粘结力；第四，硅粉颗粒间的微空隙结构相当于微毛细管，会产生毛细作用，这也会增加硅粉颗粒与沥青间的界面作用力；综上所述，硅粉的加入对提高沥青的粘性，增加粘结力，对改善沥青性能有较大帮助。

（四）硫酸钙晶须改性沥青的改性机理

沥青与CaSO4晶须之间存在着分子量及化学结构的差异，因而属于热力学不相容体系，但这也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难达到的性质。

大多数无机非金属矿物填料具有一定的酸碱性，其表面有亲水性基团，并呈极性，容易吸附水分。而有机高分子聚合物则具有憎水性，两者相容性差。直接添加会造成分散不均，界面难以形成较好的粘结。CaSO4晶须表面由于有氧基团的存在使其呈较强的极性。对于CaSO4晶须要进行表面处理，亦即表面改性，就是指根据需要，用物理、化学的或者机械的方法对CaSO4晶须表面进行处理以改变其表面的理化性质，如表面晶体结构和官能团、表面能、表面电性、表面浸润性、表面吸附和反应等。通常，所指的CaSO4晶须表面改性处理是通过化学法使CaSO4晶须表面包覆一层有机化合物。从而使CaSO4晶须表面性质发生变化，使其由亲水疏油变成亲油疏水，增强与非极性表面的相容性。

（五）其他无机微粉改性沥青的改性机理

1、粉煤灰改性沥青的改性机理

可以将粉煤灰看作是添加到沥青这种分散相里面的分散介质，和沥青质一起作为胶团核心，影响着沥青中组分的变化，进而影响沥青的性质，改善或者是提高沥青混合料的路用性能。

2、炭黑改性沥青的改性机理

姚租康研究了表面处理过的炭黑加入到SBS改性沥青的性能变化，发现炭黑能增强SBS改性沥青的弹性恢复能力、高温性能丽又不甚损害低温性能。SBS和炭黑直接加入沥青中时对沥青性能影响很小，而橡胶与炭黑在混炼过程中，会产生强烈的结合。

三、结论

不同的改性剂具有不同的改性效果，得到的改性沥青可以满足不同的使用要求，改性剂的选择要根据实际路面工程可能出现的病害原因和对路面设计的具体要求进行。

参考文献：

[1]严家及.沥青材料性能学.人民交通出版社.1990.6

[2]刘怡．不同方式改性的膨润土吸附苯胺的比较研究．中国科学院研究生院博士学位论文．2006

[3]邹朋辉．交联改性膨润土的制备与表征．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2006

[4]Brule.Paving Asphalt Polymer Blends Relationships between Composition Structure and Properties.AAPT，vol，57，88.