疏水性纳米SiO2/SBS 复合改性沥青性能的研究

徐 楠 董伟智 周宏斌 张哲铭

（吉林建筑大学 交通科学与工程学院，长春 130118）

0 引言

沥青路面因其优越的使用性能而在全国的广泛应用[1]。但由于沥青材料自身存在低软化点、高针入度、冬季易脆裂，夏季易软化和温度稳定性差等缺点，使其较难满足高等级重交通路面的要求[2]，越来越多的路面发生车辙、裂缝和坑槽等早期病害。目前我国大部分地区普遍采用SBS 改性沥青，其高温、低温和水稳等性能要优于普通基质沥青,但仍存在较多的问题，SBS 改性沥青依然存在着一些局限性，最近这些年围绕着怎样提高SBS 改性沥青的技术性能展开了大量的研究[3-7]。通过研究证明，纳米材料作为一种新型的沥青改性剂，具有很好的物理性质和化学性质，在沥青中添加纳米材料可对沥青的性能有明显的改善，因此将纳米材料用于沥青改性能够有效改善沥青的路用性能[8]。目前,用于改善沥青路用性能的纳米材料主要有ZnO、TiO2等[9]，本文主要研究不同掺量的纳米SiO2对SBS 改性沥青的影响，纳米SiO2 作为一种亲水性材料，具有粒径小、比表面积大、密度小等特点。

1 实验

1.1 原材料

试验所用纳米SiO2材料由江苏淮安某新材料加工厂提供，其外观为白色粉末，如图1 所示；SBS 沥青由米沙子镇某工厂提供。相关技术指标如表1、表2 所示。

图1

表1 纳米SiO2技术指标

表2 SBS 沥青技术指标

1.2 试样制备

（1）将烘箱温度调至170℃左右，把SBS 沥青放入烘箱中，待沥青呈完全融化至流动状态。

（2）称取一定质量的疏水性纳米SiO2，将其倒入装有SBS 沥青的烧杯中，并用玻璃棒搅拌，直至粉末状的疏水性纳米SiO2完全溶解到沥青中。

（3）将改性沥青放入高速控温剪切乳化机中，如图1 所示，温度设定成170℃，在6000r/min 左右的转速下进行搅拌40min，制得纳米SiO2/SBS 改性沥青，纳米SiO2的掺量为1%-7%。

图2

1.3 改性沥青性能测试

按照上述的制备方法分别制备掺量为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%的纳米SiO2/SBS 改性沥青。并对其进行针入度、软化点、延度三大指标试验和布氏粘度试验；其中针入度试验是测试沥青的软硬程度、稠度，本文选择25℃作为试验温度，将试样置于恒温水浴中保温1.5h 后放入针入度试验仪进行试验，至少进行三次平行试验，对满足误差值的三个针入度值取平均值；软化点试验测定的是物质的软化温度，本文采用环球法进行，将试件制好后在低温水浴中保温15min 后放入软化点试验仪进行试验，进行两次平行试验，当测定值的误差符合允许误差要求时取其平均值；延度试验是评价沥青塑性的指标，用来评价沥青的低温性能，测试沥青5℃时延度，拉伸速度为1cm/min，将试样置于恒温水浴中保温1.5h 后放入延度仪的水槽中进行试验，进行三次平行试验取平均值。布氏粘度试验采用布洛克菲尔德黏度计法进行，试验温度为135℃。

2 结果与分析

2.1 疏水性纳米SiO2对SBS 沥青三大指标的影响

由图3（a）可知：随着纳米二氧化硅掺量的增加针入度呈现下降趋势，针入度越低，沥青粘性越大，纳米二氧化硅的掺入会使复合改性沥青逐渐变硬，有利于施工，在掺量为7%时针入度最小为6.2mm。由图3（b）可知：当纳米二氧化硅掺量从0 增加到3%时，曲线出现明显上升状态，软化点增幅达到5℃，当掺量过了3%后，虽然软化点仍在增加，但曲线渐缓，影响程度明显下降，6%之后还出现了下降，但是整体还是呈现上升趋势，说明了纳米二氧化硅掺量的增加可以一定程度上提高其高温稳定性。由图3（c）可知：随着纳米二氧化硅掺量的增加延度呈现先增大后减小的趋势，在掺量为4%时延度达到最大值，为50.8cm,对沥青低温性能有所提升，但是超过这个掺量后随着掺量的继续增加延度有所降低，原因是纳米粒子不会产生过大的变形，并且在拉力作用下，纳米粒子会与沥青基体发生脱黏，然后产生应力集中，因此改性沥青延度会有所下降[10]。

图3 纳米SiO2/SBS 改性沥青三大指标

2.2 疏水性纳米SiO2对SBS 沥青布氏粘度的影响

由图4 可知：随着纳米二氧化硅掺量的逐渐增加，纳米SiO2/SBS 改性沥青的布氏粘度呈现出逐渐增大的趋势，在掺量为4%时增长幅度最大，并且在掺量为7%时纳米SiO2/SBS 改性沥青的布氏粘度达到最大值，最高为2.26Pa·s。

图4 135℃布氏粘度实验结果

3 结论

（1）纳米二氧化硅的加入可以降低沥青的软化点，使沥青逐渐变硬，有利于机械施工；软化点随纳米二氧化硅掺量的增加整体呈现了上升趋势，提高了其高温稳定性；延度随纳米二氧化硅掺量的增加呈现先增大后下降的趋势，在掺量为4%时达到最大，沥青延度越大，低温性能越好。

（2）随着纳米二氧化硅掺量的逐渐增加，纳米SiO2/SBS 改性沥青的布氏粘度呈现出逐渐增大的趋势，并且在掺量为7%时纳米SiO2/SBS 改性沥青的布氏粘度达到最大值，最高为2.26Pa·s，但其粘度小于3Pa·s，符合使用要求。