路勇、李華峰

（聊城市公路事業(yè)發(fā)展中心,山東聊城252000）

1 改性瀝青的作用與性能

1.1 改性瀝青的定義

瀝青是由不同分子量的碳氫化合物組成的復(fù)雜混合物，它是一種大分子的具有防水防潮性質(zhì)的有機材料，天然瀝青存于地下，還有一些是經(jīng)過石油蒸餾取得，改性瀝青是指在瀝青中加入某些高分子聚合物或者改良劑，來對原瀝青進行加工改造制成瀝青結(jié)合料，使它的使用性能得到改善和提升。改性瀝青的機理有兩種：一是改變?yōu)r青的化學(xué)組成，二是改性劑，化學(xué)性質(zhì)不改變，使混合分子均勻地分布于瀝青中，形成一定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.2 改性瀝青的分類及作用

1.2.1 改性瀝青的分類

橡膠及熱塑性彈性體改性瀝青。主要是天然的橡膠改性瀝青，有較高的持久抗變形能力。

合成類橡膠改性瀝青。例如，塑料等聚乙烯改性瀝青，它具有較高的抗低溫變形能力。

加入改良劑的瀝青結(jié)合料。通常是指對基礎(chǔ)瀝青進行性能提升，加入納米碳酸該等改良劑來提升基礎(chǔ)瀝青的性能指標(biāo)，使其更好地被應(yīng)用到道路建設(shè)中。

1.2.2 改性瀝青的應(yīng)用

改性瀝青主要應(yīng)用于高檔建筑物的防水工程和公路網(wǎng)的養(yǎng)護建設(shè)中，用于機場的跑道、防水橋面、停車場、運動場、大型的交通路面、交叉路口和路面轉(zhuǎn)彎處等特殊場合。

2 納米碳酸鈣與瀝青的研究分析

2.1 納米碳酸鈣的作用及用途

納米碳酸鈣是指超細的粉末碳酸鈣，其粒度介于0.01～0.1μm 之間，由于碳酸鈣分子的超細化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，它廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、油墨等產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中。

在塑料工業(yè)中可以改善塑料母料的流動性，提高成型性，用作塑料填料，具有增韌補強的作用。

在油墨產(chǎn)品中體現(xiàn)出了優(yōu)異的分散性、透明性以及光澤性、優(yōu)異的油墨吸收性和高干燥性，在紙型油墨中作油墨填料可以提高油墨的光潔度，用于高速印刷。

納米碳酸鈉可以提高紙張的松密度、表現(xiàn)細膩性以及吸水性，在造紙方面也具有開發(fā)的潛力。

涂料的應(yīng)用中可以作為顏料填充劑就細膩均勻，白度高，光學(xué)性能好的優(yōu)點，同時具有防沉降的作用，成本低。

由于納米碳酸鈣有巨大的表面特殊性，因而可以大規(guī)模工業(yè)產(chǎn)化的生產(chǎn)，尤其在改性瀝青方面，納米碳酸鈣作為瀝青的改性劑，發(fā)揮著重要作用。

2.2 納米碳酸鈣與瀝青改性效果的影響

納米碳酸鈣對瀝青有一定的改性效果，能提高瀝青性能。具體體現(xiàn)在改性前后的指標(biāo)變化上。

以基礎(chǔ)瀝青為原材料，以納米碳酸鈣為改良劑。將瀝青加熱約160℃左右至瀝青軟化，按不同的劑量（1%、3%、5%、7%質(zhì)量比為改性劑與瀝青的質(zhì)量之比）將改良劑納米碳酸鈣加入融化的基礎(chǔ)瀝青中，并快速攪拌均勻，此過程要在短時內(nèi)完成，防止時間過久溫度下降，瀝青凝固導(dǎo)致混合料不均勻，影響實驗結(jié)果，得出改性瀝青的性能指標(biāo)不準(zhǔn)確等，同一方向攪拌15min 左右后，讓其自然冷卻放置24h 左右，制得的瀝青混合料在第二天充分冷卻后重新加熱至160℃的溫度下制成改性瀝青，通過車轍、馬歇爾等試驗來對比基礎(chǔ)瀝青與改性瀝青的性能指標(biāo)研究改良劑的數(shù)量多少與瀝青之間的相互適應(yīng)與改性效果的變化規(guī)律[1]。

以基礎(chǔ)瀝青摻加改良劑納米碳酸鈣為主要研究對象，通過對基礎(chǔ)瀝青的性能指標(biāo)測定來對比分析加入改良劑的改性瀝青的指標(biāo)測定，分析研究納米碳酸鈣對瀝青性能指標(biāo)的影響程度，研究改性瀝青的溫感性、黏度、針入度、軟化點等路用性能的核心指標(biāo)。根據(jù)不同劑量的納米碳酸鈣得出改性瀝青相應(yīng)的性能指標(biāo)變化規(guī)律，研究納米碳酸鈣的最佳摻和量與最佳溫度。經(jīng)試驗研究表明15℃時瀝青的針入度值和瀝青摻加改性劑后，前后基本保持不變，在加熱改性瀝青至30℃時，其針入度較基礎(chǔ)瀝青有了明顯的增加。因此可以得出，隨著溫度的升高改性瀝青的黏度變小趨勢越快，軟化點也隨納米碳酸鈣的量的增加越來越高。根據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果表明，納米碳酸鈣的改性瀝青混凝土比普通瀝青混凝土的穩(wěn)定性大大提高。納米碳酸鈣的加入使瀝青軟化點有一定的提高，同時瀝青的高溫穩(wěn)定性有了一定程度的改善，如表1所示。

表1 為加入納米碳酸鈣后指標(biāo)對比

2.3 納米碳酸鈣改進瀝青性能試驗

將基礎(chǔ)瀝青加熱融化，以8% 的摻和比例加入納米碳酸鈣，攪拌均勻進行實驗研究，經(jīng)研究表明加入納米碳酸鈣的瀝青改性良好，其性能大大提高，如針入度降低、軟化點和黏度明顯增高，由此表示加入8%的納米碳酸鈣瀝青經(jīng)改性后，溫度敏感性降低，其穩(wěn)定性更高。

3 納米碳酸鈣與改性瀝青的原理探析

3.1 納米碳酸鈣與改性瀝青的原理

瀝青是一種大分子化合物，其結(jié)構(gòu)中分子質(zhì)量不同，與溶劑反應(yīng)可以形成結(jié)構(gòu)不相等的復(fù)雜有機物。納米碳酸鈣作為改性瀝青的改良劑是一種高分子材料的化合物。通過瀝青與納米碳酸鈣的融合加熱相互作用的過程，瀝青在納米碳酸鈣的表層形成一定厚度的擴散溶劑，在此膜厚度以內(nèi)的為結(jié)構(gòu)瀝青，以外的稱為自由瀝青。這就使得納米碳酸鈣與瀝青的接觸促使瀝青混合物中結(jié)構(gòu)瀝青的黏度更大。經(jīng)實驗表明，納米碳酸鈣的量越多越細，在一定的溫度下，瀝青的結(jié)構(gòu)形成重新分布越快，瀝青混合料的黏度和強度也越大[2]。

納米復(fù)合材料的制造方法是納米復(fù)合材料開發(fā)研究的首要問題。納米碳酸鈣改良瀝青是一種全新的納米復(fù)合材料及制備方法，改良劑的摻入是影響其性能的重要環(huán)節(jié)。在此實驗中要充分地使納米碳酸鈣粒子均勻地分布于濾清中并確保不結(jié)團，才能使納米材料充分發(fā)揮其特殊性質(zhì)，使瀝青的性能得到最好的改善。

3.2 納米碳酸鈣對瀝青性能的影響

3.2.1 改性瀝青的綜合性能提高

根據(jù)實驗結(jié)果分析瀝青組分變化，基礎(chǔ)瀝青中的各組分含量與改性后的瀝青性質(zhì)之間存在一定的關(guān)系。納米碳酸鈣改性劑的加入使瀝青各方面的技術(shù)性能獲得了不同程度的改善與提高。它使瀝青混合料的穩(wěn)定度比改性前提高。

改性劑納米碳酸鈣的加入，對不同的瀝青軟化點都有普遍的提高。單從一定程度上來講，對瀝青的黏度幾乎沒有影響。

改性瀝青的熱穩(wěn)定性與抗老化性明顯提高，在一定程度上，提高了路面的耐久性、抗變形性及路面的穩(wěn)定性[3]。

3.2.2 生產(chǎn)成本低

納米碳酸鈣是一種高分子化合物，它提供了一種添加水溶性高分子和高分子乳液作為控制結(jié)晶的過程。納米碳酸鈣顆粒均勻、分散性好，在進行改性瀝青的過程中，可以均勻輕松地與瀝青完成反應(yīng)，提高了瀝青的性能指標(biāo)。納米改性產(chǎn)品價格便宜，可以降低客戶的成本，并且使用比較方便，因此很受客戶的歡迎。

3.2.3 操作簡單

納米碳酸鈣改性瀝青是一個物理混融的過程，其間并無化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。它們之間的作用是基于分子間的作用力，由于粒徑小，因此混融體系均勻穩(wěn)定。操作過程簡單方便可以將納米碳酸鈣一起加入瀝青改性罐中直接攪拌即可或在改性瀝青拌料之前，加入改性容器中，需要進行高溫軟化直接攪拌即可。這兩種操作方式靈活性較大，要根據(jù)客戶的要求或者性能指標(biāo)進行操作。

4 結(jié)語

綜上所述，采用納米碳酸鈣改性瀝青能使瀝青的性能指標(biāo)得到提升，根據(jù)納米碳酸鈣的使用量與瀝青進行了實驗對比，改性瀝青的軟化點隨納米碳酸鈣劑量的增加而增加；在一定的溫度下，針入度隨劑量的增加而增加；延展度隨納米碳酸鈣的增加而降低，使瀝青的熱穩(wěn)定性提高。此外，在瀝青中加入摻和率8%的納米碳酸鈣可以使瀝青混合料的性能得到良好改善的同時工藝簡單、操作方便、價格合適，符合社會的可持續(xù)發(fā)展，值得廣泛應(yīng)用。