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【摘 要】针对我国大部分沙漠地区特殊的气候环境和实际条件，通过大量的室内试验，对硅藻土改性沥青性能及其混合料路用性能进行较全面深入研究，并探讨硅—改沥青在沙漠公路上的适用性。并得出硅-改沥青具有较好的路用性能，且经济、实用，在沙漠地区公路中的应用具有广阔的前景。
【关键词】硅—改沥青；路用性能；沙漠公路
我国沙漠主要分布在北纬35°～50°之间，绵亘新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西、内蒙等省自治区，沙漠气候条件十分恶劣，干燥、蒸发量大、气温变化大，夏季炎热，地表最高温度在70℃左右，冬季严寒，地表最低温度能达到-30℃以下，所以沙漠公路对沥青混凝土路面的稳定性要求更高。目前，沥青混凝土路面稳定性问题主要是从沥青胶结料本身着手解决，使用较多的是聚合物改性，然而聚合物改性剂成本高，聚合物的沥青改性技术、工艺也比较复杂，所以制约着我国改性沥青技术的发展。
国内外对硅-改沥青已经有了一定的研究，但国内还没有专门的行业硅-改沥青技术规范。针对沙漠地区公路的特殊性，探讨硅-改沥青能否应用于沙漠地区公路，这对沙漠公路路面材料的选型，进而减少公路建设投资具有重要的意义。
1.硅藻土基本性质和技术参数
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由硅藻（一种单细胞的水生藻类）遗骸和软泥固结而成。硅藻土具有体轻、质软、多孔、耐酸、比表面积大、化学性质稳定、热稳定性和吸附能力强等特征。
2.硅-改沥青试验
本文参照《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）对改性沥青的技术要求，进行硅藻土改性沥青的试验。沥青采用标号选用适合寒区的AH-110（克拉玛依），硅藻土掺量采用9%～15%（占沥青质量的百分比，间隔2%）四个掺配比例。
试验中，取4个硅藻土掺量：9%、11%、13%、15%（外掺质量比）。先根据沥青试样准备方法（T0602-1993）制备好基质沥青，再用盛样皿称取一定量基质沥青，根据掺配比例称取规定重量的硅藻土，缓缓倒入基质沥青中，用玻璃轻轻搅拌使其均匀地分散在基质沥青中，防止硅藻土深入底部，直至硅藻土中的少量水分脱水至无泡沫为止，硅藻土便会棋盘式均匀的分布在基质沥青中。掺配过程保持140℃左右，拌合温度过高会使原沥青加速老化，温度过低会使si2-均匀移动受到影响，此过程大约需要5～10min。然后将此硅-改沥青按相应指标规定的试验规程进行试验。
目前，评价改性沥青性能最常用的方法是用沥青性能指标变化程度来衡量，如针入度、软化点、延度等指标的变化程度，变化值越大，改性效果越好。当然，变化的趋势是向着性能改善和提高的方向，还要重视改性剂与基质沥青的相容性问题。
从大量试验可以得知：
（1）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，针入度随硅藻土掺量的增加而降低，软化点随硅藻土掺量的增加而升高，表明基质沥青中加入了硅藻土，沥青的高温稳定性得到了改善。
（2）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，当量软化点升高，当量脆点降低，说明基质沥青经改性后高温稳定性和低温抗裂性能均得到了改善。
（3）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，延度降低，其主要原因由于硅藻土本身是粉状颗粒，当拌入沥青后，由于尖端效应使延度下降。
（4）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，针入度指数IP降低，说明基质沥青经改性后温度敏感性降低了。
（5）薄膜加热试验试验可以看出：克拉玛依AH-110沥青经硅藻土改性后，其质量损失减少，针入度比增大，说明抗老化性能得到了改善。
这里还存在一个如何选取硅藻土的最佳掺量问题，一般选取改性效果明显的硅藻土用量，本试验中15%掺量硅藻土改性沥青效果最好，但最终还须相关的混合料试验来确定。
3.硅-改沥青混合料试验及分析
试验所用矿料为砂岩，与基质沥青黏附性较差，但与硅-改沥青黏附性等级达到了4级，所以试验中没有加入抗剥落剂。矿粉亲水系数﹤1。为了增加可比性，矿料级配都采用AC-16C统一级配。
3.1力学指标试验结果及分析
力学指标试验结果可以看出：硅藻土改性沥青混合料与基质沥青混合料相比，最佳沥青用量增大，最佳沥青用量时孔隙率减小、混合料密度增大，动稳定度有较大的提高，而流值几乎不变，15%掺量硅藻土改性沥青混合料稳定度提高了将近2倍。（见表1）
3.2沥青混合料水稳定性试验
在沙漠地区尽管雨水相对较少，但毕竟在降雨季节也有较多雨水，如毛乌素、科尔沁沙地年降水量400～500mm，况且在有些沙漠地区地下水位较高，使混合料受水分侵蚀。沥青路面在水与车辆同时作用下，易引起沥青和石料界面黏附性降低，并导致剥离、掉粒、松散、坑洞等破坏，这是沥青路面主要破坏形式之一。还有冰雪、霜的入浸更是加剧了路面病害，低温病害常常与水的损害作用相互交织。
3.3沥青混合料高温稳定性试验
沙漠地区的气候特点往往是夏季炎热，冬季严寒，夏季地表最高温度可以达到60℃～70℃，所以在沙漠地区沥青混合料高温稳定性要倍受重视。沥青混合料在高温下为弹塑性体，劲度较小，在渠化交通下，容易形成车辙变形，从而影响沥青路面的使用功能。这也是高速公路沥青路面最常见的病害。我国现行国标（GBJ92-93）规定，采用马歇尔稳定度试验（包括稳定度、流值、马歇尔模数）来评价高温稳定性，对于高速公路还要通过车辙试验来检验路面的抗车辙性能。沥青混合料车辙试验见表2。
从表2可以看出：15%掺量的硅-改沥青混合料高温抗车辙性能比基质沥青混合料大约提高了80%，说明了沥青经硅藻土改性后高温性能提高很明显。但由于硅藻土改性沥青机理与聚合物改性不同，所以不能用聚合物改性沥青的标准来衡量。 3.4沥青混合料低温抗裂性能试验
沥青路面低温开裂是沙漠路面破坏的主要形式之一。如浑善达克沙地大部地区年平均气混部分地区日最低-30℃以下，局部地区-40℃以下，沥青路面发生低温开裂后，在车辆荷载和水的共同作用下，会加剧裂缝的发展和扩大，从而形成大面积网裂和龟裂，严重危及道路的使用寿命。材料组成设计必须考虑路面实际使用性能要求，对混合料的低温抗裂性能进行研究。《沥青路面施工技术规范》规定了混合料低温抗裂性能指标，但硅藻土改性沥青与一般改性沥青有本质不同，本试验采用MTS810进行弯曲破坏试验，用以评价沥青混合料的低温抗裂性。大量试验证明，AH-110基质沥青经硅藻土改性后，混合料极限最大应变变化不大，但临界应变能密度有较大增大，说明混合料低温性能有了明显改善。
3.5沥青混合料抗疲劳性能分析
沥青路面在车辆荷载的不断重复作用下，虽然路面初期具有足够抵抗车轮荷载的强度，但在经过长期的重复荷载作用后，强度会逐渐衰减，以至不足以抵抗车轮荷载而引起开裂破坏，即疲劳开裂。为了使沥青混合料在铺筑路面后，能达到要求的疲劳寿命，在混合料组成设计时，应对混合料的疲劳性能加以比较评价。
混合料的疲劳性能通过疲劳方程用两个参数n、k来反映。N值可以称为坡度系数，其值越大，疲劳寿命随应力变化越敏感，疲劳次数随着应力水平的增加衰减的速度赶快；k值可以称为疲劳扩大系数，k值越大，说明疲劳寿命越长。很显然，硅-改沥青混合料的抗疲劳性能比基质沥青混合料要好。
4.试验结果总结和分析
从室内试验结果可能看出：克拉玛依AH-110沥青经改性后，针入度增大，软化点升高，IP值增大，温度敏感性能明显改善，与集料黏附性增强，老化性能得到提高等等，这说明改性后沥青性质变好。克拉玛依AH-110沥青经改性后，混合料水稳性能、高温抗车辙性能、低温抗裂性、抗疲劳性能等路用性能得到改善。
硅-改沥青性能最可贵的是其高低温性能都有不同程度的提高，这对于沙漠地区这个特定的环境具有十分重要的意义；其次由于硅藻土极强的吸附能力，致使结构料黏度增大，路面质量提高；还有是由于硅藻土的掺入使混合料的热阻提高，延长路面寿命。
如果按四车道路面宽度15m，改性沥青混合料上面层为4cm计算，那么SBS混合料面层每公里原材料增加费用为16.58万，而硅-改沥青混合料面层每公里原材料增加费用仅为3.26万。很显然，仅原材料费用一项硅-改沥青路面就表现出了明显的经济性，大大节约了建设投资。
可以得出：硅-改沥青具有较好的路用性能，且经济、实用，在沙漠地区公路中的应用具有广阔的前景。
参考文献：
[1] 张宏.沥青混合料的低温抗裂性能评价方法[J]，长安大学学报，2002（7）
[2] 吴肖石等，硅改沥青的应用研究[J]，公路，2000.（7）.
[3] 郭天龙.硅藻土改性沥青混凝土在大保高速公路沥青路面工程中推广应用[J]，云南交通科技，2002.18（5）
【关键词】硅—改沥青；路用性能；沙漠公路
我国沙漠主要分布在北纬35°～50°之间，绵亘新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西、内蒙等省自治区，沙漠气候条件十分恶劣，干燥、蒸发量大、气温变化大，夏季炎热，地表最高温度在70℃左右，冬季严寒，地表最低温度能达到-30℃以下，所以沙漠公路对沥青混凝土路面的稳定性要求更高。目前，沥青混凝土路面稳定性问题主要是从沥青胶结料本身着手解决，使用较多的是聚合物改性，然而聚合物改性剂成本高，聚合物的沥青改性技术、工艺也比较复杂，所以制约着我国改性沥青技术的发展。
国内外对硅-改沥青已经有了一定的研究，但国内还没有专门的行业硅-改沥青技术规范。针对沙漠地区公路的特殊性，探讨硅-改沥青能否应用于沙漠地区公路，这对沙漠公路路面材料的选型，进而减少公路建设投资具有重要的意义。
1.硅藻土基本性质和技术参数
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由硅藻（一种单细胞的水生藻类）遗骸和软泥固结而成。硅藻土具有体轻、质软、多孔、耐酸、比表面积大、化学性质稳定、热稳定性和吸附能力强等特征。
2.硅-改沥青试验
本文参照《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）对改性沥青的技术要求，进行硅藻土改性沥青的试验。沥青采用标号选用适合寒区的AH-110（克拉玛依），硅藻土掺量采用9%～15%（占沥青质量的百分比，间隔2%）四个掺配比例。
试验中，取4个硅藻土掺量：9%、11%、13%、15%（外掺质量比）。先根据沥青试样准备方法（T0602-1993）制备好基质沥青，再用盛样皿称取一定量基质沥青，根据掺配比例称取规定重量的硅藻土，缓缓倒入基质沥青中，用玻璃轻轻搅拌使其均匀地分散在基质沥青中，防止硅藻土深入底部，直至硅藻土中的少量水分脱水至无泡沫为止，硅藻土便会棋盘式均匀的分布在基质沥青中。掺配过程保持140℃左右，拌合温度过高会使原沥青加速老化，温度过低会使si2-均匀移动受到影响，此过程大约需要5～10min。然后将此硅-改沥青按相应指标规定的试验规程进行试验。
目前，评价改性沥青性能最常用的方法是用沥青性能指标变化程度来衡量，如针入度、软化点、延度等指标的变化程度，变化值越大，改性效果越好。当然，变化的趋势是向着性能改善和提高的方向，还要重视改性剂与基质沥青的相容性问题。
从大量试验可以得知：
（1）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，针入度随硅藻土掺量的增加而降低，软化点随硅藻土掺量的增加而升高，表明基质沥青中加入了硅藻土，沥青的高温稳定性得到了改善。
（2）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，当量软化点升高，当量脆点降低，说明基质沥青经改性后高温稳定性和低温抗裂性能均得到了改善。
（3）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，延度降低，其主要原因由于硅藻土本身是粉状颗粒，当拌入沥青后，由于尖端效应使延度下降。
（4）克拉玛依AH-110经硅藻土改性后，针入度指数IP降低，说明基质沥青经改性后温度敏感性降低了。
（5）薄膜加热试验试验可以看出：克拉玛依AH-110沥青经硅藻土改性后，其质量损失减少，针入度比增大，说明抗老化性能得到了改善。
这里还存在一个如何选取硅藻土的最佳掺量问题，一般选取改性效果明显的硅藻土用量，本试验中15%掺量硅藻土改性沥青效果最好，但最终还须相关的混合料试验来确定。
3.硅-改沥青混合料试验及分析
试验所用矿料为砂岩，与基质沥青黏附性较差，但与硅-改沥青黏附性等级达到了4级，所以试验中没有加入抗剥落剂。矿粉亲水系数﹤1。为了增加可比性，矿料级配都采用AC-16C统一级配。
3.1力学指标试验结果及分析
力学指标试验结果可以看出：硅藻土改性沥青混合料与基质沥青混合料相比，最佳沥青用量增大，最佳沥青用量时孔隙率减小、混合料密度增大，动稳定度有较大的提高，而流值几乎不变，15%掺量硅藻土改性沥青混合料稳定度提高了将近2倍。（见表1）
3.2沥青混合料水稳定性试验
在沙漠地区尽管雨水相对较少，但毕竟在降雨季节也有较多雨水，如毛乌素、科尔沁沙地年降水量400～500mm，况且在有些沙漠地区地下水位较高，使混合料受水分侵蚀。沥青路面在水与车辆同时作用下，易引起沥青和石料界面黏附性降低，并导致剥离、掉粒、松散、坑洞等破坏，这是沥青路面主要破坏形式之一。还有冰雪、霜的入浸更是加剧了路面病害，低温病害常常与水的损害作用相互交织。
3.3沥青混合料高温稳定性试验
沙漠地区的气候特点往往是夏季炎热，冬季严寒，夏季地表最高温度可以达到60℃～70℃，所以在沙漠地区沥青混合料高温稳定性要倍受重视。沥青混合料在高温下为弹塑性体，劲度较小，在渠化交通下，容易形成车辙变形，从而影响沥青路面的使用功能。这也是高速公路沥青路面最常见的病害。我国现行国标（GBJ92-93）规定，采用马歇尔稳定度试验（包括稳定度、流值、马歇尔模数）来评价高温稳定性，对于高速公路还要通过车辙试验来检验路面的抗车辙性能。沥青混合料车辙试验见表2。
从表2可以看出：15%掺量的硅-改沥青混合料高温抗车辙性能比基质沥青混合料大约提高了80%，说明了沥青经硅藻土改性后高温性能提高很明显。但由于硅藻土改性沥青机理与聚合物改性不同，所以不能用聚合物改性沥青的标准来衡量。 3.4沥青混合料低温抗裂性能试验
沥青路面低温开裂是沙漠路面破坏的主要形式之一。如浑善达克沙地大部地区年平均气混部分地区日最低-30℃以下，局部地区-40℃以下，沥青路面发生低温开裂后，在车辆荷载和水的共同作用下，会加剧裂缝的发展和扩大，从而形成大面积网裂和龟裂，严重危及道路的使用寿命。材料组成设计必须考虑路面实际使用性能要求，对混合料的低温抗裂性能进行研究。《沥青路面施工技术规范》规定了混合料低温抗裂性能指标，但硅藻土改性沥青与一般改性沥青有本质不同，本试验采用MTS810进行弯曲破坏试验，用以评价沥青混合料的低温抗裂性。大量试验证明，AH-110基质沥青经硅藻土改性后，混合料极限最大应变变化不大，但临界应变能密度有较大增大，说明混合料低温性能有了明显改善。
3.5沥青混合料抗疲劳性能分析
沥青路面在车辆荷载的不断重复作用下，虽然路面初期具有足够抵抗车轮荷载的强度，但在经过长期的重复荷载作用后，强度会逐渐衰减，以至不足以抵抗车轮荷载而引起开裂破坏，即疲劳开裂。为了使沥青混合料在铺筑路面后，能达到要求的疲劳寿命，在混合料组成设计时，应对混合料的疲劳性能加以比较评价。
混合料的疲劳性能通过疲劳方程用两个参数n、k来反映。N值可以称为坡度系数，其值越大，疲劳寿命随应力变化越敏感，疲劳次数随着应力水平的增加衰减的速度赶快；k值可以称为疲劳扩大系数，k值越大，说明疲劳寿命越长。很显然，硅-改沥青混合料的抗疲劳性能比基质沥青混合料要好。
4.试验结果总结和分析
从室内试验结果可能看出：克拉玛依AH-110沥青经改性后，针入度增大，软化点升高，IP值增大，温度敏感性能明显改善，与集料黏附性增强，老化性能得到提高等等，这说明改性后沥青性质变好。克拉玛依AH-110沥青经改性后，混合料水稳性能、高温抗车辙性能、低温抗裂性、抗疲劳性能等路用性能得到改善。
硅-改沥青性能最可贵的是其高低温性能都有不同程度的提高，这对于沙漠地区这个特定的环境具有十分重要的意义；其次由于硅藻土极强的吸附能力，致使结构料黏度增大，路面质量提高；还有是由于硅藻土的掺入使混合料的热阻提高，延长路面寿命。
如果按四车道路面宽度15m，改性沥青混合料上面层为4cm计算，那么SBS混合料面层每公里原材料增加费用为16.58万，而硅-改沥青混合料面层每公里原材料增加费用仅为3.26万。很显然，仅原材料费用一项硅-改沥青路面就表现出了明显的经济性，大大节约了建设投资。
可以得出：硅-改沥青具有较好的路用性能，且经济、实用，在沙漠地区公路中的应用具有广阔的前景。
参考文献：
[1] 张宏.沥青混合料的低温抗裂性能评价方法[J]，长安大学学报，2002（7）
[2] 吴肖石等，硅改沥青的应用研究[J]，公路，2000.（7）.
[3] 郭天龙.硅藻土改性沥青混凝土在大保高速公路沥青路面工程中推广应用[J]，云南交通科技，2002.18（5）