1、硅藻土改性沥青扫面电镜分析摘要：硅藻土加入沥青之后，沥青性能有很大改善,而其改变必然是化学组成或内部结构变化带来的结果，本文通过扫描电子显微镜对硅藻土的微观形状、硅藻土在沥青中分布以及硅藻土与沥青两者的界面结合情况进行分析，探讨分析硅藻土作为改性剂提高硅藻土改性沥青性能的改性机理。 关键词：硅藻土、扫描电子显微镜 中图分类号：TU535 文献标识码： A 0.前言 所有物质的性能都是其化学组成和内部结构的表现，研究表明在硅藻土加入沥青之后，沥青性能有很大改善,而其改变必然是化学组成或内部结构变化带来的结果，因此研究硅藻土改性沥青的微观形态结构和内部相互作用对深入了解其性能是非常重要的。 扫描电
2、子显微镜（简称扫描电镜、SEM） ，其工作原理是在高电压作用下，从电子枪射出来的电子束经聚光镜和物镜聚焦成很细的高能电子束,在扫描线圈的作用下使电子束在试样的表面上扫描，电子束与试样表面物质相互作用，产生背散射电子、二次电子等各种信息，探测器将这些信息接受，经放大器放大，并将试样表面不同的特征按顺序、成比例地转换为视频信号的过程。通过这种方法可以看清楚硅藻土的微观形状、硅藻土在沥青中分布以及硅藻土与沥青两者的界面结合情况。 1.实验 1.1 实验材料和设备 实验所用主要材料：韩国双龙 70 号 A 级道路石油沥青；云南庆中科技开发公司硅藻精土（技术指标见表 1） 。 表 1 硅藻土技术指标 技
3、术指标 松散密度 SiO2 含量 比表面积 0.075mm 通过率 结果 0.433g/cm3 80.1% 25.549m2/g 100.0% 实验所用主要设备：荷兰 FEI 公司生产的 Quanta 200 型环境扫描电子显微镜。 1.2 硅藻土改性沥青的制备 将硅藻土按照 11%、13%、15%、17%、19%、21%的掺量加入到基质沥青里，搅拌均匀制成硅藻土改性沥青。 1.3 硅藻土和硅藻土改性沥青电镜分析样品处理 对于硅藻土样品的处理只需少量硅藻土在制样台上铺一薄层，再采用真空镀膜法，即硅藻土样品在真空中镀一层 20nm 的金粉，以防止样品在电子射线中带电即可。 对于硅藻土改性沥青为了
4、能观察到沥青与硅藻土的结合界面，采用溶剂溶解法，具体过程为：1）将制备好的沥青试样加热至熔融状态，搅拌均匀；2）使用较细小的玻璃棒挑取少量试样滴在制样台上，再让其在室温下冷却；3）使用不易留下纤维、毛丝的丝绸蘸上适量的三氯乙烯轻轻地按一个方向擦洗试样，然后在室温下让三氯乙烯挥发，待挥发完后再重复擦洗 12 次，仔细观察试样表面呈现出细微颗粒状即可；4）使用真空镀膜法在试样表面喷金，试样准备完毕。 2.结果与讨论 2.1 硅藻土扫描电镜实验 (1)500 倍 (2)1000 倍 (3)2000 倍(4)5000 倍 图 1 云南庆中硅藻土扫描电镜照片 图 1 为云南庆中硅藻土的扫描电镜照片，硅藻
5、土颗粒粒径约525m。观察图 1，硅藻体的壳壁有内、外两层，在硅藻体的外层壳壁上都有呈不同形式排列的小孔，其形态、大小和排列方式都有所不同，并且这些小孔根据硅藻体壳面的形状以某种较规律的方式排列，有的小孔穿过内层壳壁与细胞体腔相通，有的则不穿过内层壳壁。这些小孔的差异是导致壳壁结构千变万化的主要原因，而壳壁的不同又是导致藻土具有不同特性的原因之一。在有些硅藻体壳面上除了具有大小不同的小孔之外，壳面周缘还有小刺，这些小刺起到壳体与壳体之间的连接作用或者增大浮力的作用。这些特殊的结构形态就使硅藻土在作为沥青改性剂时对沥青性能产生一定影响，主要表现在： 1）硅藻体壳壁上的大量孔径使硅藻土具有很大的比
6、表面积。比表面积大，就意味着沥青和硅藻土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，提高了沥青与矿料之间总的粘结力； 2）微孔结构在提高硅藻土比表面积的同时，也便于沥青的吸附和湿润，而沥青的充分湿润则有助于提高硅藻土颗粒和沥青间的粘结力； 3）硅藻土颗粒的微孔结构相当于微毛细管，会产生毛细作用，这也会增加硅藻土颗粒与沥青间的界面作用力； 4）硅藻土颗粒周缘小刺及盘面上的“微脊状”突起有助于提高沥青胶浆的抗剪切性能，从而改善硅藻土改性沥青胶浆的高温性能； 5）在温度较低时，沥青在孔隙中发生胶凝硬化而产生锲入与锚固作用，这些作用增强了沥青和硅藻土颗粒之间的机械结合力，从而改善硅藻
7、土沥青胶浆的低温性能。 2.2 硅藻土改性沥青扫描电镜实验 不同硅藻土掺量的电镜扫描照片见图 2图 7。 (1)1000 倍(2)2000 倍 图 2 11%硅藻土改性沥青扫描电镜照片 (1)1000 倍(2)2000 倍 图 3 13%硅藻土改性沥青扫描电镜照片 (1)1000 倍(2)2000 倍 图 4 15%硅藻土改性沥青扫描电镜照片 (1)1000 倍(2)2000 倍 图 5 17%硅藻土改性沥青扫描电镜照片 (1)1000 倍(2)2000 倍 图 6 19%硅藻土改性沥青扫描电镜照片 (1)1000 倍(2)2000 倍 图 7 21%硅藻土改性沥青扫描电镜照片 从图 2图 7
8、 可以看出硅藻土掺量不超过 17%时，硅藻土颗粒能够均匀地分散吸附在沥青中，没有出现明显的结团现象，并且每个颗粒都被沥青介质裹覆包围着。硅藻土能够与沥青之间形成稳定的整体是由于硅藻土的特殊结构所致，硅藻土的颗粒粒径细小，比表面积大，内部大量的微孔能够吸附沥青中的部分油分，使得硅藻土能以形状不规则的微小颗粒均匀稳定地分散在沥青中，与沥青形成稳定的整体。随着硅藻土掺量的进一步增加，在硅藻土掺量为 19%时，硅藻土改性沥青已经有硅藻土结团现象出现了，但硅藻土在沥青中的分散还算基本均匀；在 21%的掺量条件下，硅藻土结团现象愈加明显，不均匀分散的硅藻土颗粒已经影响到了硅藻土改性的效果，这也说明硅藻土的
9、掺量并不是越大越好。 从硅藻土改性沥青的电镜扫描照片可以看出，硅藻土改性剂与沥青混合后仍是两相结构，硅藻土以独立的微粒均匀地分散于沥青中形成一种多相分散体系。硅藻土改性剂由于其多孔、大的内表面积、粒径细小等特殊结构形态，会吸收沥青中部分油分，并且产生吸附作用。改性剂吸收了部分饱和分和芳香分(统称沥青中的油分)之后，沥青中原有的组分配伍发生明显改变，沥青中的饱和分、芳香分相对减少，胶质和沥青质含量相对上升，于是在沥青中将建立新的胶体平衡体系，这必然使沥青自身的物理力学性质发生改变，使的沥青变硬，粘度增加。因此这种吸附作用不仅仅使硅藻土改性剂更稳定地与沥青相容为一体，增加两者之间的粘结力,而且有利
10、于提高沥青的技术性能。 另外分散到沥青中的硅藻土微粒在其巨大的表面能作用下，与内部吸附的沥青组分形成界面层，是一个至少为几个分子层厚的区域。在分子力的长程效应下，界面层的外围又吸引了沥青中某些组分形成界面过渡层。界面层的结构与性质取决于硅藻土的结构形态、化学性质以及沥青的分子结构和化学组成。硅藻土特殊的结构使其拥有较厚的界面层，从电镜照片中也能看出来。而界面层使改性沥青具有新的性质，由于界面层的存在，改性沥青的感温性明显减弱。这是因为在沥青路面使用温度范围内，同一温度区间改性沥青中发生状态转换（固体转变为液体）的组分比基质沥青的要少，因此界面层的作用是连接两相并传递、缓冲两相间的应力，是影响整
11、个硅藻土改性沥青物理、力学性能的关键。 3.结论 1）硅藻体壳壁上的大量孔径使硅藻土具有很大的比表面积。比表面积大，就意味着沥青和硅藻土颗粒间的粘合面积大，两者间的分子力增大，也便于沥青的吸附，从而增加结构沥青厚度，提高了沥青与矿料之间总的粘结力。 2）根据硅藻土改性沥青的电镜照片，本文所用硅藻土和基质沥青体系，在 17%掺量以下的硅藻土颗粒能够均匀地分散吸附在沥青中，硅藻土能够与沥青之间形成稳定的整体；在 21%的掺量条件下，硅藻土有明显的结团现象。 参考文献： 1Ramzi Taha, A.M.ASCE, Amer Al-Rawas, Ali Al-Harthy, nei and Ahme
12、d Qatan. Use of cement bypass dust as filler in asphalt concrete mixtures. Journali of materials in civil engineering, July/August 2002; 2Marilyn Rigaux,Eric Haubruge and paul G.Fields Mechanisms for tolerance to diatomaceous earth between strains ofTribolium, castaneum Entomologia Experimentalis et Applicata. 2001.101.33-39; 3鲍燕妮，硅藻土改性沥青研究，长安大学硕士学位论文D，2005 4 张志清 ，张兴友 ，胡光艳 ，郑丽敏，硅藻土改性沥青微观机理分析，北京工业大学学报J,2007.9 5张旭，硅藻土的矿物学特征及改性沥青中的应用，吉林大学硕士学位论文D，2004； 6鲍燕妮，石鸿，朱晓宇，硅藻土改性沥青微观机理研究J,材料与应用，2006.4； 7陈晓龙，韩跃新等，硅藻土复合纤维改性沥青微观机理研究J，2011.11 8魏河广，王羽, 硅藻土改性沥青机理与性能研究J，2011.5 9于乾，硅藻土作沥青改性剂的研究，矿产保护与利用J，2006.2
