系统改善沥青与集料的粘附性

金宝柱

本文探讨了沥青、集料、水及荷载等因素对沥青与集料之间粘附性的影响，分析沥青与集料的粘附性能，水损害是沥青路面早期损坏的主要原因。以及沥青混合料的空隙率、沥青模厚度等。沥青混合料水稳定性的评价方法，通常分两个阶段；⑴第一阶段是评价沥青与矿料的粘附性。⑵第二阶段是评价沥青混合料的水稳定性。文章就沥青与矿料的粘附性进行了研究，论述了沥青与集料的几种粘附性理论，分析了粘附性的影响因素，比较了目前常用的几种粘附性试验方法的优劣。

一、粘附性的影响因素

1.1 沥青性质对粘附性的影响

沥青是一种成分极为复杂的化和物，按照色谱分析法可将其分解成沥青质、饱和酚、芳香酚和胶质四种组分。研究表明：饱和酚和芳香酚都作为油分，在沥青中起着润滑和柔软作用，且均属于定分子化合物，是非极性物质，主要以范德华力与矿料表面发生吸附[3]。故与集料的粘附力较弱，很容易脱附。而胶质与沥青质均为带有极性或是表面活性物质，沥青中具有化学活性组分的沥青酸、沥青酸酐等极性组分基本都集中在胶质和沥青质中，这些成分与集料表面发生化学吸附，故吸附力较强。此外，沥青组分中属于酸性的物质有环烷酸、地沥青酸。沥青酸和沥青酸酐是沥青中活性最大组分，它改善了沥青对矿物质的浸润性，特别是提高了沥青与集料的粘附强度。沥青的酸性越大，与矿料的粘附性就越好，在沥青混合料中沥青从矿料表的剥落度越就小。

1.2集料性质对沥青与集料粘附性的影响

集料在沥青混合料中与沥青发生复杂的物理化学作用，集料的化学性质在很大程度上影响着混合料的物理力学性质。集料的酸碱性也会影响到沥青与集料的粘附性。一般认为碱性较强的集料与沥青的粘附性好，酸性集料与沥青的粘附性差。[4]

此外，集料表面电荷及比表面积等性质可以在很大程度上反应集料与沥青的粘附性。当集料被粉碎成细颗粒作为分散相分散与介质水中，在每个颗粒周围会形成双电层。由于在组成双电层之间的扩散层内，存在着过剩反离子的静电荷，这些离子在电场的作用下發生移动。由于这些离子是水合离子，故在其本身运动的同时，将带动水的运动，运动方向取决于矿料表面普遍带有电荷的性质。矿料表面普遍带有电荷的性质不同，其方向也异，故可根据液体运动的方向判定矿料表面所带电荷的性质。而所测试的电势，就是矿料与水两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差。这个电位的大小，在双电层厚度一定的情况下，取决于矿料表面占主导地位的电荷密度，即电荷密度越大。研究表明：电位越大，即矿料表面的电荷密度越大，集料与沥青的粘附性越好[5]。

1.3水及荷载对集料和沥青粘附性的影响

影响沥青与集料粘附性的因素除了沥青、集料本身的性质等内因外，还包括水和荷载等外因。水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥落的先决条件。洁净的集料在干燥条件下与沥青粘附良好，然而水在沥青路面施工过程中，并在以后会慢慢渗出入沥青集料的界面之间，水分就很容易浸润到集料与沥青的界面上，导致沥青膜被水置换，发生剥落。交通荷载的反复作用是加速水损坏进程的重要因素。当路面上有水分时，汽车的通过会形成一种水力冲刷现象，在轮胎前面的水受轮胎挤压挤入路表面的空隙中，造成水压力，轮胎通过后在轮胎的后方又形成负压，将空隙中的水吸出，这种挤入和吸出的反复循环，便形成了水力冲刷，使集料松散、掉粒、继而成为坑槽而造成路面破坏。

二粘附性试验方法

1.1水浸法

水浸法是日本的标准方法，试验时选用20颗已用沥青拌和裹覆的石料，浸泡在80℃的恒温水槽中30min，然后评价沥青膜剥落面积的百分率。与水煮法相比，水浸法的温度恒定，没有人为因素；但水没有沸腾，完全处于静止状态，更缺乏水力的冲刷作用，所以要延长时间到30min来弥补。与水煮法一样，水浸法同样存在主观因素对剥落率的评价影响大的缺点。

1.2 水煮法

水煮法在我国应用非常广泛，适用于基质沥青、改性沥青、经过热处理的掺加抗剥落剂的沥青。大致步骤为：将集料至于105±5℃烘箱中1h，将沥青加热，将加热的集料颗粒浸入沥青45s后取出，挂于试验架上15min。将冷却的集料颗粒浸入保持微沸状态的水中，3min后观察沥青膜剥落情况。水煮法因为其判断结果人为肉眼判断，故主观因素导致有时试验结果区分度不大，很难判断两种外观接近的试验事件那个粘附性能更好，并且没有建立与现场的相关关系。但水煮法亦具有试验时间短、设备简单、容易操作、沥青膜剥落情况直观明显等优点。

1.3光电比色法

光电比色法的基本原理是基于物质在光的激发下，对光波长的选择性吸收，而有各自的吸收，而有各自的吸收光带，当已色散后的光谱通过某一溶液时，某些波长的光线会被溶液吸收，在通过溶液的浓度、液层厚度成正比。光电分光光度计就是将透过溶液的光线通过光电转换器将光能装转换成电能，从指示器上读出相应的吸光度，通过吸光度与浓度的关系曲线，可以得到原集料及裹覆沥青膜的集料在吸附试验后染料残留的浓度，并计算出原集料的吸附量，混合料剥落试验后的吸附量，以及沥青膜的剥落率。光电比色法测得的粘附性指标完全量化，试验过程中人为因素影响较小。但是试验操作要求较高，试验数据普遍偏大，因为试验结果不仅包括了沥青自矿料表面剥落的百分率，也包括了沥青自矿料表面剥离但未剥落的百分率率。

三 结论

1、沥青与集料粘附性的试验方法有很多，其中水煮法和水浸法属于半量化的试验方法，试验结果受人为因素的影响较大，但操作简单；光电比色法和净吸附法属于量化的试验方法，试验结果受人为影响因素小，但是试验操作复杂。

2、影响沥青和集料粘附性的因素有很多，其中沥青、集料、水及荷载的影响更为显著。一般认为，沥青的酸性越大，与矿料的粘附性就越好；碱性较强，矿料表面的电荷密度越大的集料与沥青的粘附性越好；而水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥离的先决条件。

3、沥青与集料的粘附是一个复杂的物理化学过程，目前，有力学理论、化学反应理论、分子定向理论、静电理论等四种理论可用来解释其粘附机理。但以上几种理论均是从沥青与集料粘附机理的某一方面进行的解释，任何一种单独的理论都无法全面系统地解释沥青与集料的粘附性。