如何改善瀝青與集料的粘附性

摘 要：我國目前為改善瀝青混合料粘附性進(jìn)行了分析，瀝青混合料的抗水損壞能力是決定路面水穩(wěn)定性的根本因素，它主要取決于礦料的性質(zhì)、瀝青與礦料之間相互作用性質(zhì)，在瀝青混合料中加入一定劑量的抗剝落劑，能明顯提高瀝青混凝土的抗水損害能力。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；瀝青；集料，粘附性；

文章編號：1674-3520（2015）-04-00-01

一、瀝青與集料粘附性基本理論

（一）化學(xué)反應(yīng)理論。瀝青與集料之間的粘附性主要來源于瀝青與集料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。石油瀝青中含有大量的酸性及堿性化合物，且酸性組分高于堿性組分。堿性集料如石灰?guī)r表面存在石灰?guī)r堿性活性中心。容易與瀝青中的堿性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的化合物，故粘附性好。而酸性集料如花崗巖表面缺乏這種堿性活性中心，故較少發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以粘附性差。

（二）力學(xué)理論。瀝青與集料之間的粘附性主要是由于其間分子力的作用。從微觀角度看，集料的表面粗糙和高低不平，這種粗糙增加了瀝青的表面積，使瀝青和集料粘合（界）面積增大。提高了兩者之間總的粘結(jié)力。此外，集料表面存在著各種形狀、各種取向、各種大小的空隙和微裂縫，由于吸附與毛細(xì)作用，瀝青滲入上述孔隙與裂縫，增加了兩者結(jié)合的總內(nèi)表面積，從而提高了總的粘結(jié)力。再者，瀝青在高溫時(shí)以液相滲入骨料孔隙與微裂隙中，當(dāng)溫度降低后，瀝青則在空隙中發(fā)生膠凝硬化，這種鍥入與錨固作用，增強(qiáng)了瀝青與集料之間的機(jī)械結(jié)合力。

（三）靜電理論。靜電理論認(rèn)為當(dāng)瀝青與集料接觸時(shí)，瀝青—集料體系形成雙電層而產(chǎn)生靜電引力。它可以看作一個(gè)電容器由于兩種不同的物質(zhì)接觸而充電，界面的作用力就是雙電層之間的作用力。

二、粘附性的影響因素

（一）瀝青性質(zhì)對粘附性的影響。瀝青是一種成分極為復(fù)雜的化和物，按照色譜分析法可將其分解成瀝青質(zhì)、飽和酚、芳香酚和膠質(zhì)四種組分。研究表明：飽和酚和芳香酚都作為油分，在瀝青中起著潤滑和柔軟作用，且均屬于定分子化合物，是非極性物質(zhì)，主要以范德華力與礦料表面發(fā)生吸附。故與集料的粘附力較弱，很容易脫附。而膠質(zhì)與瀝青質(zhì)均為帶有極性或是表面活性物質(zhì)，瀝青中具有化學(xué)活性組分的瀝青酸、瀝青酸酐等極性組分基本都集中在膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中，這些成分與集料表面發(fā)生化學(xué)吸附，故吸附力較強(qiáng)。此外，瀝青組分中屬于酸性的物質(zhì)有環(huán)烷酸、地瀝青酸。瀝青酸和瀝青酸酐是瀝青中活性最大組分，它改善了瀝青對礦物質(zhì)的浸潤性，特別是提高了瀝青與集料的粘附強(qiáng)度。瀝青的酸性越大，與礦料的粘附性就越好，在瀝青混合料中瀝青從礦料表的剝落度越就小。

（二）集料性質(zhì)對瀝青與集料粘附性的影響。集料在瀝青混合料中與瀝青發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)作用，集料的化學(xué)性質(zhì)在很大程度上影響著混合料的物理力學(xué)性質(zhì)。集料的酸堿性也會影響到瀝青與集料的粘附性。一般認(rèn)為堿性較強(qiáng)的集料與瀝青的粘附性好，酸性集料與瀝青的粘附性差。

（三）水及荷載對集料和瀝青粘附性的影響。影響瀝青與集料粘附性的因素除了瀝青、集料本身的性質(zhì)等內(nèi)因外，還包括水和荷載等外因。水及交通荷載的存在是瀝青與集料發(fā)生粘附性破壞而剝落的先決條件。潔凈的集料在干燥條件下與瀝青粘附良好，然而水在瀝青路面施工過程中，并在以后會慢慢滲出入瀝青集料的界面之間，水分就很容易浸潤到集料與瀝青的界面上，導(dǎo)致瀝青膜被水置換，發(fā)生剝落。交通荷載的反復(fù)作用是加速水損壞進(jìn)程的重要因素。當(dāng)路面上有水分時(shí)，汽車的通過會形成一種水力沖刷現(xiàn)象，在輪胎前面的水受輪胎擠壓擠入路表面的空隙中，造成水壓力，輪胎通過后在輪胎的后方又形成負(fù)壓，將空隙中的水吸出，這種擠入和吸出的反復(fù)循環(huán)，便形成了水力沖刷，使集料松散、掉粒、繼而成為坑槽而造成路面破壞。

三、粘附性試驗(yàn)方法

（一）水浸法。水浸法是日本的標(biāo)準(zhǔn)方法，試驗(yàn)時(shí)選用20顆已用瀝青拌和裹覆的石料，浸泡在80℃的恒溫水槽中30min，然后評價(jià)瀝青膜剝落面積的百分率。與水煮法相比，水浸法的溫度恒定，沒有人為因素；但水沒有沸騰，完全處于靜止?fàn)顟B(tài)，更缺乏水力的沖刷作用，所以要延長時(shí)間到30min來彌補(bǔ)。與水煮法一樣，水浸法同樣存在主觀因素對剝落率的評價(jià)影響大的缺點(diǎn)。

（二）水煮法。水煮法在我國應(yīng)用非常廣泛，適用于基質(zhì)瀝青、改性瀝青、經(jīng)過熱處理的摻加抗剝落劑的瀝青。大致步驟為：將集料至于105±5℃烘箱中1h，將瀝青加熱，將加熱的集料顆粒浸入瀝青45s后取出，掛于試驗(yàn)架上15min。將冷卻的集料顆粒浸入保持微沸狀態(tài)的水中，3min后觀察瀝青膜剝落情況。水煮法因?yàn)槠渑袛嘟Y(jié)果人為肉眼判斷，故主觀因素導(dǎo)致有時(shí)試驗(yàn)結(jié)果區(qū)分度不大，很難判斷兩種外觀接近的試驗(yàn)事件那個(gè)粘附性能更好，并且沒有建立與現(xiàn)場的相關(guān)關(guān)系。但水煮法亦具有試驗(yàn)時(shí)間短、設(shè)備簡單、容易操作、瀝青膜剝落情況直觀明顯等優(yōu)點(diǎn)。

（三）光電比色法。光電比色法的基本原理是基于物質(zhì)在光的激發(fā)下，對光波長的選擇性吸收，而有各自的吸收，而有各自的吸收光帶，當(dāng)已色散后的光譜通過某一溶液時(shí)，某些波長的光線會被溶液吸收，在通過溶液的濃度、液層厚度成正比。光電分光光度計(jì)就是將透過溶液的光線通過光電轉(zhuǎn)換器將光能裝轉(zhuǎn)換成電能，從指示器上讀出相應(yīng)的吸光度，通過吸光度與濃度的關(guān)系曲線，可以得到原集料及裹覆瀝青膜的集料在吸附試驗(yàn)后染料殘留的濃度，并計(jì)算出原集料的吸附量，混合料剝落試驗(yàn)后的吸附量，以及瀝青膜的剝落率。光電比色法測得的粘附性指標(biāo)完全量化，試驗(yàn)過程中人為因素影響較小。但是試驗(yàn)操作要求較高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)普遍偏大，因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)果不僅包括了瀝青自礦料表面剝落的百分率，也包括了瀝青自礦料表面剝離但未剝落的百分率率。

四、結(jié)論

（一）瀝青與集料粘附性的試驗(yàn)方法有很多，其中水煮法和水浸法屬于半量化的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果受人為因素的影響較大，但操作簡單；光電比色法和凈吸附法屬于量化的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果受人為影響因素小，但是試驗(yàn)操作復(fù)雜。

（二）影響瀝青和集料粘附性的因素有很多，其中瀝青、集料、水及荷載的影響更為顯著。一般認(rèn)為，瀝青的酸性越大，與礦料的粘附性就越好；堿性較強(qiáng)，礦料表面的電荷密度越大的集料與瀝青的粘附性越好；而水及交通荷載的存在是瀝青與集料發(fā)生粘附性破壞而剝離的先決條件。

（三）瀝青與集料的粘附是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，目前，有力學(xué)理論、化學(xué)反應(yīng)理論、分子定向理論、靜電理論等四種理論可用來解釋其粘附機(jī)理。但以上幾種理論均是從瀝青與集料粘附機(jī)理的某一方面進(jìn)行的解釋，任何一種單獨(dú)的理論都無法全面系統(tǒng)地解釋瀝青與集料的粘附性。