系統改善瀝青與集料的粘附性

金寶柱

本文探討了瀝青、集料、水及荷載等因素對瀝青與集料之間粘附性的影響，分析瀝青與集料的粘附性能，水損害是瀝青路面早期損壞的主要原因。以及瀝青混合料的空隙率、瀝青模厚度等。瀝青混合料水穩定性的評價方法，通常分兩個階段；⑴第一階段是評價瀝青與礦料的粘附性。⑵第二階段是評價瀝青混合料的水穩定性。文章就瀝青與礦料的粘附性進行了研究，論述了瀝青與集料的幾種粘附性理論，分析了粘附性的影響因素，比較了目前常用的幾種粘附性試驗方法的優劣。

一、粘附性的影響因素

1.1 瀝青性質對粘附性的影響

瀝青是一種成分極為復雜的化和物，按照色譜分析法可將其分解成瀝青質、飽和酚、芳香酚和膠質四種組分。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，主要以范德華力與礦料表面發生吸附[3]。故與集料的粘附力較弱，很容易脫附。而膠質與瀝青質均為帶有極性或是表面活性物質，瀝青中具有化學活性組分的瀝青酸、瀝青酸酐等極性組分基本都集中在膠質和瀝青質中，這些成分與集料表面發生化學吸附，故吸附力較強。此外，瀝青組分中屬于酸性的物質有環烷酸、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的浸潤性，特別是提高了瀝青與集料的粘附強度。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。

1.2集料性質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生復雜的物理化學作用，集料的化學性質在很大程度上影響著混合料的物理力學性質。集料的酸堿性也會影響到瀝青與集料的粘附性。一般認為堿性較強的集料與瀝青的粘附性好，酸性集料與瀝青的粘附性差。[4]

此外，集料表面電荷及比表面積等性質可以在很大程度上反應集料與瀝青的粘附性。當集料被粉碎成細顆粒作為分散相分散與介質水中，在每個顆粒周圍會形成雙電層。由于在組成雙電層之間的擴散層內，存在著過剩反離子的靜電荷，這些離子在電場的作用下發生移動。由于這些離子是水合離子，故在其本身運動的同時，將帶動水的運動，運動方向取決于礦料表面普遍帶有電荷的性質。礦料表面普遍帶有電荷的性質不同，其方向也異，故可根據液體運動的方向判定礦料表面所帶電荷的性質。而所測試的電勢，就是礦料與水兩相發生相對運動的邊界處與液體內部的電位差。這個電位的大小，在雙電層厚度一定的情況下，取決于礦料表面占主導地位的電荷密度，即電荷密度越大。研究表明：電位越大，即礦料表面的電荷密度越大，集料與瀝青的粘附性越好[5]。

1.3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、集料本身的性質等內因外，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，導致瀝青膜被水置換，發生剝落。交通荷載的反復作用是加速水損壞進程的重要因素。當路面上有水分時，汽車的通過會形成一種水力沖刷現象，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壓，將空隙中的水吸出，這種擠入和吸出的反復循環，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。

二粘附性試驗方法

1.1水浸法

水浸法是日本的標準方法，試驗時選用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，完全處于靜止狀態，更缺乏水力的沖刷作用，所以要延長時間到30min來彌補。與水煮法一樣，水浸法同樣存在主觀因素對剝落率的評價影響大的缺點。

1.2 水煮法

水煮法在我國應用非常廣泛，適用于基質瀝青、改性瀝青、經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，掛于試驗架上15min。將冷卻的集料顆粒浸入保持微沸狀態的水中，3min后觀察瀝青膜剝落情況。水煮法因為其判斷結果人為肉眼判斷，故主觀因素導致有時試驗結果區分度不大，很難判斷兩種外觀接近的試驗事件那個粘附性能更好，并且沒有建立與現場的相關關系。但水煮法亦具有試驗時間短、設備簡單、容易操作、瀝青膜剝落情況直觀明顯等優點。

1.3光電比色法

光電比色法的基本原理是基于物質在光的激發下，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，當已色散后的光譜通過某一溶液時，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。光電分光光度計就是將透過溶液的光線通過光電轉換器將光能裝轉換成電能，從指示器上讀出相應的吸光度，通過吸光度與濃度的關系曲線，可以得到原集料及裹覆瀝青膜的集料在吸附試驗后染料殘留的濃度，并計算出原集料的吸附量，混合料剝落試驗后的吸附量，以及瀝青膜的剝落率。光電比色法測得的粘附性指標完全量化，試驗過程中人為因素影響較小。但是試驗操作要求較高，試驗數據普遍偏大，因為試驗結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。

三 結論

1、瀝青與集料粘附性的試驗方法有很多，其中水煮法和水浸法屬于半量化的試驗方法，試驗結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方法，試驗結果受人為影響因素小，但是試驗操作復雜。

2、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。一般認為，瀝青的酸性越大，與礦料的粘附性就越好；堿性較強，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生粘附性破壞而剝離的先決條件。

3、瀝青與集料的粘附是一個復雜的物理化學過程，目前，有力學理論、化學反應理論、分子定向理論、靜電理論等四種理論可用來解釋其粘附機理。但以上幾種理論均是從瀝青與集料粘附機理的某一方面進行的解釋，任何一種單獨的理論都無法全面系統地解釋瀝青與集料的粘附性。