沥青与集料的粘附性研究

王冰峰

（陕西顺通勘察设计有限公司，陕西省西安市710000）

摘要：沥青与集料的粘附性影响到沥青路面的路用性能，对粘附性进行研究，有助于提高沥青与集料的界面作用力，提高沥青混合料的抗病害能力。本文通过分析沥青—集料的相互作用，对影响粘附性的因素进行了分析，并对粘附性评价方法进行了阐述，最后提出了提高沥青与集料粘附性的措施建议，期望可为相关研究人员提供借鉴。

关键词：沥青；集料；粘附性；界面作用力

StudyonAdhesionofAsphaltandAggregate

WangBingfeng

(ShaanxiShuntongSurveyandDesignCo.,Ltd.,Shaanxixi’an710000)

Abstract：Theadhesionofasphalttoaggregateaffectstheroadperformanceofasphaltpavement.Researchonadhesioncanimprovetheinterfacialforceofasphaltandaggregateandimprovethediseaseresistanceofasphaltmixture.Inthispaper,byanalyzingtheinteractionofasphalt-aggregate,thefactorsaffectingtheadhesionareanalyzed,andtheevaluationmethodofadhesionisexpounded.Finally,thesuggestionsforimprovingtheadhesionofasphaltandaggregateareputforward.Providereferenceforrelevantresearchers.

Keywords：asphalt;aggregate;adhesion;interfaceforce

0引言

近些年来，随着交通量的不断增长及轴载的增加，前期修建的沥青路面在服务多年后普遍出现了多种病害，水损坏就是最主要的一种，水损坏的出现也会加速沥青路面剥落、坑槽、推移、车辙、卿泥等病害形式的出现。这些病害不仅影响了路面的正常使用，也降低了路面的使用寿命，增加了后期的养护成本。经过国内外诸多专家学者的多年研究发现沥青与集料的粘结界面作用降低是造成水损害的影响因素之一，因此沥青和集料界面的粘附性成为业内研究的重点，如何提高沥青与集料的粘附性，对沥青路面的发展有重要意义。对于沥青与集料的粘附性试验，我国通常利用水煮法和水浸法进行研究，但是存在主观因素影响大，不能定量评价等缺点，国外所采用的各种评价沥青—集料粘附性的试验方法也存在着不同程度的缺点[1]。因此，本文借助于表面自由能理论在工程领域的广泛应用，运用表面能理论对沥青与集料的粘附性进行评价研究，希望探究提高沥青与集料粘附性的新途径。

1沥青—集料界面的相互作用

沥青具有粘弹性，在与集料的接触面形成粘结力作用时需要一个过程，粘结力是沥青与集料两种材料相互作用的结果。根据固液接触原理，当两相接触时，液体在固体表面会产生润湿作用，然后液体与固体表面在接触界面上会产生一系列的物化反应，从而产生吸附作用，由于吸附作用产生粘附力。因此，沥青与集料之间的相互作用可以分为三个阶段：沥青在集料表面的润湿、沥青在集料表面的吸附、沥青与集料界面粘附力的形成。沥青与集料拌和过程中，热沥青首先包裹住集料颗粒，此时处于流动状态的沥青浆体，渗入集料表面的裂缝以及孔隙中，这就是沥青在集料表面的润湿作用。当集料表面包裹上沥青膜，沥青中的一些极性组分和芳香分结构，特别是表面活性物质，在分子间作用力、电场力的作用下，吸附于集料表面，形成沥青与集料界面。随着沥青混合料温度的降低，沥青粘附性逐渐增大，从液体逐渐变为固体，吸附速度也逐渐降低，直至最后停止形成沥青与集料的粘结强度。沥青和集料是两种性质不同的材料，他们之间的相互作用直接关系到沥青混合料的强度、温度稳定性、水稳性以及老化速度等一系列主要性能，而且对沥青混凝土路面使用寿命也有着较大的影响。

2沥青—集料粘附性影响因素分析

沥青混合料水稳定性与沥青结构的粘附性与很大的关系，沥青—集料粘附性的主要影响因素有原材料性质、集料的化学成分和表面状况、沥青的粘度及沥青膜厚度等。集料化学成分决定着集料的酸碱性，通过界面作用可知，沥青与集料的粘附性与表面发生的化学反应形成的化学键有关，沥青中的表面活性物质，如沥青酸、酸酐等与碱性集料接触时，更容易发生化学吸附而形成化学键结合力，会产生很强的化学吸附作用，而且集料碱性越强，化学键结合力就越大，沥青—集料的粘附性也越强。集料表面状况主要包括表面纹理粗糙度、表面微空隙和孔径大小等，当沥青与集料的作用表面积越大，反应面积就越大，吸附能力越强，微空隙和孔径还会促使集料表面的沥青膜变厚，而且能使沥青吸入集料内部，所以界面的粘附性也越强，有的学者指出，集料表面纹理粗糙度对于沥青与集料的粘附性比矿物成分影响更大[2]。沥青的性质影响主要在于沥青的组成结构上，胶质和沥青质决定着沥青的粘度和粘结力，沥青酸和沥青酸醉能提高沥青与矿物的粘附强度。具有化学活性的沥青酸、沥青酸醉等极性组分大都集中在胶质和沥青质中。所以当沥青与矿料接触时，沥青中的这些组分与集料表面发生极性吸附或化学吸附，形成很强的吸附力。

影响沥青混合料水稳定性的因素主要包括：集料的性质、沥青的性质、沥青混合料的性质、外部环境因素以及施工条件等。通过对沥青—集料的粘附性分析以及水稳定性影响因素可知，对于沥青与集料的粘附性主要是由沥青与集料的性质决定的，因此保障沥青与集料粘附性是提高沥青混合料水稳定性的基础，只有沥青与集料的粘附性好，沥青混合料的水稳定性才可能好。这与两者的评价方法也是密切相关的，在进行水稳定评价时，粘附性评价往往也是其中重要的一环，粘附性评价作为基础性研究的评价方法，对于提高路面结构的水稳性和其他路用性能具有重要的研究意义。

3沥青—集料粘附性评价

基于表面能理论评价沥青与集料的粘附性是建立在表面物理化学和界面理论基础之上的，此方法是通过较为精确的试验，测得沥青的表面张力值以及沥青与集料的接触角，然后计算得到粘附功来对沥青与集料之间的粘附性进行定量评价，粘附功越大，沥青与集料的粘附性就越好[3]，此方法可以有效减少主观因素的影响对试验结果的影响。用于评价沥青和集料的粘附性的表面能参数主要有：沥青、水与集料的接触角和沥青与集料的粘附功。接触角的大小直接反映了水、沥青在集料表面的润湿性的好坏；沥青与集料的粘附功则是沥青与集料界面的粘附力发生所需要做的功。沥青与集料的接触角越小，沥青对集料的润湿就越好，与集料也越容易产生粘附。用表面能法评价沥青与集料的粘附性，并结合现行规范中的水煮法试验，对沥青混合料设计中的材料选择和初步预测沥青混合料的水稳定性都具有一定的意义，对工程实践起到比较好的指导作用。

在进行评价中，通常按下述方法进行设计试验：为了测定固态沥青表面能参数，首先要制备平整均匀的沥青膜片，是先将沥青样品分别加热到规定温度熔化，然后将薄玻璃片分别浸入到热沥青中，然后取出玻璃片让沥青自然流淌，直到板上只留下一层薄薄均匀平整的沥青膜，最后将玻璃片放置在干燥器中放置12h即得到所需的沥青膜片。石块制作是将石料制作成尺寸长50*50*20mm大小的小石块，并尽量保证小石块表面及底面平整，另外还需要对小石块进行磨光处理。液体沥青表面张力测定采用全自动液体表面张力测定仪测定，可以直接读取数据。固体表面能参数测定利用接触角测定仪，使用电脑控制系统对接触角进行测量。液体沥青在石料表面的接触角测定，使用电脑控制系统对接触角进行测量，系统处理过程按照：拍照—成像—图像轮廓处理—切线定位—接触角生成—读取接触角数据过程进行。最后根据下列公式，只

4提高沥青与集料粘附性的措施建议

集料的化学成分、表面状况及形状特性对粘附性影响较大，集料的化学成分决定着集料的酸碱性。而且水相比沥青更容易与石料吸附，且水与酸性石料更容易吸附，因此在进行集料选择时要选择碱性集料，此外要保证集料的表面粗糙度，富有棱角的集料有利于在混合料内部形成嵌锁结构而具有很大的内摩擦角，沥青与富有棱角的集料的粘附性就好。在进行集料加工时，可根据石料特性选择合理配置的破碎机械加工，来保证破碎集料具有良好的颗粒形状以及粗糙的表面纹理，从集料生产源头上提高集料质量。当使用中条件受限采用酸性集料时，需对酸性集料采取改善措施，以降低集料的表面能，提高其表面性质，可以将干燥的磨细的消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分加入混合料或者将粗集料用石灰浆或者石灰水处理后使用，但使用的消石灰粉的量应控制在一定范围内。

沥青中的胶质和沥青质决定着沥青的粘度和粘结力，具有化学活性的沥青酸、沥青酸醉等极性组分大都集中在胶质和沥青质中，因此沥青粘度越大，其与集料的粘附性也越好。在沥青中添加某些具有极性的有机酸，或者添加某些外加剂使沥青中油质转化为胶质和沥青质，可以提高沥青的极性，从而促进活化反应，采用改性沥青、橡胶沥青等通过外加活性物质可有效提高沥青的粘性。

5结语

提高沥青与集料的粘结性有助于提高沥青混合料的抗水损害能力，提高混合料的抗疲劳特性等，通过分析沥青与集料的界面作用力和影响因素，可以寻求提高沥青与集料粘附性的有效方式，本文结合国内外现阶段的研究成果，利用表面能理论阐述了评价沥青—集料粘附性的方法，并提出了提高沥青与集料粘附性的措施建议。

参考文献：

[1]周卫峰.沥青与集料界面粘附性研究[D].长安大学，2002.

[2]甘新立，郑南翔，丛卓红.基于浸润参数和表面能理论的沥青与集料黏附性分析[J].北京工业大学学报，2017，43(9)：1388-1395.

[3]张越.沥青与集料界面粘附性研究[D].长安大学，2014.

[4]裴建新.基于表面能法的沥青/集料粘附机理研究[J].合成材料老化与应用，2016，45(4)：74-78.