翁曉波

(重慶交通大學(xué)土木學(xué)院，重慶 400074)

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瀝青-集料粘附性的機(jī)理與測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀綜述

翁曉波

(重慶交通大學(xué)土木學(xué)院，重慶 400074)

介紹了瀝青混合料中瀝青與集料的粘附性特性，對(duì)其國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)述。闡述了瀝青與集料粘附性形成的機(jī)理、化學(xué)機(jī)理和表面能理論，并對(duì)種類繁多的粘附性測(cè)試方法進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，優(yōu)選出在具體使用條件下簡(jiǎn)便快速的試驗(yàn)方案。

瀝青與集料；粘附性；機(jī)理；測(cè)試技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)公路無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工技術(shù)都取得了很大的成就，但對(duì)公路的路用性能要求也越來(lái)越高，在我國(guó)眾多高等級(jí)公路中，90%都是以瀝青為主的路面，因此，研究瀝青的工作性能是設(shè)計(jì)瀝青路面的必備基礎(chǔ)。在路面使用過(guò)程中，超速超載的現(xiàn)象屢見不鮮，不但給路面的使用造成了嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，也對(duì)社會(huì)安全和人民健康構(gòu)成了威脅。當(dāng)前，我國(guó)瀝青路面的破壞絕大部分都不是結(jié)構(gòu)或者整體破壞，而是局部的坑槽、開裂或剝落，其中，由水的存在而受到影響的占到60%之多。對(duì)于水損害問題，眾多學(xué)者從瀝青混合料的級(jí)配、瀝青與集料粘附性、路面排水層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和排水設(shè)施等方面進(jìn)行了研究。瀝青與集料之間的粘附性不僅影響著瀝青路面的抗水損害性能，更影響著路面的長(zhǎng)期使用性能。本文從瀝青與集料之間的粘附性入手，對(duì)粘附性的機(jī)理和測(cè)試方法等進(jìn)行綜述[1]。

1 瀝青與集料粘附性的機(jī)理

瀝青路面的發(fā)展歷史雖然不長(zhǎng)，但也經(jīng)歷了風(fēng)雨，形成了許多成果。由于水損害對(duì)路面使用的重大影響，因此研究瀝青與集料粘附性的學(xué)者和相關(guān)論文有很多，形成了一定體系及理論。

1.1 力學(xué)理論(機(jī)械粘附理論)

力學(xué)理論認(rèn)為瀝青和集料之間的粘附作用來(lái)源于兩者之間的分子力作用，集料粗糙多孔、大小不均增加了集料的比表面積，從而使得集料和瀝青的接觸面積增加，粘結(jié)力也相應(yīng)得到提高。集料表面的不均勻和微孔微裂縫等缺陷都會(huì)使瀝青在和集料接觸時(shí)滲入，等到瀝青硬化的時(shí)候，兩者之間就形成了機(jī)械的咬合力，進(jìn)一步增強(qiáng)了瀝青和集料之間的粘附性。

1.2 化學(xué)反應(yīng)理論

化學(xué)反應(yīng)理論認(rèn)為瀝青與集料的粘附性主要因?yàn)閮烧咧g的表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，而化學(xué)反應(yīng)中，酸堿反應(yīng)是較為常見和容易的，因此，現(xiàn)階段酸堿反應(yīng)為主要理論。瀝青中含有酸性成分，它可以和堿性集料發(fā)生中和反應(yīng)，形成新的化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)鍵，從而產(chǎn)生粘附強(qiáng)度。酸性集料缺乏堿性物質(zhì)，不能和瀝青反應(yīng)，因此，酸性集料和瀝青之間的粘附性較差[2]。

1.3 表面能理論

表面能理論認(rèn)為液體和物體之間的粘附存在能量的變化，表現(xiàn)為液體潤(rùn)濕固體表面過(guò)程中體系表面能的減少，是以經(jīng)典潤(rùn)濕理論作為基礎(chǔ)。表面能理論最先是1964年由Fowkes提出，他認(rèn)為材料的表面能分為色散分量和偶極作用力、氫鍵等非色散分量，從開始只認(rèn)為色散分量對(duì)固液表面作用的Fowkes法到后來(lái)認(rèn)為色散分量和包括氫鍵在內(nèi)的極性作用力都對(duì)其有作用的幾何平均法，再到細(xì)分極性作用力為質(zhì)子酸堿作用和建立有限固液截面張力平衡的新方法，表面能理論得到了長(zhǎng)足的發(fā)展[3]。

以上的3個(gè)理論只是眾多粘附性理論中較為突出的一部分，它們之間不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)、互相貫通的，在分析瀝青與集料的粘附性時(shí)，不能單一的通過(guò)某個(gè)理論進(jìn)行研究，而應(yīng)該結(jié)合各個(gè)理論綜合分析，力學(xué)理論和化學(xué)理論的實(shí)用性不及表面能理論且后者是定量分析，具有更好的深度，從能量的角度可以更好描述水使瀝青從集料表面剝落的過(guò)程，通過(guò)瀝青和集料之間的接觸角來(lái)評(píng)定粘附性的好壞。

2 瀝青與集料粘附性的測(cè)試技術(shù)

自20世紀(jì)以來(lái)，許多瀝青與集料之間粘附性的測(cè)試方法不斷被人們所提及，而現(xiàn)今更實(shí)用且簡(jiǎn)便的方法也不斷產(chǎn)生，其中，主要分為定性測(cè)試方法和定量測(cè)試方法，定性方法包括:水煮法、水浸法、重量法等，定量方法主要是基于吸光度原理的光電比色法，基于表面能的原理方法和較為新穎的超聲波監(jiān)測(cè)方法及溶劑洗脫法。

2.1 水煮法

我國(guó)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的水煮法是選取粒徑為13.2 mm～19 mm形態(tài)接近立方體的規(guī)則集料5個(gè)，經(jīng)瀝青包裹后，在蒸餾水中沸煮3min，按瀝青膜脫落的具體情況來(lái)斷定瀝青-集料的粘附性，該方法簡(jiǎn)潔快速，可操作性強(qiáng)，迅速斷定粘附性，不足之處在于只能定性對(duì)粘附性做出主觀上的判斷，缺乏定量指標(biāo)，觀察結(jié)果也因人而異。

2.2 靜態(tài)水浸法

我國(guó)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的水浸法是用于對(duì)粗集料最大粒徑小于13.2 mm的細(xì)粒式混凝土中瀝青與集料之間粘附性的評(píng)價(jià)。水浸法也是日本常用的標(biāo)準(zhǔn)方法，試驗(yàn)選用20顆裹附瀝青的石料，浸泡在80℃的恒溫水中30 min，評(píng)定瀝青膜剝離面積百分率。為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀，可制作一套不同剝落率的照片，試驗(yàn)時(shí)可以對(duì)比照片進(jìn)行比較，從而評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性。與水煮法相比，水浸法更為客觀，但此試驗(yàn)為靜態(tài)，缺乏水動(dòng)力，沒有沖刷作用。此方法適用于測(cè)量較細(xì)集料和細(xì)粒式的瀝青混凝土[4]。

2.3 光電比色法

光電比色法的原理是水與瀝青-集料接觸時(shí)，水與集料的吸附性更大致使瀝青脫落，采用染料與水形成的溶液與瀝青-集料表面接觸，通過(guò)測(cè)量染料吸附在集料表面的量可計(jì)算出瀝青的剝落率，進(jìn)而判定瀝青-集料的粘附性，這之中染料有跟蹤作用。把規(guī)定數(shù)量的瀝青混合料放入已知濃度的酚藏紅花生物染料中，在60℃下浸泡2 h，取出后裝入試管，用分光光度計(jì)測(cè)試吸光度，通過(guò)濃度與吸光度的關(guān)系曲線可得到染料的殘留濃度，以此計(jì)算出原集料的吸附量和集料剝落后的吸附量，進(jìn)一步計(jì)算出剝落率。

2.4 溶劑脫落法

溶劑脫落法是將瀝青和甲苯一起做成2%濃度的溶液，使該溶液在通過(guò)恒溫30℃的礦料試驗(yàn)中測(cè)試流經(jīng)同樣體積但礦料不同種類上的瀝青，以此來(lái)得出瀝青與集料之間的粘附性。用粘附的瀝青和剝落率來(lái)表征粘附性[5]。

這4種測(cè)試與評(píng)價(jià)瀝青粘附性的方法中，水煮法應(yīng)用范圍和場(chǎng)所最多且最廣，實(shí)際操作起來(lái)最為容易，可通過(guò)查看瀝青從集料表面的剝落情況來(lái)評(píng)定瀝青-集料的粘附性，缺點(diǎn)是受自身主觀影響較大。水浸法有所改進(jìn)，可得到相對(duì)于水煮法較為客觀的結(jié)果，但這兩種方法都只是定性上來(lái)分析和觀察瀝青-集料的粘附性。后面兩種方法可以定量計(jì)算出剝落率，并以此來(lái)作為評(píng)價(jià)瀝青-集料粘附性的參數(shù)，光電比色法操作復(fù)雜，所得到的結(jié)果往往因?yàn)槿芤褐械牟丶t花也會(huì)粘附在瀝青上而偏大。溶劑脫落法則可以很好評(píng)定瀝青-集料的粘附性且試驗(yàn)精準(zhǔn)，受人為干擾小，所得結(jié)果較為精確。因此，究竟選取哪種方法還需要視當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)條件、時(shí)間以及精度要求而定。

3 結(jié)語(yǔ)

瀝青-集料粘附性的研究一般都是從定性和定量?jī)煞矫鎭?lái)進(jìn)行，在粘附性形成機(jī)理上，力學(xué)和化學(xué)的機(jī)理是從瀝青-集料自身的性質(zhì)來(lái)分析，而表面能理論則很好的從量的角度來(lái)把握兩者的粘附性。就測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)來(lái)看，常用的水煮法、水浸法也是為了快速判斷瀝青粘附性的存在與否，而溶劑脫落法和光電色法則能具體計(jì)算出瀝青在集料表面的剝落率，可以更直觀地評(píng)價(jià)粘附性的優(yōu)劣。

[1] 付俊峰，何孝萬(wàn).瀝青-集料粘附性研究綜述[J].中國(guó)建材科技，2016，(03):44-47.

[2] 張紅峰.集料與瀝青粘附性機(jī)理[J].現(xiàn)代公路，2009，(11):130-131.

[3] 裴建新.基于表面能的瀝青/集料粘附機(jī)理研究[J].合成材料老化與應(yīng)用，2016，(45):74-78.

[4] 王軍，陳燕娟.瀝青與集料粘附性評(píng)價(jià)方法[J].山西建筑，2012，(38):126-128.

[5] 原健安，徐希娟.評(píng)價(jià)瀝青與集料相對(duì)粘附性的方法-溶劑脫落法[J].公路，1999，(11):53-55.

Asphalt-agglomeration adhesion mechanism and testing technology

WENG Xiao-bo

(School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

The adhesion characteristics of asphalt and aggregate in asphalt mixture are introduced, and the research status of asphalt mixture is briefly introduced. The mechanism, chemical mechanism and surface energy theory of asphalt and aggregate adhesion are expounded, and a wide variety of adhesion test methods are compared and evaluated, and a simple and rapid test scheme under the specific conditions of use is selected.

Asphalt and aggregate; Adhesion; Mechanism; Testing technology

2017-03-26

翁曉波(1994-)，男，碩士。

U414

B

1674-8646(2017)10-0088-02