張?jiān)銎?韓繼成+賈猛+班孝義+魏龍

摘要：針對(duì)《道路工程材料》課程教學(xué)中瀝青與礦粉交互作用這一難點(diǎn)，本文從瀝青混合料強(qiáng)度構(gòu)成和組成結(jié)構(gòu)、交互作用機(jī)理、交互作用程度影響因素等三方面進(jìn)行解析。

關(guān)鍵詞：瀝青；礦粉；交互作用；路用性能

瀝青-礦粉之間的相互作用對(duì)瀝青混合料的粘彈性有重要影響，影響著混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性以及抗疲勞性等路用性能[1]。在《道路工程材料》教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)瀝青與礦粉交互作用理解存在難度。本文通過(guò)從瀝青混合料強(qiáng)度形成和組成結(jié)構(gòu)、交互作用影響因素、交互作用機(jī)理等幾方面來(lái)重點(diǎn)闡述瀝青與礦粉的交互作用重要性。

一、瀝青混合料強(qiáng)度構(gòu)成和組成結(jié)構(gòu)

瀝青混合料屬于作為一種多相分散體系材料，其強(qiáng)度構(gòu)成主要由礦質(zhì)顆粒之間的內(nèi)摩阻力、嵌擠力、瀝青本身粘結(jié)力以及瀝青與礦粉之間作用的粘結(jié)力所構(gòu)成[2]。瀝青混合料的粘聚力和勁度模量等性質(zhì)都與瀝青性質(zhì)以及瀝青-礦粉作用交互程度有關(guān)，適當(dāng)?shù)慕换プ饔媚軌虮苊鉃r青路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，提高路面耐久性[3]?？梢?jiàn)瀝青與礦粉的交互作用對(duì)瀝青混合料強(qiáng)度具有重要意義。

二、瀝青與礦粉交互機(jī)理

為了探究瀝青與礦粉的相互作用機(jī)理，H . M .鮑爾雷曾采用紫外線(xiàn)分析法對(duì)石灰石和石英石兩種典型的礦粉與同種瀝青交互作用進(jìn)行研究[4]，如圖1所示，結(jié)果表明：距礦粉表面不同厚度處（膠質(zhì)+瀝青質(zhì)）的組分比例與（飽和分+芳香分）的組分比例不同，發(fā)現(xiàn)瀝青膜距礦粉表面越近，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)的組分比例越高，飽和分+芳香分的組分比例越低，且瀝青分子量、碘值、皂化值也在變化，呈距離礦粉表面越近其值越小規(guī)律。

由圖1可見(jiàn)，在不同巖性的礦粉表面形成的吸附溶化膜厚度不同[5]，在石灰石礦粉表面形成較為發(fā)育的吸附溶化膜，在石英石礦粉表面形成較為致密的吸附溶化膜，當(dāng)瀝青同石灰石相互作用時(shí)，由于在石灰石表面有未補(bǔ)償?shù)拟}離子和碳酸根離子的分子引力對(duì)瀝青的最大活性組分產(chǎn)生吸附，瀝青中的表面活性分子以其極性端定向于石灰石，而非極性端（碳?xì)浠衔铮┒ㄏ蛴跒r青，在適宜的條件下，會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附，被吸附的瀝青分子以化學(xué)鍵的形式固著在石灰石表面。

瀝青與礦粉交互作用的實(shí)質(zhì)是瀝青能夠吸附在礦粉表面，并且瀝青的不同組分得到了重新排列，形成的吸附溶化膜，隨著石灰石表面為補(bǔ)償鈣離子和瀝青中表面活性組分的增加，在吸附時(shí)的化學(xué)相互作用的能力就會(huì)增長(zhǎng)，石灰石的水穩(wěn)定性就會(huì)相應(yīng)的增加[6]。

三、交互作用程度的影響因素

（1）瀝青性質(zhì)

瀝青的粘度、含臘量、酸值等物理指標(biāo)以及化學(xué)組分對(duì)瀝青與礦粉的交互作用能力的強(qiáng)弱具有一定影響。在科爾貝特四組分分析法中，四種組分對(duì)瀝青與礦粉反應(yīng)貢獻(xiàn)率不同，瀝青中膠質(zhì)與瀝青質(zhì)組分因含有大部分的瀝青酸、瀝青酸酐等極性組分，他們與礦粉吸附屬于極性吸附和化學(xué)吸附，吸附能力強(qiáng)；而芳香分和飽和酚屬于非極性低分子，以范德華力與礦粉表面發(fā)生吸附，故吸附作用力較弱。

（2）礦粉比表面積和瀝青用量

在瀝青與礦粉固定的條件下，瀝青與礦粉的比例是影響瀝青混合料強(qiáng)度重要因素。當(dāng)瀝青用量很少時(shí)，不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青薄膜來(lái)黏結(jié)礦料顆粒，隨著瀝青用量的增加，結(jié)構(gòu)瀝青膜逐漸形成，瀝青與礦料間的黏結(jié)力隨瀝青用量逐漸增大，當(dāng)瀝青足夠粘附在礦粉表面時(shí)，若瀝青用量繼續(xù)增加，自由瀝青逐漸增多，瀝青膠漿的黏結(jié)力隨自由瀝青的增加而降低，瀝青混合料的強(qiáng)度和路用性能也隨之降低[7]。

（3）礦粉的堿性和粒度

在不同礦粉粒度相同的情況下，礦粉的堿性越強(qiáng)，與瀝青的交互作用能力越大；而礦粉的粒度越小，表面積越大，與瀝青的交互作用能力越強(qiáng)[8]。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)從瀝青混合料強(qiáng)度構(gòu)成和組成結(jié)構(gòu)、交互作用機(jī)理、交互作用程度影響因素等三方面對(duì)瀝青與礦粉的相互作用的解析，化解了教學(xué)難點(diǎn)，使學(xué)生能夠更加全面、更加深入的理解瀝青與礦粉的相互作用，能夠從整體上把握瀝青與礦粉的相互作用程度的影響因素。

參考文獻(xiàn)

[1]王秉綱，李 平，張爭(zhēng)奇，等.礦粉對(duì)瀝青老化性能的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，27（4） ：6-9

[2]申愛(ài)琴.道路建筑材料[M] 北京：人民交通出版社，2010

[3]李立寒.道路工程材料[M] 北京：人民交通出版社，2013

[4]嚴(yán)家伋.道路建筑材料[M]北京：人民交通出版社，2004

[5]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001

[6]肖慶一，郝培文，徐鷗明，等.瀝青與礦粉粘附性的測(cè)定方法[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，27（1） ：19-22

[7]伍必慶.道路建筑材料[M] 北京：人民交通出版社，2012

[8]譚憶秋，王大慶，邊鑫，等.瀝青與礦料交互作用的影響因素[J] .公路交通科技，2012，29 （11）：7-12

作者簡(jiǎn)介：

張?jiān)銎?，男?35歲，陜西藍(lán)田人，長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院道路系，副教授。研究方向：道路工程材料。