翁晓波

(重庆交通大学土木学院，重庆 400074)



沥青-集料粘附性的机理与测试技术现状综述

翁晓波

(重庆交通大学土木学院，重庆 400074)

介绍了沥青混合料中沥青与集料的粘附性特性，对其国内的研究现状进行了简述。阐述了沥青与集料粘附性形成的机理、化学机理和表面能理论，并对种类繁多的粘附性测试方法进行比较和评价，优选出在具体使用条件下简便快速的试验方案。

沥青与集料；粘附性；机理；测试技术

进入21世纪以来，我国公路无论是设计还是施工技术都取得了很大的成就，但对公路的路用性能要求也越来越高，在我国众多高等级公路中，90%都是以沥青为主的路面，因此，研究沥青的工作性能是设计沥青路面的必备基础。在路面使用过程中，超速超载的现象屡见不鲜，不但给路面的使用造成了严重负担，也对社会安全和人民健康构成了威胁。当前，我国沥青路面的破坏绝大部分都不是结构或者整体破坏，而是局部的坑槽、开裂或剥落，其中，由水的存在而受到影响的占到60%之多。对于水损害问题，众多学者从沥青混合料的级配、沥青与集料粘附性、路面排水层的结构设计和排水设施等方面进行了研究。沥青与集料之间的粘附性不仅影响着沥青路面的抗水损害性能，更影响着路面的长期使用性能。本文从沥青与集料之间的粘附性入手，对粘附性的机理和测试方法等进行综述[1]。

1 沥青与集料粘附性的机理

沥青路面的发展历史虽然不长，但也经历了风雨，形成了许多成果。由于水损害对路面使用的重大影响，因此研究沥青与集料粘附性的学者和相关论文有很多，形成了一定体系及理论。

1.1 力学理论(机械粘附理论)

力学理论认为沥青和集料之间的粘附作用来源于两者之间的分子力作用，集料粗糙多孔、大小不均增加了集料的比表面积，从而使得集料和沥青的接触面积增加，粘结力也相应得到提高。集料表面的不均匀和微孔微裂缝等缺陷都会使沥青在和集料接触时渗入，等到沥青硬化的时候，两者之间就形成了机械的咬合力，进一步增强了沥青和集料之间的粘附性。

1.2 化学反应理论

化学反应理论认为沥青与集料的粘附性主要因为两者之间的表面发生了化学反应，而化学反应中，酸碱反应是较为常见和容易的，因此，现阶段酸碱反应为主要理论。沥青中含有酸性成分，它可以和碱性集料发生中和反应，形成新的化学物质和化学键，从而产生粘附强度。酸性集料缺乏碱性物质，不能和沥青反应，因此，酸性集料和沥青之间的粘附性较差[2]。

1.3 表面能理论

表面能理论认为液体和物体之间的粘附存在能量的变化，表现为液体润湿固体表面过程中体系表面能的减少，是以经典润湿理论作为基础。表面能理论最先是1964年由Fowkes提出，他认为材料的表面能分为色散分量和偶极作用力、氢键等非色散分量，从开始只认为色散分量对固液表面作用的Fowkes法到后来认为色散分量和包括氢键在内的极性作用力都对其有作用的几何平均法，再到细分极性作用力为质子酸碱作用和建立有限固液截面张力平衡的新方法，表面能理论得到了长足的发展[3]。

以上的3个理论只是众多粘附性理论中较为突出的一部分，它们之间不是孤立的，而是相互关联、互相贯通的，在分析沥青与集料的粘附性时，不能单一的通过某个理论进行研究，而应该结合各个理论综合分析，力学理论和化学理论的实用性不及表面能理论且后者是定量分析，具有更好的深度，从能量的角度可以更好描述水使沥青从集料表面剥落的过程，通过沥青和集料之间的接触角来评定粘附性的好坏。

2 沥青与集料粘附性的测试技术

自20世纪以来，许多沥青与集料之间粘附性的测试方法不断被人们所提及，而现今更实用且简便的方法也不断产生，其中，主要分为定性测试方法和定量测试方法，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电比色法，基于表面能的原理方法和较为新颖的超声波监测方法及溶剂洗脱法。

2.1 水煮法

我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定的水煮法是选取粒径为13.2 mm～19 mm形态接近立方体的规则集料5个，经沥青包裹后，在蒸馏水中沸煮3min，按沥青膜脱落的具体情况来断定沥青-集料的粘附性，该方法简洁快速，可操作性强，迅速断定粘附性，不足之处在于只能定性对粘附性做出主观上的判断，缺乏定量指标，观察结果也因人而异。

2.2 静态水浸法

我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定的水浸法是用于对粗集料最大粒径小于13.2 mm的细粒式混凝土中沥青与集料之间粘附性的评价。水浸法也是日本常用的标准方法，试验选用20颗裹附沥青的石料，浸泡在80℃的恒温水中30 min，评定沥青膜剥离面积百分率。为了使评价结果更为客观，可制作一套不同剥落率的照片，试验时可以对比照片进行比较，从而评价沥青与集料的粘附性。与水煮法相比，水浸法更为客观，但此试验为静态，缺乏水动力，没有冲刷作用。此方法适用于测量较细集料和细粒式的沥青混凝土[4]。

2.3 光电比色法

光电比色法的原理是水与沥青-集料接触时，水与集料的吸附性更大致使沥青脱落，采用染料与水形成的溶液与沥青-集料表面接触，通过测量染料吸附在集料表面的量可计算出沥青的剥落率，进而判定沥青-集料的粘附性，这之中染料有跟踪作用。把规定数量的沥青混合料放入已知浓度的酚藏红花生物染料中，在60℃下浸泡2 h，取出后装入试管，用分光光度计测试吸光度，通过浓度与吸光度的关系曲线可得到染料的残留浓度，以此计算出原集料的吸附量和集料剥落后的吸附量，进一步计算出剥落率。

2.4 溶剂脱落法

溶剂脱落法是将沥青和甲苯一起做成2%浓度的溶液，使该溶液在通过恒温30℃的矿料试验中测试流经同样体积但矿料不同种类上的沥青，以此来得出沥青与集料之间的粘附性。用粘附的沥青和剥落率来表征粘附性[5]。

这4种测试与评价沥青粘附性的方法中，水煮法应用范围和场所最多且最广，实际操作起来最为容易，可通过查看沥青从集料表面的剥落情况来评定沥青-集料的粘附性，缺点是受自身主观影响较大。水浸法有所改进，可得到相对于水煮法较为客观的结果，但这两种方法都只是定性上来分析和观察沥青-集料的粘附性。后面两种方法可以定量计算出剥落率，并以此来作为评价沥青-集料粘附性的参数，光电比色法操作复杂，所得到的结果往往因为溶液中的藏红花也会粘附在沥青上而偏大。溶剂脱落法则可以很好评定沥青-集料的粘附性且试验精准，受人为干扰小，所得结果较为精确。因此，究竟选取哪种方法还需要视当时的试验条件、时间以及精度要求而定。

3 结语

沥青-集料粘附性的研究一般都是从定性和定量两方面来进行，在粘附性形成机理上，力学和化学的机理是从沥青-集料自身的性质来分析，而表面能理论则很好的从量的角度来把握两者的粘附性。就测试与评价技术来看，常用的水煮法、水浸法也是为了快速判断沥青粘附性的存在与否，而溶剂脱落法和光电色法则能具体计算出沥青在集料表面的剥落率，可以更直观地评价粘附性的优劣。

[1] 付俊峰，何孝万.沥青-集料粘附性研究综述[J].中国建材科技，2016，(03):44-47.

[2] 张红峰.集料与沥青粘附性机理[J].现代公路，2009，(11):130-131.

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

[4] 王军，陈燕娟.沥青与集料粘附性评价方法[J].山西建筑，2012，(38):126-128.

[5] 原健安，徐希娟.评价沥青与集料相对粘附性的方法-溶剂脱落法[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

翁晓波(1994-)，男，硕士。

U414

B

1674-8646(2017)10-0088-02