摘要：随着高等级公路的建设与发展，沥青路面已成为我国高等级路面的主要形式。由于沥青路面结构与功能一体化的需求不断提高，沥青路面的结构设计与沥青混合料材料设计的重要性不言而喻。伴随材料学、化学、生物学等学科的飞速发展，沥青的材料设计已然成为了主要突破方向。对于沥青混合料，在影响其路用性能的各项因素中，沥青与集料的粘附特性是至关重要的因素之一，它与沥青路面的耐久性、松散剥落、水损害以及沥青混合料的强度与低温抗裂性等有着直接的联系。
关键词：沥青；粘附；水损害；表面能
1.引言
水损害是继车辙和开裂后的又一种重要破坏形式，认为发生水损害主要有两种形式：一是沥青与矿料间的粘附性不足；二是由于水的进入，沥青自身粘聚力减弱，使得沥青和集料发生分离并渐渐剥落[1-4]。所以沥青路面在水存在的条件下，承受外力荷载和温度不断变化作用下，当水介入到沥青和集料界面上粘附性的降低和在水动力作用下，造成沥青膜的剥落，从而使得沥青混合料的粘结力降低，进而导致的路面发生的各种破坏现象。
沥青与集料的粘附性研究从20世纪30年代起就是道路工作者研究的热点，各国研究人员先后提出了各种测试方法与评价指标，而目前对于沥青与集料粘附机理的解释主要以力学理论、化学理论、表面能理论、分子定向理论与静电理论为主[5-9]。其中，表面能理论不断完善与发展，逐渐优于其他理论，故而基于表面能原理对沥青粘附性的研究不仅顺应了当代科学发展的趋势，同时也可以为研究沥青与集料粘附性提供了新的测试手段与相应的评价指标。
2.沥青与集料的粘附机理
沥青与矿料之间的相互作用是复杂的，可以产生许多的吸附作用。有沥青层被矿料表面物理吸附，有沥青与矿料化学吸附，有沥青的某些组分的选择性扩散吸附作用，它们是沥青混合料结构形成的决定因素，直接关系到混合料的强度、水稳定性等许多重要性能。由于矿料表面的沥青膜密度和粘稠度都达到最大，自由沥青保持原来性质，而靠近结构沥青附近的沥青，其粘度会有所增大。
其实沥青在矿料表面吸附强度取决于它们之间发生了何种吸附。当沥青中含有足够多的沥青酸和沥青酸酐存在，所以其呈现酸性，如与碳酸盐或碱性岩石相遇，会发生化学吸附，形成稳定的薄膜在矿料表面，相互间的粘附力远大于物理吸附石的粘附力，因此具有较强的抗水害能力[10-12]。而沥青与酸性矿料之间大多只有物理吸附。其中沥青与矿料的良好粘结还取决于矿料表面的性质，相同性质的矿料，在同种沥青粘结时，表面粗糙的比表面光滑的粘结力好，不仅由于表面粗糙可以更好的润湿矿料表面，还有机械咬合力的存在。在矿料与沥青互相作用时，选择性的扩散吸附作用的大小取决于矿料表面的性质、孔隙状况和沥青的活性与组分配比等因素。
按照物理化学的观点，沥青与集料之间的相互作用过程是个复杂的、多种多样的吸附过程，它们包括沥青层被集料表面的物理吸附过程，沥青与集料接触界面上进行的化学吸附过程，以及沥青组分向集料的选择性扩散作用过程。沥青在范德华力的作用下发生物理吸附，并在集料表面形成沥青定向层，物理吸附能够形成几个分子厚度的吸附层。沥青与集料表面发生化学反应形成化学吸附，其仅仅是与集料表面的一层分子发生作用。当沥青与集料形成化学吸附层时，其相互间的粘附力远大于物理吸附时的粘附力。所以沥青与集料表面的吸附强度，主要取决于两者之间发生的吸附类型。当沥青与集料表面发生化学吸附形成化学键时，沥青与集料的粘结最为牢固。而且有研究表明，当沥青与集料表面发生化学吸附时还能在沥青与集料的接触面上形成不溶于水的新的化合物[13-15]。所以发生化学吸附的沥青与集料粘结界面具有较高的抗水害能力。因此，只有产生化学吸附，沥青混合料才可能具有良好的水稳性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.沥青与集料粘附性影响因素
（1）沥青膜厚度。沥青膜较薄时，沥青自身的粘聚力大于沥青与石料之间的粘结力；沥青与石料之间的粘结力随着沥青膜厚度逐渐增加会随之增强直至超过沥青自身的粘聚力。
（2）表面能。对于沥青和石料体系而言，表面能就是指沥青胶结料与石料接触而形成沥青石料界面体系时单位面积的界面所释放或吸收的能量，这种能量越多，它发生变化所需要的能量就越多，就越不易发生界面的变化就越稳定，则其抗开裂能力越好；否则，认为其抗开裂能力或沥青与石料之间的粘结性就越差。
（3）石料形状特性。表面、富有棱角的石料与沥青拌合时，有利于混合料在内部形成嵌锁结构增大粗糙、石料与沥青的接触面积，从而增加二者的粘结总面积，可在一定程度上使沥青和石料之间的粘附性提高。
（4）空隙分布和透水性。空隙在沥青混合料中的分布直接影响着其透水性，透水性又直接影响着沥青石料界面的粘附性能，集料级配和石料材质的变化都会引起混合料内部空隙分布的变化。
5.结论
提高沥青与矿料的粘附性可以从两个思路入手：
（1）提高沥青与矿料的粘附性。单从材料的角度考虑提高其粘附性，要选择酸值大的沥青和粘度好的沥青，其次对与矿料，要选择表面粗燥、比表面积大、碱值大以及表面洁净的矿料。
（2）改善沥青与矿料的抗剥落性能。提高抗剥落的措施有很多，有的对沥青进行改性，在沥青中添加橡胶、树脂、高分子聚合物、金属皂、消石灰等，或者是进行物理改性添加炭黑、硫磺、橡胶粉等也还有的是沥青工艺的改变，如泡沫沥青或者氧化沥青等，还有掺加天然沥青的改性沥青。
参考文献
[1]徐梦，易军彦，冯德成，黄玉东，王东升.Analysis of Adhesive Characteristics of Asphalt Based on Atomic Force Microscopy and Molecular Dynamics Simulation.2017.
[2]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.
[3]庞骁奕.基于AFM与表面能原理的沥青与集料粘附特性分析[D].哈尔滨工业大学，2015.
[4]贾永杰.基于表面能理论的沥青—集料界面粘附性研究[D].内蒙古工业大学，2016.
[5]裴忠实.基于AFM的老化沥青表面微观特征及影响因素分析[D].哈尔滨工业大学，2016.
[6]王勇.基于表面能理论的沥青与集料粘附性研究[D].湖南大学，2010.
[7]汪立龙.基于表面自由能的沥青与矿料粘附效应研究[D].长安大学，2013.
[8]王璐.沥青—集料界面相结构和粘附机理研究[D].长安大学，2014.
[9]王利娜.沥青—集料界面粘结性能影响机制研究[D].合肥工业大学，2016.
[10]肖绍碧.沥青集料粘附性及沥青混合料抗水损性改善方法研究[D].重庆交通大学，2014.
[11]陈燕娟，高建明，陈华鑫.基于表面能理论的沥青—集料体系的粘附特性研究[J].东南大学学报，2014.
[12]张越.沥青与集料界面粘附性研究[D].长安大学，2014.
[13]谭忆秋，王大庆，边鑫，马韶军，吴建涛.沥青与矿料交互作用的影响因素[J].公路交通科技，2012.
[14]郭猛.沥青与矿料界面作用机理及多尺度评价方法研究[D].哈尔滨工业大学，2015.
[15]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.
论文作者:王丽艳,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第09期
论文发表时间:2019/8/15
标签：沥青论文; 表面论文; 石料论文; 界面论文; 发生论文; 化学论文; 理论论文; 《建筑实践》2019年第09期论文;