沥青-集料粘附性研究综述

随着我国运输业的发展，我国对高等级公路的使用质量要求也越来越高。

沥青路面有着混凝土路面不可替代的优势，占据着高等级公路90%以上的比例。

但是在沥青路面使用过程中，道路行驶车辆超速、超载现象频繁出现，已建公路养护力度不够，导致大量不同等级的公路出现了不同程度的破坏。

据调查显示，对于大多数沥青路面来说，他们的整体结构和其性能并未发生严重破坏，路面的主要破坏主要是表面层出现了坑槽、滑移、剥落和开裂等常见病害。

根据相关研究表明，沥青路面的早期损坏70%以上直接或间接与路面的水稳性相关，即是由水损害引起的[1]。

水损害带来的不良影响早已引起各个国家的关注。

美国SHRP路面长期使用性能专家组、加拿大运输协会和我国“八五”攻关计划专家等都针对水损害问题进行了专项研究，并取得了令人瞩目的成果[2]。

针对水损害问题，各国学者从沥青混合料级配、沥青-集料粘附性及其改善措施、路面结构和路面排水设施等各个相关方面进行了深入研究。

沥青-集料粘附性是沥青混合料抵抗水损害的前提条件，它不仅直接影响着整个沥青路面的初期使用性能，还影响着沥青路面的长期使用效果。

为了提高沥青路面的整体水稳定性，防止沥青混合料水损害的发生，本文着重从沥青-集料粘附性方面来进行综述。

1沥青混合料水损害机理分析
水损害是指沥青路面在有水存在的状态下，经过外界荷载和环境因素的影响，水分逐渐渗入到沥青或沥青与集料的界面上，使得沥青-集料粘附性降低直至丧失粘结力，从而引起沥青路面出现拥包、松散、坑槽、裂缝等损害现象。

水损害不仅是一个短期路面损害现象，而且还是一个长期影响路面性能的病害。

沥青混合料水损害主要有两种机制：一种是随着行车荷载的碾压，沥青膜与集料之间的界面和集料与集料之间造成了剪切破坏，使得水分侵入沥青与集料表面微裂缝等进入界面使得沥青和集料间的粘附性逐渐丧失最终失效从而导致沥青膜从石料表面脱落；水损坏的另一种机制是水分通过吸附、置换、乳化、扩散等作用渗透入沥青，导致沥青胶结料自身的粘聚强度降低，最终水分穿透沥青膜进入混合料界面内部而导致水损坏。

沥青路面水损害是一个复杂的过程，在破坏过程中这两种机制是共同作用相互促进的并存体系。

故在研究水损害发生进程中，有必要去研究粘结破坏与粘聚破坏这两种机制各自所占据的比例以及在各个破坏阶段对破坏的影响大小。

2沥青与集料粘附理论研究[3-6]
由于沥青与集料的粘附性是沥青混合料抵抗水损害的基础，同时也直接影响着沥青混合料的使用质量和耐久性，为了提高路面水稳定性，防止沥青混合料水损害的发生，学者们从沥青与集料粘附作用机理方面进行深入研究，到目前为止已形成一定的理论。

2.1力学理论
力学理论认为沥青-集料粘附性来源于两者之间的分子力作用。

沥青与集料之间的分子力和集料的表面积密切相关。

从微观角度来看，集料表面是粗糙多孔、高低不平的，这种物理性质增加了集料的表面积，从而使得沥青和集料的粘结面积变大，提高了沥青与集料总的粘结力。

同时由于微裂缝和空隙分布在集料表面，沥青在裹附集料时渗入这些微裂缝和空隙，待沥青凝结硬化后，沥青与集料
沥青-集料粘附性研究综述
Review on asphalt-aggregate adhesion research
付俊峰1 何孝万2
（1甘肃省交通工程质量安全监督管理局，甘肃 兰州 730000；
2重庆交通大学土木工程学院，重庆 南岸区 400000）
摘 要：沥青与集料的粘附性是沥青混合料抵抗水损害的基础，不仅影响着沥青混合料的初期使用质量，还影响着沥青路面长期的使用效果。

本文从沥青混合料水损害机理、沥青与集料粘附理论以及沥青-集料粘附性影响因素方面进行论述；最后提出了今后研究的一些方向。

关键词：水损害；沥青；集料；粘附性
Abstract:Asphalt and aggregate adhesion is the foundation of asphalt mixture to resist water damage, not only affects the use of asphalt initial quality,but also affects the long-term effect of asphalt pavement.This paper discussed the mechanism of asphalt mixture of water damage,the adhesion theory of asphalt with aggregate,as well as the factors of asphalt-aggregate adhesion. Finally, there are some directions proposed for future research.
Keywords:water damage；asphalt；aggregate；adhesion
中图分类号：U414 文献标识码：B 文章编号：1003-8965(2016)03-0057-03
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之间形成机械咬合力，增加了两者之间的粘结力。

2.2化学反应理论
化学反应理论认为，沥青-集料粘附性主要来源于沥青与集料表面物质发生化学反应。

目前的研究多集中于酸碱反应理论，即沥青中的酸性成分与矿料表面的碱性物质发生了反应，形成新的化学键而产生粘附。

酸性集料缺乏碱性物质而导致与沥青的粘附性较差，这也是目前普遍认为碱性集料和沥青粘附性比酸性集料好的原因。

2.3表面能理论
表面能理论认为，沥青-集料粘附性是来源于沥青浸润矿料表面能量作用。

当沥青裹附集料时，由于沥青和集料相互接触吸引而产生能量交换。

在测试水和集料、沥青和集料的表面能时发现水能够更好地浸润集料，故而易导致沥青-集料粘附性降低而破坏。

2.4分子定向理论
分子定向理论认为，沥青-集料粘附性来源于沥青中的表面活性物质和矿料表面极性分子之间定向吸附作用。

当沥青裹附与集料表面时，沥青中的活性成分（酚类、羧酸类、亚砜类、砒啶类等）率先与集料表面的极性分子形成吸附形成力场，从而使得非极性分子获得定向排列能力构成沥青膜表面吸附层。

2.5静电理论
静电理论认为，沥青-集料粘附性来源于沥青与集之间的静电引力作用。

沥青、集料这两种性质差别很大的物质之间形成一个电容器模型，当它们亲密接触时使之充电，形成了电层之间的作用力即静电引力，使沥青与集料粘附在一起。

综合分析以上5种理论，它们各自从不同的角度对沥青与集料的粘附机理做出了一定的解释，每一种理论都有着自己独特的见解，但是除了表面能理论目前在研究中能够定量的分析其粘附性大小，其余只是从定性的角度来解释。

从原理上来看，上述理论之间是有着互通之处的。

比如力学理论中的粘附和表明能理论中的浸润、化学反应理论中酸碱活性中心和分子定向理论中的极性分子定向吸附以及静电理论中引力吸附，它们之间有着不可分割的关联性。

故在用理论去解释沥青-集料的粘附机理时，不能用单独的理论去分析，必须综合考虑，合理利用，这样才能更好地解释清楚沥青-集料粘附作用。

3沥青-集料粘附性影响因素研究
3.1沥青
沥青作为沥青混合料一主要成分，它的各项性能对沥青-集料粘附性的影响也有着不可替代的作用。

目前对于沥青性质对粘附性的影响因素主要有化学组分、粘度、酸值、电性能等。

1）国内研究表明沥青-集料的粘附性是胶质和沥青质决定的[7]。

而国外通过对沥青官能团的分析表明沥青中的化学成分对集料的吸附性能由强到弱排列为：羧基＞亚砜＞嘧啶类＞酚＞吡咯烷＞酮[8]。

但是沥青中化学成分与集料吸附性能力强弱并不能代表其抗水损害能力。

在后来的研究中发现羧基确实对集料吸附性最强烈的，同时也是最容易被水置换的，而吡啶型官能团却能降低沥青混合料的水损害[9]。

2）沥青粘度与沥青-集料粘附性两者之间并没有良好的相关性，但是对于同样的沥青和集料来说，沥青的粘度越大，沥青-集料的粘附性越好[10]。

3）由于沥青中的酸性成分多于碱性成分，故在研究中表明在一定限制范围内，随着沥青酸值的增大，沥青-集料的粘附性越好[11]，这同时也说明了碱性集料比酸性集料与沥青粘附性好的原因。

4）沥青的电性能取决于沥青表面中的活性成分，而沥青中活性最大是沥青质和胶质中的沥青酸与沥青酸酐，所以沥青中沥青酸和沥青酸酐越多，沥青的电性能越好，粘附性越好[12]。

这同时也验证了在一定范围内，沥青酸值越大，粘附性越好的结论。

3.2集料
集料作为沥青混合料又一主要组成成分，它的各项性能对沥青-集料粘附性有着十分重要的影响。

从目前的研究来看，集料的化学成分、酸碱值、表面构造以及表面电荷等因素对沥青集料的粘附性影响较大。

1）铝、铁、镁、钙等元素的存在对沥青-集料的粘附性有贡献，但钠、钾等元素的存在会降低沥青-集料的粘附性[13]；
2）碱性较强的集料与沥青的粘附性好，酸性集料与沥青的粘附性差；
3）表面粗糙、富有棱角的集料，有利于混合料内部形成嵌锁结构，增大与沥青的接触面积，从而提高沥青与集料之间的粘附性能[14]；
4）当矿料表面ζ电位为正值时，其值越大，沥青-集料的粘附性越好，当矿料表面ζ电位为负值时，其绝对值越大，沥青-集料粘附性越差[7]。

3.3水
从沥青混合料水损害机理中，可以发现水作为路面水损害发生的必要条件，它在沥青中的渗透行为之间影响着沥青及沥青-集料界面的性能。

水在全球范围内普遍存在，只要有水存在，那么沥青路面就有可能发生水损害。

它通过对沥青的渗透降低沥青粘度，甚至渗透到沥青-集料的界面，导致水损害。

从无水到有水的状态，沥青-集料破坏现象是从沥青破坏转变为沥青-集料界面破坏即从沥青内聚力破坏转变为沥青与矿料的界面粘附破坏[15,16]。

沥青是个复杂的化合物，而水在沥青中扩散更是一个复杂的过程，到目前为止，多采用红外光谱-衰减全反射和电化学阻抗法来研究水在沥青中的扩散。

国内魏建明博士采用此方法研究水分在沥青中传输过程，通过试验和理论分析将水分在沥青中的扩散可以分为 2 个阶段：水分与沥青作用
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形成扩散通道的阶段和水分在沥青中较快扩散的阶段，并把水分在沥青中形成扩散通道这一阶段作为整个扩散过程的速度控制步骤[17]。

在沥青和集料性质研究中，还有对其表面能的研究，但归根结底，表面能的大小都是与其原材料性质息息相关的。

沥青、集料和水是影响沥青-集料粘附性因素中主要的元素，它们对粘附性的影响可以从粘附理论中寻找到各自的依据。

在分析沥青-集料粘附性影响因素中，它们是不可避免的，在以上综述中可以发现目前对于原材料对沥青-集料粘附性的影响还是多集中于定性分析阶段；对于其他因素如荷载、空气氧化等在分析粘附性时也是不可避免的。

故在以后的研究中，希望能够结合外在环境条件对沥青-集料粘附性进行综合分析。

4结 语
沥青-集料粘附性是沥青混合料性能研究中一个极其重要的部分，它不仅影响着沥青路面前期的使用性能，而且关乎着沥青路面的长期性能。

本文从沥青混合料水损害机理、沥青-集料粘附理论以及其影响因素方面进行了综述。

可知沥青-集料粘附性能影响着路面的使用性能及寿命，同时沥青-集料粘附性能影响因素多且复杂，故在以下几个方面还需进行深入的研究。

1）研究沥青与集料之间的粘结破坏与粘聚破坏这两种机制在各个破坏阶段对沥青混合料破坏的影响大小；
2）水在沥青中的扩散过程还需进一步深入研究，挖掘其原因，例如水与沥青成分的亲和反应；
3）沥青-集料粘附性相关原材料影响因素在水等外在环境因素的作用下对粘附性的影响程度；
4）考虑外在环境因素，对沥青混合料抵抗水损害的长期性能研究；
5）沥青-集料粘附性相关影响因素之间的联系和综合影响研究；
6）表面能理论在实际工程中的运用研究。

纵观国内外文献，学者们从不同的角度对沥青与集料的粘附性做出了相应的解释，每一种理论都有着自己独特的见解，但是由于沥青与集料之间的粘附极其复杂，因此不能用单独的理论去解释沥青与集料的粘附机理。

从上述综述来看，它们之间是有着不可分割的关联性。

虽然这些理论很多还停留在定性方面，但是在以后的研究还是要用到，并且当需要运用以上理论时，必须综合利用，这样才能相得益彰。

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