沥青混合料的强度构成

沥青混合料强度的构成

姓名：王海滨学号：145109020 班级：0914511

摘要：简要介绍了沥青混合料强度的构成机理

关键词：组成结构表面理论胶浆理论强度影响因素措施

正文：沥青混凝土混合料指用不同粒径的碎石、附作用。天然砂、矿粉和沥青按一定的比例以最佳密实级配原则设计。在拌和机中热拌所得的混合料。包括沥青混凝土(压实后剩余空隙≤10％)和沥青碎石(压实后剩余空隙>1O％)，还有开级配或间断级配沥青混合料。

1、组成结构

根据混合料中嵌挤结构和密实结构所占比例的不同，沥青混合料的结构通常可分为下列三种方式：悬浮密实结构：这种结构通常按最佳级配原理进行设计，因此密实度与强度较高，但受沥青材料的性质和物理状态的影响较大，故温度稳定性较差；骨架空隙结构：在这种结构中，粗集料之间的内摩阻力起着重要作用，其结构强度受沥青性质和物理状态的影响较小，因而温度稳定性较好；骨架密实结构：是综合以上两种结构的优点而组成的结构。混合料中既有一定数量的粗集料形成骨架，又根据粗料空隙的多少加入细料，形成较高的密实度和明显的骨架结构，间断级配即是按此原理构成。

随着混合料组成结构的研究的深入，对沥青混合料的组成结构有下列两种互相对立的理论。

（1）表面理论：按传统的理解，沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此矿质骨架由稠度较稀的

沥青混合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体。（2）胶浆理论：近代某些研究从胶浆理论出发，认为沥青混合料是一种多级空间网状胶凝结构的分散系。它是以粗集料为分散相而分散在沥青砂浆的介质中的一种粗分散系；同样，砂浆是以细集料为分散相而分散在沥青浆介质中的一种细分散系；而胶浆又是以填料为分散相而分散在高稠度的沥青介质中的一种微分散系。这3级分散系以沥青胶浆（沥青—矿粉系统）最为重要，典型的沥青混合料的弹-粘-塑性，主要取决于起粘结料的作用的沥青-矿粉系统的结构特点。这种多级空间网状胶凝结构的特点是，结构单元（固体颗粒）通过液相的薄层（沥青）而粘结在一起。胶凝结构的强度，取决于结构单元产生的分子力。胶凝结构具有力学破坏后结构触变性复原自发可逆的特点。

对于胶凝结构，固体颗粒之间液相薄层的厚度起着很大的作用。相互作用的分子力随薄层厚度的减小而增大，因而系统的粘稠度增大，结构就变得更加坚固。此外，分散介质（液相）本身的性质对于胶凝结构的性质亦有很大的影响。

2、沥青与矿料之间的作用

沥青与矿料之间的相互作用是沥青混合料结构形成的决定性因素。它直接关系到沥青混合料的强度、温度稳定性、水稳定性以及老化速度等一系列重要性能。研究表明，沥青与矿料相互作用时，所发生的效应是各种各样的，主要与表面效应有关。沥青与矿料之间的相互作用过程包括沥青层被矿物表面的物理吸附过程、沥青与矿料接触面上

进行的化学吸附过程及沥青组分向矿料的选择性扩散过程。当吸附物质(吸附剂)与被吸附物质之间仅有分子作用力(即范德华力)存在时，则产生物理吸附；当接触的两种相(沥青和矿料)形成化合物时则产生化学吸附。沥青在矿料表面上的吸附强度，很大程度上取决于这些材料之间发生的粘结性质。当存在化学键时(即产生化学吸附时)，沥青与矿料的粘结最为牢固。当碳酸盐或碱性岩石与含有足够数量酸性表面活性物质的活化沥青粘结时，会发生化学吸附过程。这种表面活性物质能在沥青与矿料的接触面上，形成新的化合物。因为这些化合物不溶于水，所以矿料表面上形成的沥青层具有较高的抗水能力。而当沥青与酸性岩石(S102含量大于65％的岩石)粘结时，不会形成化学吸附化合物，故其间的粘结强度较低，遇水易剥离。化学吸附产生与否以及吸附程度，决定于沥青及矿料的化学成分。例如石油沥青中因含有沥青酸及沥青酸酐能与碱性矿料中的高价金属盐产生化学反应，生成不溶于水的有机酸盐，与低价金属盐反应生成的有机酸盐则易溶于水，而与酸性矿料之间则只产生物理吸附。煤沥青中既有酸性物质(如酚类)，也有碱陛物质(发吡啶类)，因而与酸性矿料及碱性矿料均能起化学吸矿料对沥青的选择性吸附作用，主要产生于表面具有微孔(孔隙直径小于O．02mm)的矿料，如石灰岩、泥灰岩、矿渣等。此时沥青中活性较高的沥青质吸附在矿料表面，树脂吸附在矿料表层小孔中。而油分则沿着毛细管被吸收到矿料内部。因此，矿料表面的树脂和油分相对减少，沥青质增多。结果沥青性质发生变化，使得稠度提高、粘结力增加，从而在一定程度上改善了沥青混合料的热稳定性与

水稳定性。

3、影响沥青混合料强度的因素

3.1影响沥青混合料强度的内因

（1）沥青粘度的影响

沥青混凝土作为一个具有多级网络结构的分散系来看待，从最细一级网络结构来看，它是各种矿质集料分散在沥青中的分散系，因此它的强度与分散相的浓度和分散介质粘度有着密切的关系。在其它因素固定的条件下，沥青混合料的粘聚力是随着沥青粘度的提高而增大的。在相同的矿料性质和组成条件下，随着沥青粘度的提高，沥青混合料粘聚力有明显的提高，同时内摩擦角亦稍有提高。

（2）沥青与矿料化学性质的影响

在沥青混合料中，如果矿粉颗粒之间接触处是由结构沥青膜所联结，这样促成沥青具有更高的粘度和更大的扩散溶化膜的接触面积，因而可以获得更大的粘聚力。反之，如颗粒之间接触处是自由沥青所联结，则具有较小的粘聚力。

沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关，而且与矿粉的性质有关。研究认为，在不同性质矿粉表面形成的吸附溶化膜组成结构和厚度的吸附溶化膜，所以在沥青混合料中，当采用石灰石矿粉时，矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力。（3）矿料比面的影响

由前述沥青与矿粉交互作用的原理可知，结构沥青的形成主要是由于矿料与沥青的交互作用，而引起沥青化学组分在矿料表面的重分

布。所以在相同的沥青用量条件下，与沥青产生交互作用的矿料表面积愈大，则形成的沥青膜愈薄，则在沥青中结构沥青所占的比率愈大，因而沥青混合料的粘聚力也愈高。

（4）沥青用量的影响

在固定质量的沥青和矿料的条件下，沥青与矿料的比例（即沥青用量）是影响沥青混合料抗剪强度的重要因素。

在沥青用量很少时，沥青不足以形成结构沥青的薄膜来粘结矿料颗粒。随着沥青用量的增加，结构沥青逐渐形成。沥青更为完满地包裹在矿料表面，使沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿料颗粒表面时，沥青胶浆具有最优的粘聚力。

（5）矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响

沥青混合料的强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系。沥青混合料有密级配、开级配和间断级配等不同组成结构类型已如前述，因此矿料级配类型是影响沥青混合料强度的因素之一。

此外，沥青混合料中，矿质集料的粗度、形状和表面粗糙度对沥青混合料的强度都具有极为明显的影响。因为颗粒形状及其粗糙度，在颇大程度上将决定混合料压实后颗粒间相互位置的特性和颗粒接触有效面积的大小。通常具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正方体，以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角。在其他条件相同的情况下，这种矿料所组成的沥青混合料较之圆形而表面平滑的颗粒具有较高