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沥青性质对粘附性的影响

发表日期:2017年05月27日      文章来源:东道路面      浏览次数:      打印本文 打印本文      文章收藏

沥青混合料主要由沥青与集料组成,除原材料自身的性质外,其相互作用能力即粘附性大小很大程度上决定了沥青混合料的路用性能。首先粘附性是混合料抵抗水破坏的基础,其次粘附性大小直接影响沥青混合料的强度、稳定性、耐久性等。

沥青性质对粘附性的影响

1、沥青组分对粘附性影响

常用分组方法是将沥青分为四个组分:沥青质、胶质、饱和分及芳香分。组分不同对粘附性有很大影响,且不同组分对粘附性的贡献也不一样。

国内相关研究表明,石灰岩与沥青各组分粘附性最好,其次为片麻岩、花岗岩。各组分中沥青质+胶质与石灰岩的粘附性最好。一般情况下,集料对沥青质+胶质的单位矿料吸附量是饱和分的10~50倍。饱和分为低分子化合物,它们是非极性物质,主要以范德华力与矿料表面发生吸附,故吸附作用力较弱,很容易脱附,因此其单位矿料的吸附量较小。胶质与沥青质为带有极性或有表面活性的物质,沥青中具有化学活性组分的沥青酸、沥青酸酐等极性组分大都集中在胶质和沥青质中,虽然其分子量较大,迁移速度和吸附速度较慢,但它们与集料表面发生的吸附是极性吸附或化学吸附,一旦发生则不易脱附。因此,沥青与集料粘附力的主要来源是沥青质与胶质。

2、酸值对粘附性影响

通常沥青的酸值越大,与集料粘附性越好,混合料水稳性(残留稳定度、冻融劈裂强度)越好。这是因为呈酸性的沥青酸、沥青酸酐均为阴离子型的表面活性组分,其含量越大,就有可能更多地与矿料表面带正电的吸附中心发生作用而产生电吸附。另一方面酸性组分沥青酸、沥青酸酐与矿料表面的活性中心能发生化学反应产生化学吸附,从而使粘附性增加。因此,沥青酸值越大,与集料的粘附性越好。

为提高沥青与集料粘附性而掺加有机酸时,对酸值较低的沥青作用是显著的,但掺加量并非越多越好。

3、沥青电性能对粘附性影响

沥青击穿电压越小,与集料粘附性越好,且沥青质、胶质总量也越高。击穿电压的大小取决于沥青中带电离子的多少及移动难易程度。沥青中活性最强的沥青酸、沥青酸酐主要存在于沥青质、胶质中,且都属于阴离子型的。因此沥青质、胶质含量越大,沥青酸、沥青酸酐越多,带电离子也越多,沥青的绝缘强度越小,击穿电压越小,从而粘附性也越好。

4、沥青与集料接触角对粘附性影响

沥青与集料要形成牢固的粘结层,必要的先决条件是沥青能够很好地湿润集料表面,以使矿料能有选择地进行吸附。润湿的程度通常用接触角的大小来衡量。

通常,石灰岩与沥青的接触角均小于花岗岩与沥青的接触角。常温(20℃)下水与花岗岩的接触角小于水与石灰岩的接触角。这表明花岗岩亲水而石灰岩亲油。

矿料表面之所以有吸附能力,主要是由于其表面具有过剩的表面能。所以矿料沥青接触后,将有选择地吸附沥青中能降低其表面能的物质,尤其当矿料带有电荷时,对沥青中带电粒子的吸附更为显著。碳酸钙和二氧化硅是构成碱性矿料和酸性矿料的主要成分,矿料在干燥状态时其表面为电中性,但具有活性中心,在受到机械力破坏等外界因素影响时,表面活性中心增强而有可能成为带电表面。石灰岩表面有产生正电的趋势即存在正的吸附中心,花岗岩表面有产生负电的趋势即存在负的吸附中心。沥青中含有带阴离子的表面活性组分,因此在与矿料吸附时,能够发生极性吸附的吸附质必然能够在吸附剂表面铺展开来。润湿程度越好,接触角越小。故碱性矿料与沥青的粘附性优于酸性矿料与沥青的粘附性。

水是极性分子,有变型性,在外电场的作用下将会发生变型。在矿物组成中碳酸钙和二氧化硅是构成碱性矿料和酸性矿料的主要成分,由于SiO2与水分子同为极性分子,因此二氧化硅对水的极化力较大,倾向于将更多的水附着于其表面,以使其不饱和力场得到补偿,降低表面能。所以水与花岗岩的接触角较与石灰岩的接触角要小。

5、蜡含量粘度对粘附性的影响

蜡含量对沥青物理性质有明显影响,蜡的存在使沥青的感温性增强。蜡含量的高低对粘附性也有重大影响。它使沥青与集料的亲和力变小,影响沥青的粘附性及抗水剥离性能。蜡含量越高,沥青与集料的粘附性越差。沥青中蜡属于小分子组分,在与集料结合时很容易到达集料表面,并容易进入某些微孔和缺陷。但这种吸附属于物理吸附,一方面由于蜡的分子量小,因而分子吸附力小,与集料结合性能不高,另一方面由于温度变化引起的结晶—溶化过程将使得界面性质不断变化,特别在低温时蜡结晶后更易引起剥落,因而高蜡沥青的水稳性不佳。

6、沥青粘度对粘附性的影响

沥青粘度的增大对提高粘附性是有益的,粘度越高,与集料粘附性越好。一方面粘度大意味着沥青分子量大,沥青质、胶质含量高,从而沥青酸、沥青酸酐含量多,可以与集料产生更多的化学吸附。另一方面,粘度大的沥青与集料作用后形成的沥青膜强度相对较大,抵抗水破坏及交通荷载作用的能力也相对较强。因此粘度大的沥青总体上表现出粘附性好的特点。

 


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