材料科学与工程学报
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沥青与粗集料的粘附性

沥青与粗集料的粘附性是否优良,将直接影响沥青路面的使用质量和寿命,认真考虑和改善其粘附性是很重要的。因此,提高沥青与集料的粘附性和抗剥离性能,是很久以来筑路和沥青制造部门共同研究的课题,国内外就这方面的研究已层出不穷,在此基础上结合多年的试验经验就影响因素、评价方法、改善措施、注意事项等方面加以总结归纳,以便在今后的应用中能起到指导作用。

1 影响粘附性的因素和评价方法

影响沥青与矿料粘附性的因素很多。

(1)集料方面:集料的矿物组成、表面构造、多孔性、含土量、耐久性、表面积、吸收性、含水率、形状、干燥程度、风化程度等性质。

(2)沥青方面:沥青的粘度、流变性、电荷极性、成分、是否使用抗剥落剂等性质。

(3)沥青混合料:沥青混合料的空隙率、渗透性、沥青含量、沥青膜厚度、填料类型、矿料级配和沥青混合料类型等性质。

(4)其他因素:雨量、湿度、水的PH值、盐分、温度、交通量、排水、地下水位、施工质量等环境条件。

我们在对原材料试验评价其粘附性等级时,在诸多因素中考虑最多的是集料的矿物组成、表面构造、多孔性、形状、风化程度、沥青的粘度等因素,而对其他因素特别是环境因素往往会忽视,这样很容易造成片面性的结论。另外还应考虑沥青成分中蜡的含量,因为蜡在低温下结晶析出后分散在沥青中,以不均匀的悬浮状态存在于沥青中,相当于其中的杂质,减少了沥青分子之间的紧密程度和沥青与集料的亲和力,在温度升高时容易熔化,降低粘度,增加沥青的温度敏感性,使沥青与石料的粘附性减小,在水存在下,造成沥青容易脱落,产生对沥青路面的破坏。所以,在对沥青材料的技术指标要求中规定了蜡的含量不大于(A级,蒸馏法)2.2%。

在评定沥青与集料的粘附性等级时,通过按规定的方法进行试验后观察集料表面沥青膜的剥离情况来界定沥青粘附性的好坏。最好是采用一次性纸杯盛水观测,清澈的水中集料颗粒上沥青膜非常清楚。评定时由于人为因素影响较大,所以应有两名以上经验丰富的试验人员分别评定,一定要认真仔细地观察矿料颗粒上沥青膜的剥落程度,尽量减少人为误差,合理判定剥离面积百分率,取平均等级作为试验结果。评定分为5个等级,详见下表。

沥青与集料的粘附性评定等级 表1试验后集料表面上沥青膜剥落情况粘附性等级沥青膜完全保存,剥离面积百分率接近于05沥青膜少部分为水移动,厚度不均匀,剥离面积百分率小于10%4沥青膜局部明显地为水所移动,基本保留在集料表面上,剥离面积百分率小于30%3沥青膜大部分为水所移动,局部保留在集料表面上,剥离面积百分率大于30%2沥青膜完全为水所移动,集料基本裸露,沥青全浮于水面上1

2 改善沥青与集料粘附性的方法及措施

目前,改善沥青与集料粘附性的方法主要有:(1)用干燥的磨细消石灰粉或生石灰、水泥作为填料的一部分;(2)在沥青中掺加高分子化学抗剥落剂;(3)在沥青中掺加改性剂;(4)将粗集料用石灰浆处理后使用。无论采用哪种改善方法,其粘附性均能得到显著的改观,但要注意的是在施工过程中,前三种方法都是按一定比例进行添加的,比如添加2%或3%的水泥代替填料的一部分或通过试验确定添加沥青用量的3‰至5‰的高分子化学抗剥落剂来改善粘附性,这些在施工过程中都能很好地控制,而将粗集料用石灰浆处理就不好控制了,施工方往往会偷工减料,只在料堆表面喷洒石灰水不进行拌合或拌合不均匀,以至于有的粘附性得到了改善,而有的还是原样,在分析水毁原因时会因集料已用石灰浆处理而考虑不到这方面的原因,所以在施工过程中要严格按照施工工艺进行施工,保证施工质量。

在选择集料时,我们首选的是粘附性较好的集料。通常情况下碱性石料与沥青的粘附性很好,但耐磨性较差,不能适应沥青路面表面层抗滑及耐磨耗的需要。相反,花岗岩、砂岩、石英岩等酸性岩石,特别是花岗岩,石质坚硬、致密、耐磨性强,能充分发挥集料之间的嵌挤作用,但它与沥青的粘附性能却较差,容易在水分的作用下造成沥青膜的剥落,很快导致沥青路面的掉粒、松散、坑槽等水损害。但也有例外,如石灰岩夹杂的方解石与沥青的粘附性只能达到二级;砂岩中含有钙质,其粘附性能达到四级,还有部分酸性石料,由于有比较粗糙的微观表面,与沥青的粘附性也能达到四至五级。另外,集料的密度也并不是越大越好,集料表面必须粗糙,而过分致密的集料破碎面可能比较光滑,缺乏粗糙的凹凸表面,不能吸附较多的沥青结合料,使沥青膜的厚度变薄,又影响混合料的耐久性。我们在试验室做粘附性试验时,不管采用的是水煮法还是水浸法,都要求选择形状规则的集料,就是考虑其有比较粗糙的微观表面,而施工方在备料过程中就要充分考虑到这一点,所以规范中就沥青混合料在选用粗集料时对其破碎面做了特别规定,如:高速公路、一级公路1个破碎面要求达到100%,2个或2个以上的破碎面应达到90%;其他等级公路,集料一个破碎面要达到80%,2个或2个以上破碎面要达到60%;用于不同部位的还有不同的要求,可见集料破碎面的重要性了。