瀝青混合料主要由瀝青與集料組成,除原材料自身的性質外,其相互作用能力即粘附性大小很大程度上決定了瀝青混合料的路用性能。首先粘附性是混合料抵抗水破壞的基礎,其次粘附性大小直接影響瀝青混合料的強度、穩定性、耐久性等。
1、瀝青組分對粘附性影響
常用分組方法是將瀝青分為四個組分:瀝青質、膠質、飽和分及芳香分。組分不同對粘附性有很大影響,且不同組分對粘附性的貢獻也不一樣。
國內相關研究表明,石灰巖與瀝青各組分粘附性最好,其次為片麻巖、花崗巖。各組分中瀝青質+膠質與石灰巖的粘附性最好。一般情況下,集料對瀝青質+膠質的單位礦料吸附量是飽和分的10~50倍。飽和分為低分子化合物,它們是非極性物質,主要以范德華力與礦料表面發生吸附,故吸附作用力較弱,很容易脫附,因此其單位礦料的吸附量較小。膠質與瀝青質為帶有極性或有表面活性的物質,瀝青中具有化學活性組分的瀝青酸、瀝青酸酐等極性組分大都集中在膠質和瀝青質中,雖然其分子量較大,遷移速度和吸附速度較慢,但它們與集料表面發生的吸附是極性吸附或化學吸附,一旦發生則不易脫附。因此,瀝青與集料粘附力的主要來源是瀝青質與膠質。
2、酸值對粘附性影響
通常瀝青的酸值越大,與集料粘附性越好,混合料水穩性(殘留穩定度、凍融劈裂強度)越好。這是因為呈酸性的瀝青酸、瀝青酸酐均為陰離子型的表面活性組分,其含量越大,就有可能更多地與礦料表面帶正電的吸附中心發生作用而產生電吸附。另一方面酸性組分瀝青酸、瀝青酸酐與礦料表面的活性中心能發生化學反應產生化學吸附,從而使粘附性增加。因此,瀝青酸值越大,與集料的粘附性越好。
為提高瀝青與集料粘附性而摻加有機酸時,對酸值較低的瀝青作用是顯著的,但摻加量并非越多越好。
3、瀝青電性能對粘附性影響
瀝青擊穿電壓越小,與集料粘附性越好,且瀝青質、膠質總量也越高。擊穿電壓的大小取決于瀝青中帶電離子的多少及移動難易程度。瀝青中活性最強的瀝青酸、瀝青酸酐主要存在于瀝青質、膠質中,且都屬于陰離子型的。因此瀝青質、膠質含量越大,瀝青酸、瀝青酸酐越多,帶電離子也越多,瀝青的絕緣強度越小,擊穿電壓越小,從而粘附性也越好。
4、瀝青與集料接觸角對粘附性影響
瀝青與集料要形成牢固的粘結層,必要的先決條件是瀝青能夠很好地濕潤集料表面,以使礦料能有選擇地進行吸附。潤濕的程度通常用接觸角的大小來衡量。
通常,石灰巖與瀝青的接觸角均小于花崗巖與瀝青的接觸角。常溫(20℃)下水與花崗巖的接觸角小于水與石灰巖的接觸角。這表明花崗巖親水而石灰巖親油。
礦料表面之所以有吸附能力,主要是由于其表面具有過剩的表面能。所以礦料瀝青接觸后,將有選擇地吸附瀝青中能降低其表面能的物質,尤其當礦料帶有電荷時,對瀝青中帶電粒子的吸附更為顯著。碳酸鈣和二氧化硅是構成堿性礦料和酸性礦料的主要成分,礦料在干燥狀態時其表面為電中性,但具有活性中心,在受到機械力破壞等外界因素影響時,表面活性中心增強而有可能成為帶電表面。石灰巖表面有產生正電的趨勢即存在正的吸附中心,花崗巖表面有產生負電的趨勢即存在負的吸附中心。瀝青中含有帶陰離子的表面活性組分,因此在與礦料吸附時,能夠發生極性吸附的吸附質必然能夠在吸附劑表面鋪展開來。潤濕程度越好,接觸角越小。故堿性礦料與瀝青的粘附性優于酸性礦料與瀝青的粘附性。
水是極性分子,有變型性,在外電場的作用下將會發生變型。在礦物組成中碳酸鈣和二氧化硅是構成堿性礦料和酸性礦料的主要成分,由于SiO2與水分子同為極性分子,因此二氧化硅對水的極化力較大,傾向于將更多的水附著于其表面,以使其不飽和力場得到補償,降低表面能。所以水與花崗巖的接觸角較與石灰巖的接觸角要小。
5、蠟含量粘度對粘附性的影響
蠟含量對瀝青物理性質有明顯影響,蠟的存在使瀝青的感溫性增強。蠟含量的高低對粘附性也有重大影響。它使瀝青與集料的親和力變小,影響瀝青的粘附性及抗水剝離性能。蠟含量越高,瀝青與集料的粘附性越差。瀝青中蠟屬于小分子組分,在與集料結合時很容易到達集料表面,并容易進入某些微孔和缺陷。但這種吸附屬于物理吸附,一方面由于蠟的分子量小,因而分子吸附力小,與集料結合性能不高,另一方面由于溫度變化引起的結晶—溶化過程將使得界面性質不斷變化,特別在低溫時蠟結晶后更易引起剝落,因而高蠟瀝青的水穩性不佳。
6、瀝青粘度對粘附性的影響
瀝青粘度的增大對提高粘附性是有益的,粘度越高,與集料粘附性越好。一方面粘度大意味著瀝青分子量大,瀝青質、膠質含量高,從而瀝青酸、瀝青酸酐含量多,可以與集料產生更多的化學吸附。另一方面,粘度大的瀝青與集料作用后形成的瀝青膜強度相對較大,抵抗水破壞及交通荷載作用的能力也相對較強。因此粘度大的瀝青總體上表現出粘附性好的特點。
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