维普资讯 http://www.cqvip.com 建｝筑ｌ工 程 科 沥青混合料强度构成机理及其对路面性能影响 杨永顶 （江苏华宁交通工程咨询监理公司，江苏南京２１００００） 摘 要：简要介绍了沥青混合料强度的构成机理和提高其强度的相关措施。 关键词：胶浆理论；自由沥青；摩阻力 卵石的内摩擦角较碎石的为低。 沥青混凝土混合料指用不同粒径的碎石、 附作用。 ３．２影响沥青混合料强度的外因：３．２．１温 天然砂、矿粉和沥青按一定的比例以最佳密实级 矿料对沥青的选择性吸附作用，主要产生 配原则设计。在拌和机中热拌所得的混合料。包 于表面具有微孔（孔隙直径小于Ｏ．０２ｍｍ）的矿 度的影响：沥青混合料的抗剪强度随着温度升高 粘聚力随着温度升高而显著降低，但是 如石灰岩、泥灰岩、矿渣等。此时沥青中活性 而降低，括沥青混凝土（压实后剩余空隙≤１０％）和沥青 料，２．２形变速率 碎石（压实后剩余空隙＞１Ｏ％），还有开级配或间 较高的沥青质吸附在矿料表面，树脂吸附在矿料 内摩擦角受温度变化影响较小；３．断级配沥青混合料。 表层小孔中。而油分则沿着毛细管被吸收到矿料 的影响：沥青混合料的粘聚力随着变形速率的减 而内摩擦角随变形速率的变化很 内部。因此，矿料表面的树脂和油分相对减少，沥 小而显著提高，１组成结构 根据混合料中嵌挤结构和密实结构所占比 青质增多。结果沥青性质发生变化，使得稠度提 小。 ４提高沥青混合料强度的主要措施 例的不同，沥青混合料的结构通常可分为下列三 高、粘结力增加，从而在一定程度上改善了沥青 提高沥青混合料的强度包括两个方面：一 种方式：悬浮密实结构：这种结构通常按最佳级 混合料的热稳定性与水稳定性。是提高矿质骨料之间的嵌挤力与摩阻力；二是提 配原理进行设计，因此密实度与强度较高，但受 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：３．１．１沥 高沥青与矿料之间的粘结力。为了提高沥青混合 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 青粘度的影响：在相同的矿料性质和组成条件 料的嵌挤力和摩阻力，要选用表面粗糙，形状方 随着沥青粘度的提高，沥青混合料粘聚力有 正、有棱角的矿料，并适当增加矿料的粗度。此外 料之间的内摩阻力起着重要作用，其结构强度受 下，对提 同时内摩擦角亦稍有提高；３．１．２沥 合理地选择混合料的结构类型和组成设计，沥青性质和物理状态的影响较小，因而温度稳定 明显的提高，混 性较好；骨架密实结构：是综合以上两种结构的 青与矿料化学性质的影响：原苏联学者列宾捷尔 高沥青混合料的强度也具有重要作用。当然，沥青与矿料相互作用后，沥青在矿料 合料的结构类型和组成设计还必须根据稳定性 优点而组成的结构。混合料中既有一定数量的粗 研究认为，集料形成骨架，又根据粗料空隙的多少加入细 表面产生化学组分的重新排列，在矿料表面形成 方面的要求，结合沥青材料的性质和当地自然条 料，形成较高的密实度和明显的骨架结构，间断 层扩散结构膜，在此膜厚度以内的沥青称为结 件加以权衡确定。提高沥青混合料的粘聚力可以 级配即是按此原理构成。 构沥青，此膜以外沥青称为自由沥青。结构沥青 采取下列措施：改善矿料的级配组成，以提高其 与矿料之间发生相互作用，并且沥青的性质有所 压实后的密实度，增加矿粉含量；采用稠度较高 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 改变；而自由沥青与矿料距离较远，没有与矿料 的沥青；改善沥青与矿料的物理—化学性质及其 结构形成的决定性因素。它直接关系到沥青混合 发生相互作用，仅将分散的矿料粘结起来，并保 相互作用过程。改善沥青和矿料的物理—化学性 采 如果矿粉颗粒之间接触处是由结 质及其相互作用过程可以通过以下三种途径：料的强度、温度稳定性、水稳定性以及老化速度 持原来的性质。往沥青中掺加表面活性物质 等一系列重要性能。研究表明，沥青与矿料相互 构沥青膜所联结。这样促成沥青具有更高的粘度 用调整沥青的组分，采用表面活性添加剂使矿 作用时，所发生的效应是各种各样的，主要与表 和更大的扩散溶化膜的接触面积，因而可以获得 或其它添加剂等方法；料表面憎水的方法；ｘ，ｊ－沥青与矿料的物理化学性 更大的粘聚力。沥青与矿粉的相互作用不仅与沥 面效应有关。 而且与矿粉的性质有关。研 质同时作用的方法。 沥青与矿料之间的相互作用过程包括沥青 青的化学性质有关，显然，为使沥青混合料产生最高的强度，应 层被矿物表面的物理吸附过程、沥青与矿料接触 究认为，在不同性质矿粉表面形成结构和厚度不 当采用石灰石矿粉时，矿粉之 设法使自由沥青含量尽可能地减少或完全没有， 面上进行的化学吸附过程及沥青组分向矿料的 同的吸附溶化膜，必须有一定数量的自由沥青，以保证应有 选择性扩散过程。当吸附物质（吸附剂）与被吸附 间更有可能通过结构沥青来联结，因而具有较高 但是， 物质之间仅有分子作用力（即范德华力）存在时， 的粘聚力；３．１．３矿料比表面的影响：由前述沥青 的耐侵蚀性，以及沥青混合料具有最佳的塑性。结构沥青的形成主 因此最好的沥青混合料结构，不是用最高强度表 则产生物理吸附；当接触的两种相（沥青和矿料） 与矿粉交互作用的原理可知，而是所需要的合理强度。这种强度应配合沥 形成化合物时则产生化学吸附。 要是由于矿料与沥青的交互作用，而引起沥青化 示，沥青在矿料表面上的吸附强度，很大程度 学组分在矿料表面的重分布。所以在相同的沥青 青混合料在低温下具有充分的变形能力以及耐 选择空隙率最低的沥青 上取决于这些材料之间发生的粘结性质。当存在 用量条件下，与沥青产生交互作用的矿料表面积 侵蚀性。上面已经指出，能降低自由沥青量，因此许 化学键时（即产生化学吸附时），沥青与矿料的粘 愈大，则形成的沥青膜愈薄，则在沥青中结构沥 混合料的矿料级配，结最为牢固。当碳酸盐或碱性岩石与含有足够数 青所占的比率愈大，因而沥青混合料的粘聚力也 多国家都规定了矿料最大空隙率。此外，自由沥 量酸性表面活性物质的活化沥青粘结时，会发生 愈高；３．１．４沥青用量的影响：在固定质量的沥青 青量也取决于空隙的填满程度。配比正确的沥青 化学吸附过程。这种表面活性物质能在沥青与矿 和矿粉的条件下，沥青与矿粉的比例（即沥青用 混合料中，被沥青所充满的颗粒之间的空隙容 料的接触面上，形成新的化合物。因为这些化合 量）是影响沥青混合料抗剪强度的主要因素。沥 积．应不超过总空隙的８０％～８５％，以免在温度升 物不溶于水，所以矿料表面上形成的沥青层具有 青用量不仅影响沥青混合料的粘聚力，同时也影 高时沥青溢出。这种可能性是因为沥青比矿质材 较高的抗水能力。而当沥青与酸性岩石（Ｓ１０２含 响沥表混合料的内摩擦角。随着沥青用量的增 料具有更高的体积膨胀系数。除此之外，自由沥 量大于６５％的岩石）粘结时，不会形成化学吸附 加，沥青混合料的内摩擦角降低；３．１．５矿质集料 青的填满程度过大，还会导致路面的附着力（摩 降低。沥青混合料的拌制与压实工艺的进 化合物，故其间的粘结强度较低，遇水易剥离。 的级配类型、粒度、表面性质的影响：沥青混合料 阻力）化学吸附产生与否以及吸附程度，决定于 有密级配、开级配和间断级配等不同组成结构类 步完善，也能大大减少自由沥青量，并大大提 沥青及矿料的化学成分。例如石油沥青中因含有 型，因此矿料级配是影响沥青混合料强度的因素 高沥青混合料的结构强度。沥青酸及沥青酸酐能与碱性矿料中的高价金属 之一。此外，沥青混合料中，矿质集料的粗度、形 综上所述，得到高强度沥青混合料的基本 密实的矿物骨架，可通过适当地选择 盐产生化学反应，生成不溶于水的有机酸盐，与 状和表面粗糙度对沥青混合料的强度都具有极 条件是：低价金属盐反应生成的有机酸盐则易溶于水，而 为明显的影响。要想获得具有较大内摩擦角的矿 级配和使矿物颗粒最大限度地相互接近来取得； 对所用的混合料、拌制和压实条件都适合的最 与酸性矿料之间则只产生物理吸附。煤沥青中既 质混合料，必须采用粗大、均匀的颗粒。在其它条 ｂ．ｃ．能与沥青起化学吸附的活性矿 有酸性物质（如酚类），也有碱陛物质（发吡啶 件下，矿质集料颗粒愈粗，所配制的沥青混合料 佳沥青用量； 料。 类），因而与酸性矿料及碱性矿料均能起化学吸 愈具有较高的内摩擦角。相同粒径组成的集料，一一一３０７—
