瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度原理

1、第六章瀝青混合料的強(qiáng)度構(gòu)成機(jī)理 6.1瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度原理 6.1.1瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu) 瀝青混合料是一種復(fù)雜的多種成分的材料，其“結(jié)構(gòu)”概念同樣也是極其復(fù)雜的。因?yàn)檫@ 種材料的各種不同特點(diǎn)的概念，都與結(jié)構(gòu)概念聯(lián)系在一起。這些特點(diǎn)是：礦物顆粒的大小及 其不同粒徑的分布；顆粒的相互位置；瀝青在瀝青混合料中的特征和礦物顆粒上瀝青層的性 質(zhì)；空隙量及其分布；閉合空隙量與連通空隙量的比值等?！盀r青混合料結(jié)構(gòu)”這個(gè)綜合性的 術(shù)語(yǔ)，是這種材料單一結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系結(jié)構(gòu)的概念的總和。其中包括：瀝青結(jié)構(gòu)、礦物骨架 結(jié)構(gòu)及瀝青-礦粉分散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。上述每種單一結(jié)構(gòu)中的每種性質(zhì)，都對(duì)瀝青混合料的性質(zhì) 產(chǎn)生

2、很大的影響。 隨著混合料組成結(jié)構(gòu)的研究的深入，對(duì)瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)有下列兩種互相對(duì)立的理 論。 （1）表面理論按傳統(tǒng)的理解，瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料和填料經(jīng)人工組配成 密實(shí)的級(jí)配礦質(zhì)骨架，此礦質(zhì)骨架由稠度較稀的瀝青混合料分布其表面， 而將它們膠結(jié)成為 一個(gè)具有強(qiáng)度的整體。這種理論認(rèn)識(shí)可圖解如下： 瀝青混合料 （2）膠漿理論近代某些研究從膠漿理論出發(fā)，認(rèn)為瀝青混合料是一種多級(jí)空間網(wǎng)狀 膠凝結(jié)構(gòu)的分散系。它是以粗集料為分散相而分散在瀝青砂漿的介質(zhì)中的一種粗分散系；同 樣，砂漿是以細(xì)集料為分散相而分散在瀝青漿介質(zhì)中的一種細(xì)分散系；而膠漿又是以填料為 分散相而分散在高稠度的瀝青介質(zhì)中的一種微分散

3、系。這種理論認(rèn)識(shí)可圖解如下： f分散相一粗集料 .分散相一細(xì)集料 瀝青混合料（粗分散系）彳 分散介質(zhì)一砂漿（細(xì)分散系）分散相一填料 分散介質(zhì)一瀝青膠結(jié)物（微分散系） 彳 分散介質(zhì)一瀝青 這3級(jí)分散系以瀝青膠漿（瀝青一礦粉系統(tǒng)）最為重要，典型的瀝青混合料的彈-粘-塑性, 主要取決于起粘結(jié)料的作用的瀝青-礦粉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這種多級(jí)空間網(wǎng)狀膠凝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 是，結(jié)構(gòu)單元（固體顆粒）通過(guò)液相的薄層（瀝青）而粘結(jié)在一起。膠凝結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，取決 于結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生的分子力。膠凝結(jié)構(gòu)具有力學(xué)破壞后結(jié)構(gòu)觸變性復(fù)原自發(fā)可逆的特點(diǎn)。 對(duì)于膠凝結(jié)構(gòu)，固體顆粒之間液相薄層的厚度起著很大的作用。相互作用的分子力隨薄 層厚度的

4、減小而增大，因而系統(tǒng)的粘稠度增大，結(jié)構(gòu)就變得更加堅(jiān)固。此外，分散介質(zhì)（液 相）本身的性質(zhì)對(duì)于膠凝結(jié)構(gòu)的性質(zhì)亦有很大的影響。 可以認(rèn)為，瀝青混合料的彈性和粘塑性的性質(zhì)主要取決于瀝青的性質(zhì)、粘結(jié)礦物顆粒的 瀝青層的厚度，以及礦物材料與結(jié)合料相互作用的特性。瀝青混合料膠凝健合的特點(diǎn)，也取 決于這些因素。 瀝青混合料的結(jié)構(gòu)取決于下列因素：礦物骨架結(jié)構(gòu)、瀝青的結(jié)構(gòu)、礦物材料與瀝青相互 作用的特點(diǎn)、瀝青混合料的密實(shí)度及其毛細(xì)-孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 礦物骨架結(jié)構(gòu)是指瀝青混合料成分中礦物顆粒在空間的分布情況。由于礦物骨架本身承 受大部分的內(nèi)力，因此骨架應(yīng)由相當(dāng)堅(jiān)固的顆粒所組成，并且是密實(shí)的。瀝青混合料的強(qiáng)度， 在

5、一定程度上也取決于內(nèi)摩阻力的大小，而內(nèi)摩阻力又取決于礦物顆粒的形狀、大小及表面 特性等。 形成礦物骨架的材料結(jié)構(gòu)，也在瀝青混合料結(jié)構(gòu)的形成中起很大作用。應(yīng)把瀝青混合料 中瀝青的分布特點(diǎn)，以及礦物顆粒上形成的瀝青層的構(gòu)造綜合理解為瀝青混合料中的瀝青結(jié) 構(gòu)。為使瀝青能在瀝青混合料中起到自己應(yīng)有的作用，應(yīng)均勻地分布到礦物材料中，并盡可 能完全包裹礦物顆粒。礦物顆粒表面上的瀝青層厚度，以及填充顆粒間空隙的自由瀝青的數(shù) 量，具有重要的作用。自由瀝青和礦物顆粒表面所吸附瀝青的性質(zhì)，對(duì)于瀝青混合料的結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生影響。瀝青混合料中的瀝青性質(zhì)，取決于原來(lái)瀝青的性質(zhì)、瀝青與礦料的比值，以及瀝 青與礦料相互作用的特點(diǎn)

6、。 綜上所述可以認(rèn)為：瀝青混合料是由礦質(zhì)骨架和瀝青膠結(jié)物所構(gòu)成的、具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)的一種多相分散體系。 瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度， 主要由礦質(zhì)顆粒之間的內(nèi)摩阻力和嵌擠力， 以及瀝青膠結(jié)料及其與礦料之間的粘結(jié)力所構(gòu)成。 瀝青混合料，按其強(qiáng)度構(gòu)成原則的不同可分為按嵌擠原則構(gòu)成的結(jié)構(gòu)和按密實(shí)級(jí)配原則 構(gòu)成的結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。 按嵌擠原則構(gòu)成的瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是以礦質(zhì)顆粒之間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力為主、 瀝青結(jié)合料的粘結(jié)作用為輔而構(gòu)成的。瀝青貫入式路面、瀝青表面處治、以及瀝青碎石路面 均屬此類(lèi)結(jié)構(gòu)。這類(lèi)路面是以較粗的、顆粒尺寸均勻的礦料構(gòu)成骨架，瀝青結(jié)合料填充其空 隙，并把礦料粘結(jié)成一個(gè)整體。這類(lèi)瀝青混合料

7、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受自然因素（溫度）的影響較小。 按密實(shí)級(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是以瀝青與礦料之間的粘結(jié)力為主，礦 質(zhì)顆粒間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力為輔而構(gòu)成的。瀝青混凝土路面和瀝青碎石混合料路面屬于此 類(lèi)。這類(lèi)瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受溫度的影響較大。 按級(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合料，其結(jié)構(gòu)通?？砂聪铝腥N方式組成： 1）懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)：由連續(xù)級(jí)配礦質(zhì)混合料組成的密實(shí)混合料，由于材料從大到小連續(xù)存在， 并且各有一定數(shù)量，實(shí)際上同一檔較大顆粒都被較小一檔顆粒擠開(kāi)，大顆粒猶如以懸浮狀態(tài) 處于較小顆粒之中。這種結(jié)構(gòu)通常按最佳級(jí)配原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槊軐?shí)度與強(qiáng)度較高，但受 瀝青材料的性質(zhì)和物理狀態(tài)的影響較大故穩(wěn)定性

8、較差。 2）骨架空隙結(jié)構(gòu)：較粗石料彼此緊密相接，較細(xì)粒料的數(shù)量較少。不足以充分填充空隙。 因此，混合料的空隙較大，石料能夠充分開(kāi)成骨架。在這種結(jié)構(gòu)中，粗骨料之間的內(nèi)摩阻力 起著重要的作用，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受瀝青的性質(zhì)和物理狀態(tài)的影響較小，因而穩(wěn)定性較好。 3）骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)：是綜合以上兩種方式組成的結(jié)構(gòu)?；旌狭现屑扔幸欢〝?shù)量的粗骨料形成 骨架，又根據(jù)粗料空隙的多少加入細(xì)料，形成較高的密實(shí)度。間斷級(jí)配即是按此原理構(gòu)成。 6.1.2 瀝青混合料的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度參數(shù) 瀝青混合料屬于分散體系，是由強(qiáng)度很高的粒料與粘結(jié)力較弱的瀝青材料所構(gòu)成的混合 體。根據(jù)瀝青混合料的顆粒性特征，可以認(rèn)為瀝青混合料的強(qiáng)度構(gòu)成起源

9、于兩個(gè)方面： (1) 由于瀝青的存在而產(chǎn)生的粘結(jié)力； (2) 由于骨料的存在而產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力 目前，對(duì)瀝青混合料強(qiáng)度構(gòu)成特性開(kāi)展研究時(shí)，許多學(xué)者普遍采用了摩爾-庫(kù)侖理論 作為分析瀝青混合料的強(qiáng)度理論，并引起兩個(gè)強(qiáng)度參數(shù)一一粘結(jié)力c和內(nèi)摩阻角，作為其 強(qiáng)度理論的分析指標(biāo)。摩爾-庫(kù)侖理論的一般表達(dá)式為： 3 sin 2ccos 0 式中：c 1最大主應(yīng)力； (T 3最小主應(yīng)力； c ij應(yīng)力狀態(tài)張量。 對(duì)于組成瀝青混合料的兩種原始材料一一瀝青和骨料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和強(qiáng)度理論分析， 可以認(rèn)為：純?yōu)r青材料的cm0而 =0;干燥骨料的c=0而工0。但由此形成的瀝青混合料, 其cm0且工0,瀝青混合料在參數(shù)

10、c、值的確定上需要把理論準(zhǔn)則與實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來(lái)。 理論準(zhǔn)則采用摩爾一庫(kù)侖理論，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果則可通過(guò)三軸實(shí)驗(yàn)、簡(jiǎn)單拉壓實(shí)驗(yàn)或直剪實(shí)驗(yàn)獲 得。 (1)三軸實(shí)驗(yàn)確定 對(duì)于三軸實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，其摩爾-庫(kù)侖的理論表達(dá)式為 1 sincos 13 2c 1 sin1 sin 顯然，在一定的力學(xué)加載條件下，如果材料是給定的，那么內(nèi)在參數(shù) c、值應(yīng)為常數(shù), c 1與c 3之間便具有線性關(guān)系。同時(shí)，眾多實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也表明，在給定實(shí)驗(yàn)條件下，c 1 c 3之間具有如下形式的線性關(guān)系 c 1=k c 3+b 式中：k與b均大于零。 將以上兩式對(duì)等，則可得到內(nèi)在參數(shù) c、值的計(jì)算公式: k 1 sin k 1 b 1 sin

11、 b c 2 cos 目前，國(guó)內(nèi)外研究者主要是通過(guò)三軸實(shí)驗(yàn)來(lái)確定瀝青混合料的c、值。但是，由于三 軸實(shí)驗(yàn)在儀器設(shè)備方面比較復(fù)雜，要求較高，實(shí)驗(yàn)所需人力物力較多，在操作上難度大，因 此，盡管三軸實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫啬M真實(shí)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，但它的實(shí)際應(yīng)用受到一定程度的限 制，在工程上難以普及使用。 (2)簡(jiǎn)單拉壓實(shí)驗(yàn)確定 瀝青混合料的c、值亦可通過(guò)測(cè)定無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 R和抗拉強(qiáng)度r予以換算。其換算關(guān) 系可通過(guò)推導(dǎo)獲得，也可以直接利用摩爾圓求得。 當(dāng)無(wú)側(cè)限抗壓時(shí)， 相當(dāng)于c 3=0 及 c 1=R,得: 2 c cos R ! 2c tg 1 sin 4 2 當(dāng)抗拉時(shí)相當(dāng)于 10及 3r則 2 c cos

12、 r3 -2c ctg 1 sin 42 聯(lián)立解得 c 丄 Rr 2 R r sin R r 簡(jiǎn)單拉壓實(shí)驗(yàn)確定瀝青混合料的內(nèi)在參數(shù) c、值,是以一項(xiàng)基本假定為前提的。即：在 試驗(yàn)變量(材料組成變量、力學(xué)激勵(lì)變量)相同的條件下，假定瀝青混合料在壓縮和拉伸兩 種加載方式下的內(nèi)在參數(shù)值是相同的。 這種實(shí)驗(yàn)方法相對(duì)于三軸實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，在操作上要容易得多，且在一般試驗(yàn)機(jī)上均可以實(shí) 施，易于推廣應(yīng)用。但其試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性要依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的完善與提高，特別是拉伸實(shí) 驗(yàn)。在拉伸實(shí)驗(yàn)中，有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)難關(guān)需要克服，即: (1)瀝青混合料的拉伸實(shí)驗(yàn)技術(shù)(拉 頭問(wèn)題);(2)試件的偏心受拉問(wèn)題。通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這兩個(gè)

13、困難目前都可以克服。 (2)直剪實(shí)驗(yàn)確定 內(nèi)在參數(shù)c、值的確定，還可以通過(guò)瀝青混合料的直剪實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種實(shí)驗(yàn)方法與土 的直剪實(shí)驗(yàn)非常類(lèi)似，主要是通過(guò)測(cè)定不同正壓力水平C i下的抗剪強(qiáng)度T fi ,在T - C坐標(biāo)系 中繪制庫(kù)侖直線，從而獲得材料的 C、值。 瀝青混合料的直剪實(shí)驗(yàn)相對(duì)于三軸實(shí)驗(yàn)、簡(jiǎn)單拉壓實(shí)驗(yàn)，在C、值的原理上更為直觀明 了，但在操作上可能更不容易實(shí)現(xiàn)，比如因剪切擠壓而引起的破壞面不均勻問(wèn)題。就現(xiàn)有資 料來(lái)看，目前還沒(méi)有見(jiàn)到關(guān)于瀝青混合料直剪實(shí)驗(yàn)方面的研究報(bào)告。關(guān)于這種實(shí)驗(yàn)方法可行 性、準(zhǔn)確性，以及它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與三軸實(shí)驗(yàn)和簡(jiǎn)單拉壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的可比性等三方面的研 究工作，還有待于

14、進(jìn)一步探討，以便確定一種較為有效和簡(jiǎn)便的方法來(lái)獲得內(nèi)在參數(shù)C、 值。 6.2 瀝青與礦料之間的相互作用 瀝青與礦料之間的相互作用是瀝青混合料結(jié)構(gòu)形成的決定性因素。 它直接關(guān)系到瀝青混合 料的強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、以及老化速度等一系列重要性能。因此，深入研究瀝青 與礦料之間相互作用的原理，充分認(rèn)識(shí)并積極地利用與改善這個(gè)作用過(guò)程具有十分重要的意 義。 研究表明，瀝表與礦料相互作用時(shí)，所發(fā)生的效應(yīng)是各種各樣和特殊的，主要與表面效應(yīng) 有關(guān)。 6.2.1 礦料對(duì)瀝青的吸附作用 原蘇聯(lián)n .A.列賓捷爾研究認(rèn)為，瀝青與礦料相互作用后，瀝青在礦料表面產(chǎn)生化學(xué)組分 的重新排列，在礦料表面形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)

15、膜（如圖 6-1a 所示），在此膜厚度以?xún)?nèi)的瀝青稱(chēng) 為結(jié)構(gòu)瀝青。此膜以外的瀝青稱(chēng)為自由瀝青。結(jié)構(gòu)瀝青與礦料之間發(fā)生相互作用，并且瀝青 的性質(zhì)有所改變；而自由瀝青與礦料距離較遠(yuǎn)，沒(méi)有與礦料發(fā)生相互作用，僅將分散的礦料 粘結(jié)起來(lái)，并保持原來(lái)性質(zhì)。 如果顆粒之間接觸處由擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜所聯(lián)結(jié) （如圖 6-1b 所示），則促成瀝青具有更高的粘滯 度和更大的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜的接觸面積，從而可以獲得更大的顆粒粘著力。反之，如顆粒之間接 觸處為自由瀝青所聯(lián)結(jié)（如圖6-1c所示），則具有較小的粘著力。 圖6-1瀝青與礦粉交互作用的結(jié)構(gòu)圖式 按照物理化學(xué)觀點(diǎn)，瀝青與礦料之間的相互作用過(guò)程是個(gè)比較復(fù)雜的、多種多樣的吸附 過(guò)程

16、，它們包括瀝青層被礦物表面的物理吸附過(guò)程、 瀝青-礦料接觸面上進(jìn)行的化學(xué)吸附過(guò)程、 以及瀝青組分向礦料的選擇性擴(kuò)散過(guò)程。 固體或液體的表面和與它進(jìn)行接觸的液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)分子的粘結(jié)性質(zhì)，以及對(duì)氣體或液 體的吸著現(xiàn)象稱(chēng)為吸附。吸附作用分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種形態(tài)，當(dāng)吸附物質(zhì)（吸附劑） 與被吸附物質(zhì)之間僅有分子作用力（即范德華力）存在時(shí)，則產(chǎn)生物理吸附；當(dāng)接觸的兩種 相（瀝青和礦料）形成化合物時(shí)則產(chǎn)生化學(xué)吸附。 在引力作用下發(fā)生的物理吸附作用，會(huì)在礦料表面形成瀝青的定向?qū)?，此時(shí)，被吸附的瀝 青不發(fā)生任何化學(xué)變化。在化學(xué)吸附的情況下，被吸附的瀝青發(fā)生化學(xué)變化。但是，化學(xué)吸 附作用僅觸及被吸附物質(zhì)的一

17、層分子，而物理吸附時(shí)，實(shí)際上可能形成幾個(gè)分子厚度的吸附 瀝青在礦料表面上的吸附強(qiáng)度， 很大程度上取決于這些材料之間發(fā)生的粘結(jié)性質(zhì)。 當(dāng)存在 化學(xué)鍵時(shí)（即產(chǎn)生化學(xué)吸附時(shí)） ，瀝青與礦料的粘結(jié)最為牢固。當(dāng)碳酸鹽或堿性巖石與含有足 夠數(shù)量酸性表面活性物質(zhì)的活化瀝青粘結(jié)時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附過(guò)程。這種表面活性物質(zhì)能在 瀝青與礦料的接觸面上，形成新的化合物。因?yàn)檫@些化合物不溶于水。所以礦料表面上形成 的瀝青層具有較高的抗水能力。而當(dāng)瀝青與酸性巖石（ SiO2 含量大于 65%的巖石）粘結(jié)時(shí)， 不會(huì)形成化學(xué)吸附化合物，故其間的粘結(jié)強(qiáng)度較低，遇水易剝離。 原蘇聯(lián) A.H. 雷西娜等人的研究表明，碳酸鹽和堿性石料

18、每個(gè)單位表面上吸附的瀝青多于 酸性石料具有更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，對(duì)于比表面大和吸附力很大的的礦料，更具有特殊意義。 瀝青與礦料表面粘結(jié)牢固的必要先決條件是瀝青能很好地潤(rùn)濕礦料的表面。 由物理化學(xué)得 知，彼此接觸物體相互作用過(guò)程的特性和強(qiáng)度主要取決于物體的表面性質(zhì)，首先是表面自由 能。 研究物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）與位于表面的質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用時(shí)，可以得到 關(guān)于固體或液體表面能的概念。位于固體或液體內(nèi)部的每一固體或液體質(zhì)點(diǎn)，都從各方面承 受著圍繞它的并和它相類(lèi)似的質(zhì)點(diǎn)的引力作用，而位于固體或液體表面的質(zhì)點(diǎn)，只從一面受 到處于固體或液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的引力作用，而另一面是空氣（氣相） 。由于氣體分子彼此

19、相距甚 遠(yuǎn)，因此只有臨近固體或液體表面的氣體才產(chǎn)生力場(chǎng)。氣體分子對(duì)固體或液體表面質(zhì)點(diǎn)的作 用非常小，不能平衡承受從內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)方面產(chǎn)生的力的作用。 固體或液體表面未平衡 （未補(bǔ)償） 元素質(zhì)點(diǎn)的存在相當(dāng)于該表面每單位面積具有一定數(shù)量 的自由能，其數(shù)量等于形成表面所消耗的功。該自由能稱(chēng)為表面自由能或表面能力。 潤(rùn)濕是自發(fā)的過(guò)程，在這一過(guò)程中，相接觸的三相礦料、水和空氣或?yàn)r青體系內(nèi)，于一 定的溫度條件下會(huì)發(fā)生體系的表面自由能的降低現(xiàn)象。 大多數(shù)的造巖礦物，如氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、云母、石英等，均屬于親水性的。所 有親水性礦物都具有離子鍵（有極性的）的晶格，因此，當(dāng)它們分裂時(shí)在表面層可能有未平 衡的離子

20、帶自由價(jià)的離子。 憎水性礦物具有共價(jià)鍵（原子鍵）的晶格，或者具有分子鍵的晶格。有些憎水性材料具有 離子和分子鍵的晶格，即元素質(zhì)點(diǎn)內(nèi)部有牢固的離子鍵，質(zhì)點(diǎn)之間有分子鍵。這些元素質(zhì)點(diǎn) 的表面幾乎沒(méi)有未補(bǔ)償?shù)逆I。 兩種相互接觸的物體， 例如瀝青同礦料的接觸表面相互作用所消耗的能量， 以粘結(jié)作用來(lái) 表征，這種粘結(jié)作用通常簡(jiǎn)稱(chēng)為粘結(jié)力。 能良好地潤(rùn)濕固體干燥表面的液體，并不意味著一定有良好的粘結(jié)力。瀝青潤(rùn)濕與粘結(jié)潮濕 礦料表面的能力，取決于固體表面排擠水分的性質(zhì)和瀝青的個(gè)別組分在邊界層中的選擇性吸 附。這就相應(yīng)地減小了體系的表面自由能。吸附的結(jié)果增加了相界面處被吸附物質(zhì)的濃度， 且減小了界面上的表面自由

21、能。 吸附層的性質(zhì)取決于被吸附物質(zhì)的數(shù)量、被吸附物質(zhì)與固體相互作用的性質(zhì)和能量。這 些因素將構(gòu)成固體 -液體分界面上二相相互聯(lián)系的特性。 吸附層，特別是在完全飽和的情況下， 它類(lèi)似于很薄的固體膜，具有高的力學(xué)強(qiáng)度。這種性質(zhì)由于周?chē)后w介質(zhì)（溶劑-瀝青中的油 分）的作用，其能力再一次地加強(qiáng)了。 化學(xué)吸附是瀝青中的某些物質(zhì)（如瀝青酸）與礦料表面的金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生 成瀝青酸鹽，在礦料表面構(gòu)成化學(xué)吸附層的過(guò)程?；瘜W(xué)相互作用力的強(qiáng)度，超過(guò)分子力作用 許多倍。化學(xué)相互作用的能量轉(zhuǎn)為化學(xué)反應(yīng)的熱量時(shí)，其數(shù)值為數(shù)百焦?fàn)?/克分子以上；而物 理相互作用的能量轉(zhuǎn)為熱量時(shí)最大僅為數(shù)十焦?fàn)?/克分子。因此，

22、當(dāng)瀝青與礦料形成化學(xué)吸附 層時(shí)，相互間的粘附力遠(yuǎn)大于物理吸附時(shí)的粘附力。也只有產(chǎn)生化學(xué)吸附，瀝青混合料才可 能具有良好的水穩(wěn)性。 化學(xué)吸附產(chǎn)生與否以及吸附程度，決定于瀝青及礦料的化學(xué)成分。例如石油瀝青中因含 有瀝青酸及瀝青酸酐能與堿性礦料中的高價(jià)金屬鹽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)， 生成不溶于水的有機(jī)酸鹽， 與低價(jià)金屬鹽反應(yīng)生成的有機(jī)酸鹽則易溶于水，而與酸性礦料之間則只能產(chǎn)生物理吸附。煤 瀝青中既有酸性物質(zhì)（如酚類(lèi)） ，以有堿性物質(zhì)（如吡啶類(lèi)） ，因而與酸性礦料及堿性礦料均 能起化學(xué)吸附作用，當(dāng)然其吸附程度和生成物的性質(zhì)仍與礦料的化學(xué)成分密切相關(guān)。 所謂選擇性吸附，就是一相物質(zhì)中的某一特定組分由于擴(kuò)散作用沿著

23、另一相的微孔滲入 到其內(nèi)部。當(dāng)瀝青與礦料相互作用時(shí)，選擇性擴(kuò)散產(chǎn)生的可能性以及其作用大小，取決于礦 料的表面性質(zhì)、孔隙狀況及瀝青的組分與活性。 礦料對(duì)瀝青的選擇性吸附作用，主要產(chǎn)生于表面具有微孔（孔隙直徑小于0.02m m）的 礦料，如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、礦渣等。此時(shí)瀝青中活性較高的瀝青質(zhì)吸附在礦料表面，樹(shù)脂吸 附在礦料表層小孔中，而油分則沿著毛細(xì)管被吸收到礦料內(nèi)部。因此，礦料表面的樹(shù)脂和油 分相對(duì)減少，瀝青質(zhì)增多，結(jié)果瀝青性質(zhì)發(fā)行變化稠度提高、粘結(jié)力增加，從而在一定 程度上改善了瀝青混合料的熱穩(wěn)性與水穩(wěn)性。 瀝青與多孔的材料相互作用的特點(diǎn)，一方面取決于表面性質(zhì)和吸咐物的結(jié)構(gòu)（孔隙的大 小及其位置

24、），另一方面與瀝青的特性有關(guān)（主要是活性和基團(tuán)組成） 。礦料表面上如有微孔， 就會(huì)大大改變其與瀝青相互作用的條件，微孔具有極大的吸附勢(shì)能，因而孔中吸附大部分的 瀝青表面活性組分。當(dāng)瀝青與結(jié)構(gòu)致密的礦料（如石英巖）相互作用時(shí)，上述過(guò)程就失去了 必要的條件，因而其對(duì)瀝青的選擇性吸附不顯著。 6.2.2 瀝青與初生礦物表面的相互作用 瀝青與初生礦物表面的相互作用是一種特殊的作用形式，因?yàn)樗鼪Q定于化學(xué)-力學(xué)過(guò)程。 并與上面敘述的化學(xué)吸附同時(shí)發(fā)生。 化學(xué)-力學(xué)是一個(gè)比較新的科學(xué)領(lǐng)域，它研究力學(xué)作用對(duì)各種物質(zhì)所產(chǎn)生的范圍極廣的現(xiàn) 象。許多研究人員對(duì)化學(xué) -力學(xué)有著特殊興趣，這與在力學(xué)作用時(shí)有可能在一定條件

25、下引起化 學(xué)過(guò)程有關(guān)。因此，利用化學(xué) -力學(xué)手段進(jìn)行材料機(jī)械加工過(guò)程的研究具有非常廣闊的前景。 遠(yuǎn)在1873年，卡列 M 里曾經(jīng)指出，某些化學(xué)反應(yīng)只能在力學(xué)作用的條件下才會(huì)更有 效，或是一般只能在這種作用下才能發(fā)生反應(yīng)。 引起固體中大部分力學(xué)化學(xué)過(guò)程的最重要的因素有：化學(xué)活性很大的新表面的產(chǎn)生；受 機(jī)械力破壞而形成的顆粒表面層的結(jié)構(gòu)變化；初生顆粒表面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。 固體受機(jī)械力作用產(chǎn)生的初生表面的能量狀態(tài)的研究包括初生表面的帶電及其吸附能力 的研究，重新形成的顆粒表層結(jié)構(gòu)的研究，以及自由基的產(chǎn)生過(guò)程和基的相互反應(yīng)過(guò)程等。 B B 德拉金指出，顆粒經(jīng)磨碎后成為帶電顆粒，并且電荷的正負(fù)與大小取

26、決于顆粒的 大小和物質(zhì)的性質(zhì)。初生表面的帶電，在礦料的活化過(guò)程中起著一定的作用。 決定初生表面具有很高的化學(xué)活性的一個(gè)因素是由于出現(xiàn)自由基，自由基是借助機(jī)械力 的破壞作用，使化學(xué)健斷開(kāi)而產(chǎn)生的?；瘜W(xué)鍵在機(jī)械力作用下斷開(kāi)的可能性是史塔烏金捷爾 最先提出的。 1952年，帕依克和瓦特森證實(shí)了在這種情況下可能產(chǎn)主自由基。 自由基是分子的殘余部分，或是處于電子受激震狀態(tài)下的分子，它具有很大的化學(xué)活性。 自由基的主要化學(xué)特性是，具有很高的反應(yīng)能力，這種能力與自由化合價(jià)有關(guān)，自由基易與 一般的飽和分子起化學(xué)反應(yīng)。 初生表面很高的活性，也與磨碎過(guò)程中形成的顆粒表面層的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。例如，德姆 波斯捷爾等人的

27、研究表明，磨碎的石英表面是由變化了的含結(jié)晶硅砂層所組成。阿爾姆斯特 朗格觀測(cè)到磨碎石英顆粒表層的非晶形性，并且某些磨碎破壞的深度約為50-100um。在磨碎 的石英表面上，非晶形層的厚度達(dá) 40nm。 因磨細(xì)而產(chǎn)生的顆粒表面層的松散結(jié)構(gòu)， 有助于它的反應(yīng)能力和吸附能力， 從而提高了其 活化效果。 順磁共振試驗(yàn)表明，礦料中自由基的濃度隨磨碎時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，試驗(yàn)還證明，當(dāng)瀝 青與花崗石或石英進(jìn)行一般的拌和時(shí)，只產(chǎn)生礦料與瀝青的物理吸附，而在瀝青與花崗石或 石英一起磨碎的過(guò)程中，瀝青和礦料之間發(fā)生了化學(xué)鍵。 在瀝青與礦料一起磨碎的過(guò)程中，瀝青與礦料表面的相互作用，與瀝青和早先磨細(xì)的礦 料拌和時(shí)的相

28、互作用，有著明顯的差別，前者化學(xué)吸附的瀝青量及其隨磨碎時(shí)間的增長(zhǎng)速率 均明顯高于后者。 6.3 影響瀝青混合料強(qiáng)度的因素 如前所述， 瀝青混合料的強(qiáng)度由兩部分組成： 礦料之間的嵌擠力與內(nèi)摩阻力和瀝青與礦料 之間的粘聚力。下面從內(nèi)因、外因兩方面分析瀝青混合料強(qiáng)度的影響因素。 6.3.1 影響瀝青混合料強(qiáng)度的內(nèi)因 1 、瀝青粘度的影響 瀝青混凝土作為一個(gè)具有多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分散系來(lái)看待， 從最細(xì)一級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)看， 它是 各種礦質(zhì)集料分散在瀝青中的分散系，因此它的強(qiáng)度與分散相的濃度和分散介質(zhì)粘度有著密 切的關(guān)系。在其它因素固定的條件下， 瀝青混合料的粘聚力是隨著瀝青粘度的提高而增大的。 因?yàn)闉r青的粘度

29、即瀝青內(nèi)部瀝青膠團(tuán)相互位移時(shí)，其分散介質(zhì)抵抗剪切作用的抗力，所以瀝 青混合料受到剪切作用時(shí)，特別是受到短暫的瞬時(shí)荷載時(shí)，具有高粘度的瀝青能賦予瀝青混 合料較大的粘滯阻力，因而具有較高抗剪強(qiáng)度。在相同的礦料性質(zhì)和組成條件下，隨著瀝青 粘度的提高，瀝青混合料粘聚力有明顯的提高，同時(shí)內(nèi)摩擦角亦稍有提高。 2瀝青與礦料化學(xué)性質(zhì)的影響 在瀝青混合料中，如果礦粉顆粒之間接觸處是由結(jié)構(gòu)瀝青膜所聯(lián)結(jié)，這樣促成瀝青具有更 高的粘度和更大的擴(kuò)散溶化膜的接觸面積，因而可以獲得更大的粘聚力。反之，如顆粒之間 接觸處是自由瀝青所聯(lián)結(jié)，則具有較小的粘聚力。 瀝青與礦料相互作用不僅與瀝青的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且與礦粉的性質(zhì)有關(guān)

30、。H.M.鮑爾雷曾 采用紫外線分析法對(duì)兩種最典型的礦粉進(jìn)行研究，在石灰石粉和石英石粉的表面上形成一層 吸附溶化膜，如圖（6-3）所示。研究認(rèn)為，在不同性質(zhì)礦粉表面形成的吸附溶化膜組成結(jié)構(gòu) 和厚度的吸附溶化膜，所以在瀝青混合料中，當(dāng)采用石灰石礦粉時(shí)，礦粉之間更有可能通過(guò) 結(jié)構(gòu)瀝青來(lái)聯(lián)結(jié)，因而具有較高的粘聚力。 圖6-2不同礦粉的吸附溶化膜結(jié)構(gòu)圖式 3、礦料比面的影響 由前述瀝青與礦粉交互作用的原理可知， 結(jié)構(gòu)瀝青的形成主要是由于礦料與瀝青的交互作 用，而引起瀝青化學(xué)組分在礦料表面的重分布。所以在相同的瀝青用量條件下，與瀝青產(chǎn)生 交互作用的礦料表面積愈大，則形成的瀝青膜愈薄，則在瀝青中結(jié)構(gòu)瀝青所占

31、的比率愈大， 因而瀝青混合料的粘聚力也愈高。通常在工程應(yīng)用上，以單位質(zhì)量集料的總表面積來(lái)表示表 面積的大小，稱(chēng)為“比表面積”（簡(jiǎn)稱(chēng)“比面”）。例如1kg的粗集料的表積約為0.5-3m2,它 的比面即為0.5-3m/kg，而礦粉用量雖只占7%左右，而其表面積卻占礦質(zhì)混合料的總表面積 的80%以上，所以礦粉的性質(zhì)和用量對(duì)瀝青混合料的強(qiáng)度影響很大。為增加瀝青與礦料物理- 化學(xué)作用的表面，在瀝青混合料配料時(shí)，必須含有適量的礦粉。提高礦粉細(xì)度可增加礦粉比 面，所以對(duì)礦粉細(xì)度也有一定的要求。希望 0.075mm粒徑的含量不要過(guò)少；但是0.005mm部 分的含量亦不宜過(guò)多，否則將使瀝青混合料結(jié)成團(tuán)塊，不易施

32、工。 4、瀝青用量的影響 在固定質(zhì)量的瀝青和礦料的條件下，瀝青與礦料的比例（即瀝青用量）是影響瀝青混合料 抗剪強(qiáng)度的重要因素。 在瀝青用量很少時(shí)， 瀝青不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青的薄膜來(lái)粘結(jié)礦料顆粒。 隨著瀝青用量的增 加，結(jié)構(gòu)瀝青逐漸形成。瀝青更為完滿地包裹在礦料表面，使瀝青與礦料間的粘附力隨著瀝 青的用量增加而增加。當(dāng)瀝青用量足以形成薄膜并充分粘附礦料顆粒表面時(shí)，瀝青膠漿具有 最優(yōu)的粘聚力。隨后，如瀝青用量繼續(xù)增加，則由于瀝青用量過(guò)多，逐漸將礦料顆粒推開(kāi)， 在顆粒間形成未與礦料交互作用的 “自由瀝青”，則瀝青膠漿的粘聚力隨著自由瀝青的增加而 降低。當(dāng)瀝青用量增加至某一用量后，瀝青混合料的粘聚力主要

33、取決于自由瀝青，所以抗剪 強(qiáng)度幾乎不變。隨著瀝青用量的增加，瀝青不僅起著粘結(jié)劑的作用，而且起著潤(rùn)滑劑的作用， 降低了粗集料的相互密排作用，因而降低了瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。 瀝青用量不僅影響瀝青混合料的粘聚力， 同時(shí)也影響瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。 通常當(dāng)瀝青 薄膜達(dá)最佳厚度（亦即主要以結(jié)構(gòu)瀝青粘結(jié)）時(shí)，具有最大的粘聚力；隨著瀝青用量的增加， 瀝青混合料的內(nèi)摩擦角逐漸降低。 5、礦質(zhì)集料的級(jí)配類(lèi)型、粒度、表面性質(zhì)的影響 瀝青混合料的強(qiáng)度與礦質(zhì)集料在瀝青混合料中的分布情況有密切關(guān)系。 瀝青混合料有密級(jí) 配、開(kāi)級(jí)配和間斷級(jí)配等不同組成結(jié)構(gòu)類(lèi)型已如前述，因此礦料級(jí)配類(lèi)型是影響瀝青混合料 強(qiáng)度的因素之一。

34、此外，瀝青混合料中，礦質(zhì)集料的粗度、形狀和表面粗糙度對(duì)瀝青混合料的強(qiáng)度都具有極 為明顯的影響。因?yàn)轭w粒形狀及其粗糙度，在頗大程度上將決定混合料壓實(shí)后顆粒間相互位 置的特性和顆粒接觸有效面積的大小。通常具有顯著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近 似正方體，以及具有明顯細(xì)微凸出的粗糙表面的礦質(zhì)集料，在碾壓后能相互嵌擠鎖結(jié)而具有 很大的內(nèi)摩擦角。在其他條件相同的情況下，這種礦料所組成的瀝青混合料較之圓形而表面 平滑的顆粒具有較高的抗剪強(qiáng)度。 許多試驗(yàn)證明，要想獲得具有較大內(nèi)摩擦角的礦質(zhì)混合料，必須采用粗大、均勻的顆粒。 在其他條件下，礦質(zhì)集料顆粒愈粗，所配制的瀝青混合料愈具有較高的內(nèi)摩擦角。相同粒徑

35、 組成的集料，卵石的內(nèi)摩擦角較碎石為低。 6.3.2 影響瀝青混合料強(qiáng)度的外因 1、溫度的影響 瀝青混合料是一種熱塑性材料，它的抗剪強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低。在材料參數(shù)中，粘 聚力隨溫度升高而顯著降低，但是內(nèi)摩擦角受溫度變化的影響較少。 2、形變速率的影響 瀝青混合料是一種粘 - 彈性材料，它的抗剪強(qiáng)度與形變速率有密切關(guān)系。在其他條件相同 的情況下，變形速率對(duì)瀝青混合料的內(nèi)摩擦角影響較小，而對(duì)瀝青混合料的粘聚力影響較為 顯著。試驗(yàn)資料表明，粘聚力隨變形速率的減小而顯著提高，而內(nèi)摩擦角隨變形速率的變化 很小。 綜上所述可以認(rèn)為，得到高強(qiáng)度瀝青混合料的基本條件是：密實(shí)的礦物骨架，這可以通 過(guò)適當(dāng)?shù)?/p>

36、選擇級(jí)配和使礦物顆粒最大限度地相互接近來(lái)取得；對(duì)所用的混合料、拌制和壓實(shí) 條件都適合的最佳瀝青用量；能與瀝青起化學(xué)吸附的活性礦料。 過(guò)多的瀝青量和礦物骨架空隙率的增大，都會(huì)使削弱瀝青混合料結(jié)構(gòu)粘聚力的自由瀝青 量增多。上面已經(jīng)指出瀝青與礦粉在一定配比下的強(qiáng)度，可達(dá)到二元系統(tǒng)（瀝青與礦粉）的 最高值。這就是說(shuō)，礦粉在混合料中的某種濃度下，能形成粘結(jié)相當(dāng)牢固的空間結(jié)構(gòu)。 應(yīng)指出的是，最好的瀝青混合料結(jié)構(gòu)，不是用最高強(qiáng)度來(lái)表示，而是所需要的合理強(qiáng)度。 這種強(qiáng)度應(yīng)配合瀝青混合料在低溫下具有充分的變形能力以及耐浸蝕性。從這個(gè)角度來(lái)看， 也是有關(guān)瀝青混合料工藝的一個(gè)中心問(wèn)題。 顯然，為使瀝青混合料產(chǎn)生最高

37、的強(qiáng)度，應(yīng)設(shè)法使自由瀝青含量盡可能地少或完全沒(méi)有。 但是，必須有某種數(shù)量的自由瀝青，以保證應(yīng)有的耐侵蝕性，以及瀝青混合料具有最佳的塑 性。 上面已經(jīng)指出，選擇空隙率最低的瀝青混合料的礦料級(jí)配，能降低自由瀝青量，因此許 多國(guó)家都規(guī)定了礦料最大空隙率。此外，自由瀝青量也取決于空隙的填滿程度。配比正確的 瀝青混合料中，被瀝青所充滿的顆粒之間的空隙容積，應(yīng)不超過(guò)總空隙的80 一 85，以免 在溫膨升高時(shí)瀝青溢出。 這種可能性是因?yàn)闉r青比礦質(zhì)材料具有更高的體積膨脹系數(shù)。除此之外，自由瀝青的填 滿程度過(guò)大，還會(huì)導(dǎo)致路面的附著力（摩阻力）降低。 瀝青混合料的拌制與壓實(shí)工藝的進(jìn)一步完善，也能大大減少自由瀝青量

38、，并大大提高瀝 青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； 6.4 提高瀝青混合料強(qiáng)度的措施 提高瀝青混合料的強(qiáng)度包括兩個(gè)方面：一是提高礦質(zhì)骨料之間的嵌擠力與摩阻力；一是 提高瀝青與礦料之間的粘結(jié)力。 為了提高瀝青混合料的嵌擠力和摩阻力，要選用表面粗糙、形狀方正、有棱角的礦料，并 適當(dāng)增加礦料的粗度。此外，合理地選擇混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和組成設(shè)計(jì)，對(duì)提高瀝青混合料 的強(qiáng)度也具有重要的作用。當(dāng)然，混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和組成設(shè)計(jì)還必須根據(jù)穩(wěn)定性方面的要 求，結(jié)合瀝青材料的性質(zhì)和當(dāng)?shù)刈匀粭l件加以權(quán)衡確定。 提高瀝青混合料的粘聚力可以采取以下列措施： 改善礦料的級(jí)配組成， 以提高其壓實(shí)后的 密實(shí)度；增加礦粉含量；采用稠度較高的瀝青

39、；改善瀝青與礦料的物理 -化學(xué)性質(zhì)及其相互作 用過(guò)程。 改善瀝青和礦料的物理 - 化學(xué)性質(zhì)及其相互作用過(guò)程可以通過(guò)以下三個(gè)途徑： （1）改善瀝青的物理 - 化學(xué)性質(zhì)可采用調(diào)整瀝青的組分，往瀝青中摻加表面活性物質(zhì)或其他 添加劑等方法。 （2）改善礦料的物理 - 化學(xué)性質(zhì)，可采用表面活性添加劑使礦料表面憎水化的方法； （3）對(duì)瀝青和礦料的物理 - 化學(xué)性質(zhì)同時(shí)作用的方法。 下面著重從往瀝青中摻加表面活性物質(zhì)和改善礦料表面性質(zhì)， 以及改善瀝青與礦料之間的 相互作用兩個(gè)方面加以論述。 6.4.1 表面活性物質(zhì)及其作用原理 表面活性物質(zhì)是一種能降低表面張力且相應(yīng)地吸附在該表面層的物質(zhì)。表面活性物質(zhì)大 都

40、具有兩親性質(zhì)，由極性（親水的）基團(tuán)和非極性基團(tuán)兩部分組成，極性基團(tuán)帶有偶極矩， 且激烈地表現(xiàn)力場(chǎng)，屬于此類(lèi)基的有羥基、羧基和胺基等。極性基有水合作用能力，是親水 的、可溶的，且強(qiáng)烈地表現(xiàn)化合價(jià)力。非極性基是由具有弱副價(jià)力和偶極矩接近于零的碳?xì)?鏈或芳香族鏈所組成的分子鈍化部分，是憎水性的。 表面活性物質(zhì)吸附在相界面上時(shí)，就形成定向分子層。此時(shí)，分子的極性基團(tuán)定向于極 性較大的礦料表面，而烴基卻朝向外面。由于朝向外面的烴鏈很大，致使礦料表面（大多數(shù) 是親水的）產(chǎn)生憎水性。同時(shí)，當(dāng)表面活性物質(zhì)的極性基團(tuán)與礦料表面上的吸附中心產(chǎn)生化 學(xué)鏈時(shí)，憎水效果就會(huì)大大增加。使用與該種礦物材料具有化學(xué)親和力的表

41、面活性物質(zhì)，就 能達(dá)到這個(gè)目的。因此，相界面上表面活性物質(zhì)分子的定向?qū)?，改變了表面的分子性質(zhì)和相 互接觸相界的反應(yīng)條件。表面活性物質(zhì)的作用效果，隨烴鏈的長(zhǎng)度增大而增大。 表面活性物質(zhì)吸附在材料表面上并形成定向多分子的（有時(shí)是聚合的）分子層時(shí)，需要有 一定的時(shí)間。 吸附的速度尚取決于表面活性物質(zhì)的分子擴(kuò)散速度， 而對(duì)于分子量很大的物 質(zhì) 尤其是這樣。 相間界面的特殊性質(zhì)也決定瀝青 -礦料系統(tǒng)中表面活性物質(zhì)的作用效果， 這首先 涉及到瀝青潤(rùn)濕礦料條件的改變和瀝青層與礦料表面的粘結(jié)特性。 潤(rùn)濕條件的改善是形成瀝青層和與礦料表面發(fā)生粘結(jié)的必要條件， 這對(duì)瀝青路面施工工藝 的改善起到重要的作用：如加速了

42、瀝青和礦料的拌和過(guò)程；提高了瀝青混合料的可壓實(shí)性； 降低了瀝青混合料拌制等各個(gè)環(huán)節(jié)的使用溫度。 采用表面活性物質(zhì)達(dá)到的瀝青與礦料表面粘結(jié)力的改善， 極大地提高了瀝青路面的耐浸蝕 性，并且有助于擴(kuò)大所用礦料的品種。 表面活性物質(zhì)按其化學(xué)性質(zhì)， 可以分為離子型和非離子型兩大類(lèi)。 離子型表面活性物質(zhì)， 又可分為陰離子型活性和陽(yáng)離子型活性?xún)煞N基本形式。 陰離子型表面活性物質(zhì)在水中離解時(shí)， 形成帶負(fù)電荷的表面活性離子 （陰離子）；陽(yáng)離子型表面活性物質(zhì)是帶正電荷的離子 （陽(yáng)離子）。 因此，在陰離子型表面活性物質(zhì)中，分子的烴基包含在陰離子組分內(nèi)；而在陽(yáng)離子型表面活 性物質(zhì)中，分子的烴基包含在陽(yáng)離子組分內(nèi)。

43、為了改善瀝青與碳酸鹽礦料和堿性礦料（石灰石、白云石、玄武巖、輝綠巖等）的粘結(jié) 力，可使用陰離子型表面活性物質(zhì)。在這類(lèi)礦料表面上，可形成不溶于水的化合物（如羧酸 鈣皂），有助于加強(qiáng)與瀝青的粘結(jié)。 當(dāng)使用酸性礦料（石英、花崗巖、正長(zhǎng)巖、粗面巖等）時(shí)，可采用陽(yáng)離子型表面活性物 質(zhì)來(lái)改善其與瀝青的粘結(jié)。 高羧酸、高羧酸重金屬鹽和堿土金屬的鹽類(lèi)（皂） ，以及高酚物質(zhì)等，是陰離子型表面活 性物質(zhì)的典型代表。高脂肪胺鹽、四代鉸堿等是典型的陽(yáng)離子型表面活性物質(zhì)。 煤塊、木柴、頁(yè)巖、泥灰石等固體燃料的樹(shù)脂中，含有陰離子型的表面活性物質(zhì)（有機(jī)酸 和有機(jī)堿）。 當(dāng)前，生產(chǎn)中常使用的陰離子型工業(yè)產(chǎn)品及其副產(chǎn)品有：油萃

44、取工廠的棉子樹(shù)脂（棉子渣 油）、合成脂肪酸的蒸餾釜?dú)堅(jiān)?、次?jí)脂肪渣油（生產(chǎn)肥皂的副產(chǎn)品） 、煉油廠生產(chǎn)的氧化石 蠟油等。含羧酸鐵鹽的表面活性產(chǎn)品得到了某些發(fā)展。這種產(chǎn)品是用上述一種物質(zhì)（如棉子 油渣、蒸餾釜?dú)堅(jiān)龋┡c氯化鐵水溶液和增塑劑聚合而成的。 根據(jù)匈牙利的多保茲和蘇聯(lián)的畀.C 謝莫娜耶娃等人的研究，某些陽(yáng)離子型表面活性物質(zhì)， 例如高脂肪族胺，與酸性和堿性巖石礦料都能起化學(xué)反應(yīng)，這類(lèi)材料與各種礦料綜合反應(yīng)的 性能而有很大前途。 表面活性物質(zhì)摻入瀝青混合料的方法有兩種： 摻入瀝青中或?yàn)⒃诘V料表面上。 第一種方法 無(wú)疑在操作上比較方便，也可以直接在煉油廠將表面活性物質(zhì)注入瀝青中，將表面活性物質(zhì)

45、 摻到礦料表面上，雖然工藝比較繁瑣，可是它是一種有效的方法。 6.4.2 礦料表面的活化 許多研究表明，在往瀝青中摻加表面活性物質(zhì)的同時(shí)， 用表面活性添加劑使礦料表面活化， 對(duì)提高瀝青混合料的強(qiáng)度可望獲得更好的效果。 用各種礦物鹽類(lèi)（鈣鹽、鐵鹽、銅鹽、鉛鹽等）以及石灰、水泥等電解質(zhì)水溶液活化礦料 表面，是以吸附理論和吸附層中的離子交換為基礎(chǔ)的。由于多價(jià)陽(yáng)離子吸附在未補(bǔ)償陰離子 的礦料表面，或者在表面層的一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)兩個(gè)和三個(gè)陽(yáng)離子交換的結(jié)果，減小了親水性， 而改善了其與瀝青之間相互作用的特性，為形成不溶于水的化合物的化學(xué)吸附創(chuàng)造了更好的 條件。 通常，礦料表面的改性處理有以下三個(gè)目的：改進(jìn)礦料

46、與瀝青之間相互作用的條件； 改善吸附層中的瀝青性質(zhì)；擴(kuò)大礦料的使用品種和改善其性質(zhì)。 特別值得注意的是，預(yù)先物理 -化學(xué)活化是能最有效地利用表面活性添加料的一種方法。 實(shí)踐證明，產(chǎn)生新表面的時(shí)刻是進(jìn)行化學(xué)必性的最好時(shí)機(jī)，因?yàn)檫@時(shí)可以利用只有初生的表 面才具有的特殊能態(tài)。這種特殊的能態(tài)會(huì)強(qiáng)烈地激發(fā)表面的反應(yīng)能力，有助于與各種改性的 活化劑起相互反應(yīng)。這種反應(yīng)在一般的材料加工條件下是有可能發(fā)生的。 利用初生表面所產(chǎn)生的效果與處理喪失了原有潛能的 “舊表面”所得到的效果是無(wú)法比擬 的。新表面的高度活性沒(méi)有及時(shí)而合理地利用時(shí)，也會(huì)引起相反的效果。這是因?yàn)槌跎砻?不論怎樣總要吸附各種物質(zhì)，其中也包括影響以后與瀝青相互作用的物質(zhì)。 利用初生表面的使用效果證明， 促使材料顆粒產(chǎn)生新表面在經(jīng)濟(jì)上是劃算的， 因?yàn)榈V物材 料任何的破碎或磨細(xì)過(guò)