沥青与集料粘附性评价方法

・１２６・　第３８卷第５期　２　０　１　２年２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨｎＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５　Ｆｅｂ．　２０１２　

文章编号：１００９－６８２５（２０１２）０５—０１２６・０３　

沥青与集料粘附性评价方法　

王军　陈燕娟　

摘要：结合沥青路面水损害的原因及相关理论，分剐介绍了定性测试法和定量测矗法两类沥青与集料粘附性评价方　

法，并对两类方法中各类具体方法作了具体阐述，以指导工程实践中根据不同情况合理选用。　关键词：水损害，定性测试法，定量测试法　

中图分类号：ＴＵ５２８．４２　文献标识码：Ａ　

沥青路面的水损害，是多种原因综合作用的结果。比如，材　料的性质，环境条件和自然荷载。物理粘附，化学反应，机械联锁　

是在材料属性的基础上解释沥青与集料粘附和剥离的三种最为　广泛的机理。此外，解释沥青与集料粘附性的较为经典的理论有　

四种，包括：力学理论、化学反应理论、表面能理论和分子定向理　论。以这些理论为依据可以衍生出多种测试方法，并且这些测试　

方法也在不断改进中。可以将这些预测方法宽泛的分成两类：定　性测试法和定量测试法。　

１定性测试法　

定性测试方法主要包括：水煮法，静态水浸法，Ｔｅｘａｓ冻融台　

架试验，快速测试瓶法，旋转瓶测试法，毛细管柱法等等。　１．１　水煮法　

水煮法适用于粒径大于１３．２　ｍｍ的粗集料，将集料洗净烘干　

后，进入到１３０℃一１５０℃的热沥青中，浸润４５　Ｓ，冷却至室温，放　人沸水中，保持微沸状态浸煮３　ｍｉｎ后取出，根据集料表面的沥青　

膜的剥落程度，判定粘附等级。该方法最大的优点是简单易行，　可以初步判断粗集料与沥青的粘附性：缺点是该实验比较粗糙，　人为因素较大，关键是只能试验粗集料与沥青的粘附性，而对沥　

青混合料中的细集料和一些添加料的粘附性却不能确定。　１．２静态水浸法　

我国试验规程规定对粗集料的最大粒径小于１３．２　ｍｍ细粒　式沥青混凝土，粗集料与沥青的粘附性采用水浸法试验，该方法　也是日本常用的标准方法，试验时选用２０颗裹覆沥青的石料，浸　

泡在８０℃的恒温水中３０　ｍｉｎ，评定沥青膜剥离面积百分率。为　

了使剥落率评价客观些，日本的试验方法还给出一系列不同剥落　率的标准照片供比照用。长安大学在“八五国家科技攻关”课题　研究时，也制作了一套不同剥落率的样本照片，使用时可以比照　

照片进行粘附性等级评定。与水煮法相比，该方法是静态的，缺　乏水力冲刷，较客观一些，另外，水浸法可以测量较细的集料和细　

粒式的沥青混凝土。　１．３　Ｔｅｘａｓ冻融台架试验　

该试验适用于集料粒度比较均匀的热拌沥青混合料粘附性　

测试，如果集料的粒度均匀，就可以使集料力学性质对粘附性的　影响减到最小，而粘结剂对粘附性的影响将达到最大。进行该试　验时，沥青混合料的设计依照德克萨斯州混合料设计程序。初次　

拌和之后，混合料进行再次加热，另外再进行两次拌和。制成高　

１９．０５　ｍｍ、直径为４１．３　ｍｍ的试件后，经受冻融循环，产生开裂的　冻融循环次数指示沥青混合料的水敏感性。但研究表明经历过　２Ｏ次冻融循环后，混合料的粘附性就不再易受水损害的影响　。　该试验的优点是可以测定出添加剂的效果，与现场性能关系良　

好；缺点是仅用于细集料，仅测定粘结力而且较费时，需用专门的　试验设备。　

用量少和耐久性要求之间的矛盾；另一方面也大大提高了路基施　

工质量，确保路基不下沉。高性能混凝土的诸多特点都符合高强　度的需要，但公路建设中要根据公路建设的具体要求和路况条　件，科学合理的使用高性能混凝土，并不是所有高性能混凝土的　

使用都是合理的，综合考虑其不同方面的性能需要来进行研发。　如果打破混凝土原有的模式，采用高流态（接近自流平），坍落度　

将达２４０　ｍｍ一２７０　ｍｍ的混凝土来进行施工，还可以提高公路高　性能的质量，给社会效益和经济效益带来巨大的好处。　目前在我国对于公路工程建设方面对高性能混凝土的使用　

还不是非常规范，应当引起相关部门的注意，从社会效益和经济　效益来看，桥梁公路高性能混凝土研发具有广泛的意义。在研发　

的同时，也要考虑到混凝土技术的免振、自密实、高科技和高流态　方向的发展，让公路施工对于混凝土的需求向着合理化方向发展。　参考文献：　

［１］　Ｈ索默．高性能混凝土的耐久性［Ｍ］．北京：科学出版社，　

１９９８．　［２］　陈家辉．高性能混凝土应用现状及其前景［Ｊ］．广东土木与　建筑，２ｏｏｏ（１６）：８６—８８．　［３］　郑建岚．现代混凝土结构技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社，　

２０００．　

Ｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ｒｏａｄ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　

ＭＡ　Ｊｉｎ—ｈｕ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒａｆｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　ｒｏａｄ　ｂｒｉｄｇｅｓ，ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｒｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎ—　

ｃｒｅｔｅ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ　ｒｏａｄ　ｂｒｉｄｇｅｓ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｄｉｒｅｃｔ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｈｉｓｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒａｆｔ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

收稿１３期：２０１１—１２—０２　作者简介：王　军（１９７８．），男，工程师，山东省烟台市莱山区公路管理局，山东烟台２６４０００　

陈燕娟（１９８６一），女，长安大学材料科学与工程学院硕士研究生，陕西西安７１００６１

　第３８卷第５期　２　０　１　２年２月　王军等：沥青与集料粘附性评价方法　・１２７・　

１．４旋转瓶测试法　

旋转瓶测试法是瑞典使用的一种预测粘附百分率的测试方　‘法，把裹覆沥青的集料颗粒放入盛有半瓶蒸馏水的玻璃瓶中。为　

了抑制裹覆沥青的集料的凝聚潜能，将蒸馏水维持在５℃。把瓶　子放在旋转机上旋转，若沥青混合料没加添加剂就以４０　ｒ／ｍｉｎ的　速度旋转，若加了添加剂就以６０　ｒ／ｍｉｎ的速度旋转，试验一共进　

行３　ｄ。用两组独立平行试验分别评估旋转５　ｈ，２４　ｈ，４８　ｈ，７２　ｈ的　

裹覆情况。　１．５毛细管柱法　

毛细管柱法是　种评价沥青与集料粘附性的一种间接方法。　从物理化学角度来看，沥青与集料要发生粘附，形成牢固的粘附　层，取决于沥青能否很好的润湿集料的表面。润湿通常用接触角　

的大小来衡量，接触角越好，则润湿越好，粘附力越大，粘附性就　好。用毛细管柱法测定沥青一甲苯溶液对集料的润湿角。试验　

中如果仅仅是为了比较粘附性则不必计算出实际接触角值；仅用　毛细管柱液面上升高度来比较，越大粘附性越好，比较水稳定性　时也可以用沥青溶液在毛细管柱中液面上升的高度之差大小来　

进行比较，说明水稳定性的优劣。这个高度可以目测，故此列为　定性测试方法。若测出接触角，也属于定量测试法。优点是与水　

煮法和水浸法相比，可以减小人为因素的影响，但这只是一种只　局限于物理性粘附的测试方法，实际情况下，集料与沥青不仅发　

生物理性粘附，还有化学反应产生的结合力，而且这是不可忽略　的。所以该方法与现场性能的相关性可能不太好。　

２定量评价方法　

定量测试方法包括很多，基于不同的原理有不同的评价方　

法，包括基于力学原理的定量分析法，基于吸光度原理的定量分　析法，基于表面自由能理论的分析法和化学分析方法。　

２．１　基于力学原理的定量分析法　

１）冻融劈裂试验。Ｌｏｔｔｍａｎ试验是一种评价沥青混合料水稳　

定性的试验方法。其方法是将马歇尔试件在常温水中浸泡　２０　ｍｉｎ后，在一ｌ８℃的冰箱中冷却１６　ｈ，再放进６０℃的水浴中放　

置２４　ｈ，完成一次冻融循环。最后又在２５℃的水中浸泡２　ｈ后测　试其劈裂强度，将此强度与未经冻融循环试件的劈裂强度比值为　

劈裂强度比（ＴＳＲ），以此指标作为评价沥青混合料水稳定性的指　标。我国的冻融劈裂试验是参照美国ＡＡＳＨＴＯ　Ｔ２８３提出来的，　是一种简化了的Ｌｏｔｔｍａｎ试验，变固定孔隙率的固定击实次数为　

５０次，固定真空饱水的真空度和饱水时间。冻融劈裂试验的结果　性规律很强，而且不同石料之问的差别拉得比较开。有文献报道　

这还是测沥青混合料水敏感性的一种较好的方法。　２）马歇尔残留稳定度试验。将马歇尔试件在印℃水中浸泡　４８　ｈ，其所测得稳定度与试件浸泡３０　ｍｉｎ的稳定度比值百分率即　马歇尔残留稳定度。该试验简单实用。但有些研究表明对于石　

灰岩每种沥青混合料的残留马歇尔稳定度都满足我国沥青路面　施工规范不小于７５％的要求，但对于酸性集料，每种沥青混合料　的残留稳定度很少满足规范要求，甚至大于１００％。第ｌ７届世界　

道路会议推荐把试件浸入到２５℃水中７　ｄ后进行马歇尔试验，但　是此法较耗时。有些研究　对马歇尔残留稳定度试验进行了改　进，将试件浸泡在０．２　ｍｏｌ／Ｌ的Ｎａ２ｃ０　中，结果好一些。　

３）浸水车辙试验。由于试验装置的不同，而有好几种测试方　法，在此不进行一一赘述。通常是按规定尺寸制样，在规定条件　

下养护后进行浸水车辙试验，需要专门的车辙试验仪，所不同的是　有的是测一定碾压次数后的剥落率为破坏标准；有的则是以破坏　所需的时间为度量标准。但浸水车辙试验的结果离散性比较大。　４）剪切粘附法。剪切粘附法在两片集料间加沥青膜的剪切　

试验，剪切试验中剪切破坏不是发生在沥青的内部，而是发生在　沥青和集料间的界面层上，因此，剪切粘附性试验中剪切强度的　大小，即可反映沥青与集料问粘附性的大小。剪切试验结果与水　

煮法试验结果之间具有良好的相符性，是定量评价沥青与集料的　粘附性方法中行之有效的方法。　

２．２基于吸光度原理的评价方法　

基本原理是基于物质在光的激发下，对光波长的选择性吸　收，在通过溶液的光谱中出现相应的黑暗的谱带。根据波尔定　律，在一定的波长下，溶液中某一物质的浓度与光的吸收效应存　

在一定的关系，即有色溶液的吸光度与溶液的浓度、液层厚度成　

正比。　

２．２．１　光电比色法　把规定数量的沥青混合料放入已知浓度的酚藏花红生物染　

料中，于６０℃浸渍２　ｈ后，因其水浸而裸露的集料表面将吸附染　料，使染料浓度下降。取出后装入试管中，用分光光度计测试吸　

光度，以蒸馏水为空白溶液，测试其吸光度，通过吸光度与浓度的　关系曲线，可以得到原集料与裹覆沥青膜的集料在吸附试验后染　

料残留的浓度，计算出原集料的吸附量ｑ和混合料剥落后的吸附　量ｑ　，以及沥青膜的剥落率（ｇ／ｇ　）。　

２．２．２紫外分光光度法　

表面置换一分光光度法测定沥青与集料的粘附性，该方法根　据集料对沥青的吸附作用和遇到水后水对沥青的置换作用，将一　定粒级的集料浸于沥青一甲苯溶液中一定时间则沥青吸附到集　

料表面上，然后向该溶液加入一定量的水，水就会对吸附在集料　表面的沥青进行置换作用，这一系列的过程都会使溶液中沥青的　浓度改变，用紫外分光光度法测出其浓度，就可算出集料对沥青