【摘要】 沥青混合料是由骨料和沥青组成的复合材料，骨料构成了复合材料的主体。

沥青混合料是由骨料和沥青组成的复合材料，骨料构成了复合材料的主体。粘结性能直接影响沥青路面的性能，特别是水稳定性。沥青对集料的粘附是指集料逐渐被沥青润湿，然后沥青渗入集料表面孔隙，从而产生粘附。液体沥青在集料表面浸润的过程中，液体沥青浸没在集料的孔隙和肌理中，在两相间的分子间作用力、化学键和机械锁紧力等共同作用下形成附着力。首先，集料的孔隙特性决定了机械联锁效应，如图1所示。

 

图1 机械咬合力示意图

 

其次，在沥青搅拌过程中，液体沥青会浸入集料孔隙中;在沥青粘度一定的情况下，沥青浸入骨料孔隙的数量和深度受孔隙数量和孔隙大小的影响;因此，沥青和骨料之间的附着力受到影响。在Xinli Gan等人的研究中利用自动压汞仪进行压汞试验，利用不同压力下获得的压汞数据，分析了道路施工中常用的5种集料的孔隙特征。

 

对5种团聚体进行了汞侵入试验，由于接触角大，汞不能渗入固体界面。汞在增加的压力下进入固体的孔隙。在相同的热力学条件下，完成这一过程所需的能量等于汞与固体边界之间的表面自由能。Zhang和Hui假设所有孔隙均为圆柱形孔隙，压汞压力与孔半径的关系满足式1。

 

式中p为压汞压力Pa;R为孔半径，μm；γ为汞的表面张力，485dynes/cm;θ是汞和聚集体的接触角，130°。

 

得到了它们的汞侵入曲线。图2显示了五种聚集体的汞侵入曲线。随着压力的增大，汞逐渐渗入骨料孔隙。渗速一开始迅速增加，在2 psi压力下趋于稳定，在5000 psi压力下停止增加。汞在团聚体中的渗汞量大小为花岗岩>辉绿岩>灰岩>辉长岩>玄武岩。由式1可知，5种聚集体的孔径范围为0.01 ~ 334 μm。

 

图2 五种团聚体的汞侵入曲线

 

汞侵入试验结果表明，5种团聚体的孔隙大小在0.01 ~ 334 μm之间。聚集体孔隙按体积分布可分为大孔、中孔、小孔和微孔;总孔隙体积的50 ~ 85%以大孔隙为主，15 ~ 30%以中等孔隙为主，小于15%以小孔隙为主。以微孔为主的孔隙体积几乎可以忽略不计。孔表面积随着孔径的减小而增大;该参数在大孔相(>10 μm)逐渐增大，在中孔相(10 - 0.1 μm)开始加速增长。在小孔相中(0.1 ~ 0.01 μm)，孔表面积迅速增大，在微孔相中(<0.01 μm)，孔表面积的增大速度再次减慢。

 

吸收沥青的体积影响着粘结性、混合料性能和混合料设计。该参数还受孔隙度、孔体积、孔表面积和平均孔径的影响。采用灰色关联理论计算各影响因素与沥青吸收量的相似度。各因素对沥青吸附量的影响程度依次为孔隙率>孔隙体积>孔隙表面积>平均孔径。因此，沥青的吸收量主要与孔隙体积有关，与孔隙大小的相关性较低。

 

[1] Gan X, Khan H. Aggregate surface porosity and its relationship to asphalt absorption as revealed by gray relational analysis. Asia-Pac J Chem Eng. 2022; 17(1):e2637. doi:10.1002/apj.2637.