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《道路工程材料》课程教学难点解析

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张增平+韩继成+贾猛+班孝义+魏龙

摘要：针对《道路工程材料》课程教学中沥青与矿粉交互作用这一难点，本文从沥青混合料强度构成和组成结构、交互作用机理、交互作用程度影响因素等三方面进行解析。

关键词：沥青；矿粉；交互作用；路用性能

沥青-矿粉之间的相互作用对沥青混合料的粘弹性有重要影响，影响着混合料的高低温性能、水稳定性以及抗疲劳性等路用性能[1]。在《道路工程材料》教学中，发现部分学生对沥青与矿粉交互作用理解存在难度。本文通过从沥青混合料强度形成和组成结构、交互作用影响因素、交互作用机理等几方面来重点阐述沥青与矿粉的交互作用重要性。

一、沥青混合料强度构成和组成结构

沥青混合料属于作为一种多相分散体系材料，其强度构成主要由矿质颗粒之间的内摩阻力、嵌挤力、沥青本身粘结力以及沥青与矿粉之间作用的粘结力所构成[2]。沥青混合料的粘聚力和劲度模量等性质都与沥青性质以及沥青-矿粉作用交互程度有关，适当的交互作用能够避免沥青路面结构产生破坏，提高路面耐久性[3]。可见沥青与矿粉的交互作用对沥青混合料强度具有重要意义。

二、沥青与矿粉交互机理

为了探究沥青与矿粉的相互作用机理，H.M.鲍尔雷曾采用紫外线分析法对石灰石和石英石两种典型的矿粉与同种沥青交互作用进行研究[4]，如图1所示，结果表明：距矿粉表面不同厚度处（胶质+沥青质）的组分比例与（饱和分+芳香分）的组分比例不同，发现沥青膜距矿粉表面越近，胶质+沥青质的组分比例越高，饱和分+芳香分的组分比例越低，且沥青分子量、碘值、皂化值也在变化，呈距离矿粉表面越近其值越小规律。

由图1可见，在不同岩性的矿粉表面形成的吸附溶化膜厚度不同[5]，在石灰石矿粉表面形成较为发育的吸附溶化膜，在石英石矿粉表面形成较为致密的吸附溶化膜，当沥青同石灰石相互作用时，由于在石灰石表面有未补偿的钙离子和碳酸根离子的分子引力对沥青的最大活性组分产生吸附，沥青中的表面活性分子以其极性端定向于石灰石，而非极性端（碳氢化合物）定向于沥青，在适宜的条件下，会发生化学吸附，被吸附的沥青分子以化学键的形式固着在石灰石表面。

沥青与矿粉交互作用的实质是沥青能够吸附在矿粉表面，并且沥青的不同组分得到了重新排列，形成的吸附溶化膜，随着石灰石表面为补偿钙离子和沥青中表面活性组分的增加，在吸附时的化学相互作用的能力就会增长，石灰石的水稳定性就会相应的增加[6]。

三、交互作用程度的影响因素

（1）沥青性质

沥青的粘度、含腊量、酸值等物理指标以及化学组分对沥青与矿粉的交互作用能力的强弱具有一定影响。在科尔贝特四组分分析法中，四种组分对沥青与矿粉反应贡献率不同，沥青中胶质与沥青质组分因含有大部分的沥青酸、沥青酸酐等极性组分，他们与矿粉吸附属于极性吸附和化学吸附，吸附能力强；而芳香分和饱和酚属于非极性低分子，以范德华力与矿粉表面发生吸附，故吸附作用力较弱。

（2）矿粉比表面积和沥青用量

在沥青与矿粉固定的条件下，沥青与矿粉的比例是影响沥青混合料强度重要因素。当沥青用量很少时，不足以形成结构沥青薄膜来黏结矿料颗粒，随着沥青用量的增加，结构沥青膜逐渐形成，沥青与矿料间的黏结力随沥青用量逐渐增大，当沥青足够粘附在矿粉表面时，若沥青用量继续增加，自由沥青逐渐增多，沥青胶浆的黏结力随自由沥青的增加而降低，沥青混合料的强度和路用性能也随之降低[7]。

（3）矿粉的碱性和粒度

在不同矿粉粒度相同的情况下，矿粉的碱性越强，与沥青的交互作用能力越大；而矿粉的粒度越小，表面积越大，与沥青的交互作用能力越强[8]。

四、结束语

通过从沥青混合料强度构成和组成结构、交互作用机理、交互作用程度影响因素等三方面对沥青与矿粉的相互作用的解析，化解了教学难点，使学生能够更加全面、更加深入的理解沥青与矿粉的相互作用，能够从整体上把握沥青与矿粉的相互作用程度的影响因素。

参考文献

[1]王秉纲，李平，张争奇，等.矿粉对沥青老化性能的影响[J].长安大学学报：自然科學版，2007，27（4）：6-9

[2]申爱琴.道路建筑材料[M]北京：人民交通出版社，2010

[3]李立寒.道路工程材料[M]北京：人民交通出版社，2013

[4]严家伋.道路建筑材料[M]北京：人民交通出版社，2004

[5]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001

[6]肖庆一，郝培文，徐鸥明，等.沥青与矿粉粘附性的测定方法[J].长安大学学报：自然科学版，2010，27（1）：19-22

[7]伍必庆.道路建筑材料[M]北京：人民交通出版社，2012

[8]谭忆秋，王大庆，边鑫，等.沥青与矿料交互作用的影响因素[J].公路交通科技，2012，29（11）：7-12

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-全文完-