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浅析沥青胶浆微观结构与路用性能 　　【摘 要】沥青混合料采用不同的矿粉和粉胶比，将体现不同的路用性能。当混合料性能不能满足要求时，对沥青胶浆的研究仅限于矿粉的酸碱性、细度以及粉油比等是远远不够的，需从微观结构入手，研究矿粉在沥青中的实际分布状况以及与沥青之间的吸附和粘结状况，进而在微观结构和宏观性能之间建立联系以研究其路用性能。 　　1.引言 　　沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉和沥青形成的多级空间网状结构的分散系[1]。按照现在胶浆理论，它是以粗集料为分散相而分散在沥青砂浆介质中的一种粗分散系；同样，砂浆是以细集料为分散相而分散在沥青胶浆介质中的一种细分散系；而胶浆是以填料为分散相分散在高稠度沥青介质中的一种微分散系。从某种意义上来说，沥青胶浆是沥青混合料的一种最重要组成部分；同时，沥青只有吸附在矿粉表面形成胶浆才能与其他粗、细集料产生吸附和粘结作用，形成具有一定强度和变形能力的沥青混合料[2]，所以沥青胶浆的性能在很大程度上影响着沥青混合料的路用性能。 　　采用不同矿粉和粉胶比的胶浆必将体现出不同的混合料性能。因此，虽然矿粉的用量在沥青混合料中所占的比重并不大，但其与沥青形成的沥青胶浆却是影响混合料性能的关键因素。我国的规范中只对矿粉做了简单要求，如视密度、含水量、粒度范围、外观和亲水系数等，具体内容见表1-1，即使在美国著名的Superpave混合料设计标准中也仅规定了粉油比0.6??～1.2的限制，而无进一步的研究。 　　沥青胶浆的微观结构主要研究的是矿粉在沥青中的实际分布状况以及与沥青之间的吸附和粘结状况，通过对微观结构的研究，了解沥青与矿粉之间作用的机理，对改善胶浆的性能、提高其粘结能力，甚至改变混合料的粘附能力等方面具有很大的指导意义。沥青胶浆及沥青混合料具有很大的变异性，其规律很难掌握，究其原因是由于微观结构上的差异。因此，只有弄清微观结构组成及分布对宏观性能的影响才能更好的研究混合料性能变化的规律。 　　2.关于沥青与矿粉交互作用模型的研究 　　沥青与矿粉交互作用后，沥青在矿粉表面产生化学组分的重新排列，在矿粉表面形成一层厚度为 的扩散溶剂化膜[1]。在此膜厚度以内的沥青称为“结构沥青”，在此膜厚度以外的沥青称为“自由沥青”，如图1-1。 　　当混合料性能不满足要求时不仅要改变沥青用量、沥青种类以及矿料的级配，同 　　时需考虑矿粉的性质，诸如颗粒形状、棱角、表面性状等因素的影响。 　　（1）化学性质的影响 当矿粉颗粒之间由结构沥青膜联结时，沥青的粘度较大和其扩散溶化膜所接触的面积也增大，因而粘聚力更大。反之，当颗粒之间由自由沥青联结时，沥青粘度较小，接触面积小，最终粘聚力较小。同时，相关研究表明，矿粉的酸碱性影响吸附溶化膜的厚度，比如石英石粉表面形成的组成结构有助于吸附溶化膜，而在石灰石粉表面形成的组成结构不利于溶化膜吸附。 　　（2）矿粉表面积的影响 矿粉在沥青混合料中用量一般情况下占7%左右，但矿质集料总表面积的80%以上为矿粉表面积，所以，矿粉的用量对沥青混合料的性能有较大影响。沥青的用量一定时，矿粉的表面积越大，则形成的沥青膜厚度越小，形成的结构沥青较多，因此沥青混合料的粘聚力相应的提高。 　　（3）矿料粒度、表面性质的影响 因为矿料的粗度、形状和表面粗糙度对沥青混合料的性能有着极为明显的影响。颗粒形状及其矿粉的粗糙度将影响沥青混合料压实后颗粒间相互嵌挤情况以及颗粒接触有效面积的大小，因而影响沥青混合料的卢永刚性能。通常情况下选择具有显著面和棱角、同时有细微凸出的粗糙表面并且近似立方体的矿料，这种矿料使混合料相互嵌挤情况良好，因而内摩擦角较大。 　　3.国外对沥青胶浆的研究 　　美国E. R. Brown等人对沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的沥青胶浆进行了研究[3]。这种混合料成功使用的一个原因是沥青胶浆使它具有良好的耐久性。E. R. Brown通过实验结果发现，弯曲梁流变仪（BBR）和动力剪切流变仪（DSR）可用于沥青胶浆试验，只需通过胶浆（由沥青结合料、填料即矿粉和稳定添加剂组成）试验，变可得到总胶泥特性。 　　Brown等人对沥青胶浆的高、中、低温特性均进行了实验。高温性能是对经旋转薄膜烘箱（RTFO）老化的细胶泥与未使用过的做对比，在58℃和70℃温度下经DSR试验得出。。中等温度的性能是对经RTFO老化然后经压力老化箱（PAV）进一步老化的沥青胶浆，在19℃和31℃温度下采用DSR试验得出。低温性能同样使用老化的沥青胶浆分别在-18℃和-6℃，采用BBR试验得出。 　　通过对高、中、低温试验数据进行的方差ANOVA分析，对6种不同因素（填料类型、稳定剂类型、填料百分率、矿质填料颗粒尺寸、矿质填料颗粒形状和矿质填料的表面积）进行检验，确定它们对沥青胶