1 集料-沥青界面黏结性能的测试方法

结合工程实例及前人的研究成果来看，集料与沥青之间的黏结破坏形式有两种：

１）沥青 － 沥青间的黏聚性破坏。 黏聚性破坏是指发生在集料之间，沥青胶浆自身黏聚力不足以抵抗外部荷载而发生在沥青内部的破坏，通常该类型的破坏发生在高温季节，沥青胶浆内部黏聚力弱于集料同沥青胶浆间的黏附力。

２）沥青 － 集料间的黏附性破坏。 黏附性破坏主要是指集料与沥青相互剥离而产生的破坏现象，一般发生于集料与沥青的接触界面上，水分渗入降低了集料 － 沥青间的黏附性能，或者低温季节，沥青内部的黏聚力大于沥青与集料间黏附力而产生的破坏［２］。

本文采用室内拉伸试验定量评价集料 － 沥青之间的黏结特性，对大块的石灰岩、花岗岩进行钻芯切割后成型“集料 － 沥青 － 集料” 的拉伸状试件，研究温度、沥青的老化程度、再生剂、水等因素对集料 － 沥青界面黏结特性影响规律，试样及试验装置见图 １。

老化沥青具体制备方法为：将全新 ７０ 号基质沥青与回收沥青按比例（１０∶ ０，９∶ １，８∶ ２，７∶ ３，６∶ ４，５∶ ５） 调

配，得到不同老化程度的老化沥青；向老化沥青中加入再生剂（８％ ），充分搅拌互溶后，再将全新 ７０ 号基质沥青与添加再生剂后的回收沥青按比例（９∶ １，８∶ ２，７∶ ３，６∶ ４，５∶ ５）调配，得到添加再生剂后的不同老化程度的再生沥青。

按照上述试验方法成型试件并进行拉伸试验，分别在 ２０ ℃与 ０ ℃温度条件下，不同老化沥青及不同种类集料的拉伸试验曲线如图 ２ 所示，试件破坏后的形态如图 ３ 所示。

从常温条件下（２０ ℃ ）集料 － 老化沥青间拉伸曲线可以得到，集料 － 沥青间发生延性破坏时，在拉力的作用下，集料 － 沥青黏结力缓慢上升达到峰值后又缓慢下降为零。

对比不同老化程度沥青与集料的拉伸曲线，集料 － 沥青的界面黏结强度受沥青老化程度的影响较为明显，无论石灰岩还是花岗岩，随着夹层沥青老化程度的增加，集料 － 沥青的黏结强度增大，说明沥青老化程度与界面黏结强度呈正相关。

从试件的破坏形式来看，随着沥青老化程度的增加，集料与沥青发生黏结破坏时的位移越来越小，说明随着沥青老化程度的增加，沥青变脆变硬，沥青的延展性能及流变性能变差。 再从试验结束的总位移（总时间）来看，随着沥青老化程度的增加，试验从开始到结束的总位移呈减小趋势，该结果也表明了沥青老化后流变性能变差。

从拉伸试件的破坏情况来看，常温条件下（２０ ℃ ）的拉伸试验，集料与沥青之间的破坏均为黏聚性破坏，试件在达到临界位移后，夹层沥青开始逐渐被拉成丝状，直到试件破坏，均是沥青内部的破坏，说明在该温度条件下，沥青自身的黏聚性要弱于集料 － 沥青间的黏附性。

从低温条件下（０ ℃ ）集料 － 老化沥青间拉伸曲线可以得到，低温条件（０ ℃ ）集料 － 沥青间发生脆性破坏，在拉力的作用下，集料 － 沥青黏结力缓慢上升达到峰值后瞬间下降为零。

对比不同老化程度沥青与集料的拉伸曲线，随着沥青老化程度的增加，集料 － 沥青界面黏结强度越来越大，临界位移越来越小。 但与常温下的拉伸结果相比，低温条件下集料与沥青发生黏附性破坏时，界面黏结强度达到常温下的 ３ 倍多。

对比两种不同类型集料与沥青的拉伸试验结果，老化程度相同的沥青与石灰岩的界面黏结强度大于花岗岩；相同沥青与石灰岩的临界位移略大于花岗岩但总体差异不大。

在实际拉伸试验中，试件在低温条件（０ ℃ ）下达到峰值荷载（峰值位移） 时，拉伸试件瞬间破坏，拉力也瞬间下降到 ０，沥青膜从集料表面脱落，发生黏附性破坏而非黏聚性破坏。

由前文可知，低温条件下的拉伸试验可较好地评价集料 － 沥青间的黏附性，因此在研究再生剂对集料 － 沥青界面黏结性能的影响中，仅对其低温下的黏结性能进行研究［３］。 添加再生剂后不同老化程度的再生沥青同石灰岩集料的拉伸试验曲线如图 ４ 所示。

试验结果表明，不同老化程度的沥青在加入再生剂的情况下，集料 － 沥青的界面黏结强度随旧沥青含量的增加而增大，临界位移随着旧沥青含量的增加而减小，对于相同的老化沥青，随着再生剂的加入，集料 － 沥青的界面黏结强度有所降低，而拉伸的临界位移却有所增大，说明再生剂对集料 － 老化沥青界面黏结强度有不利影响，而对老化沥青流变性能的改善有积极作用。

通过研究在水的作用下不同老化程度沥青与集料间的界面黏结性能，并以此来评价集料 － 沥青黏结界面的水稳定性。 在本节的试验中，模拟混合料试件的冻融劈裂试验，对“三明治夹层”试件先做冻融循环处理，然后在 ０ ℃ 条件下进行拉拔试验。 具体试验方法为：将成型的试件放入沥青混合料理论最大密度测试仪中，抽真空后 １５ ｍｉｎ，把试件装入内部湿润的塑料袋包扎好并放入 － １８ ℃冰箱中冷冻 １６ ｈ，然后将试件放入温度为 ６０ ℃的恒温水箱中保温 ２４ ｈ，冻融结束后进行拉伸试验［４］。

本次研究采用冻融强度比作为评价水稳定好坏的指标；冻融强度比 Ｋ（ 界面黏结强度比） 为冻融循环前拉伸试件的界面黏结强度与冻融循环后拉伸试件的界面黏结强度的比值。 试验结果见表 １—表 ３，图 ５。

由试验结果可知：１）冻融循环后集料 － 沥青界面黏结强度明显减小，说明在水和温度的共同作用下，集料 － 沥青界面黏结强度会产生损失。 且随着沥青老化程度的提高，损失量逐渐增加。 ２）类比沥青混合料的冻融劈裂试验，采用拉伸试件冻融后与冻融前界面黏结强度比分析集料 － 沥青黏结界面的水稳定性。 从界面黏结强度比 Ｋ 的变化趋势图中可以看出，不使用再生剂时，随着旧沥青掺量的增加，Ｋ 值逐渐降低；沥青相同时，石灰岩 － 沥青拉伸试件的 Ｋ 值大于花岗岩 － 沥青拉伸试件的 Ｋ 值。 随着再生剂的加入，石灰岩 － 老化沥青的冻融强度较未添加再生剂时有所提高［５］。

前文试验结果表明，石灰岩与沥青的界面黏结强度及界面水稳定性明显要高于花岗岩。 为了进一步分析该结果产生的原因，本节扫描电子显微镜观测试验对石灰岩、花岗岩两种集料的表面形态构造特征进行分析，从集料表面构造的角度分析差异产生的原因［６］。本节采用 ＫＹＫＹ － ２８００Ｂ 型电子显微镜对石灰岩、花岗岩集料的块样、粉样的表面形态进行观测分析，试验结果见图 ６。

从图 ６（ ａ） ，图 ６（ ｂ） 可以看出，石灰岩和花岗岩颗粒表面被溶蚀并有溶蚀孔隙，其不规则的表面形态构成微孔结构，这些微孔为沥青在集料表面的吸附提供了更多的空间。 在放大相同倍数的情况下，石灰岩表面的纹理结构明显要比花岗岩表面的纹理粗糙，呈现出疏松多孔形态且表面纹理起伏较大的特征，花岗岩试样表相较光滑致密，表层纹理起伏较小。

从图 ６（ｃ），图 ６（ｄ）可以看出，在相同的放大倍数下，可以非常明显地观察出石灰岩矿粉表面形态呈粗糙、不规则状，花岗岩矿粉表面较光滑、均匀，粉样观测结果与块样观测结果一致。 单位体积矿料表面粗糙程度越大，矿料与沥青接触面也越大，黏附性能也越强。

本文通过拉伸试验对集料 － 沥青界面黏结性能进行研究，试验中考虑温度、沥青老化程度、集料类型、再生剂以及水分五个因素对界面黏结性能的影响，试验结果表明：

１）从温度的角度来看，集料与沥青的界面破坏特征在常温（２０ ℃ ）条件下主要为黏聚性破坏，即从破坏开始沥青逐渐被拉成丝状直至试件被破坏，破坏发生于沥青内部而非集料 － 沥青接触界面；集料与沥青在低温（０ ℃ ）条件下的破坏特征主要为黏附性破坏，破坏发生于集料与沥青的接触面，当集料 － 沥青界面黏结强度达到极限强度的瞬间发生脆性破坏，破坏发生的瞬间界面黏结强度降为 ０。 从两种不同的破坏形式来看，低温条件下集料 － 沥青的黏结性能试验可以较好地评价集料 － 沥青间的黏附性。 从破坏荷载来看，低温条件下的界面黏结强度达到了常温条件下黏结强度的 ３ 倍多。

２）从沥青老化程度的角度来看，无论在常温还是低温条件下，集料 － 沥青的界面黏结强度均随着沥青老化程度的增加而变大，临界位移随着沥青老化程度的增加而减小。

３）随着再生剂的加入，集料 － 老化沥青界面黏结强度有所降低，但其临界位移却有所增加，说明再生剂加入后改变了沥青中各组分的比例，改善了老化沥青的流变性能。

４）通过冻融强度比 Ｋ 分析集料 － 老化沥青黏结界面的水稳定性，可以得出以下结论：随着沥青的老化程度的提高，集料 － 沥青黏结界面的水稳定性随之变差；当沥青相同时，石灰岩与沥青黏结界面的水稳定性要优于花岗岩与沥青黏结界面的水稳定性；当向老化沥青中加入再生剂后，集料 － 沥青界面水稳定性有一定的提升。

５）通过扫描电子显微镜对石灰岩、花岗岩两种集料的表面形态特征进行观测，结果表明：石灰岩表面粗糙多孔，纹理起伏大；花岗岩表面细致光滑，纹理起伏小。 该结果从集料表面形态特征的角度解释了两种集料与沥青黏结性能差异产生的原因。

［１］ 骆作辉． 热再生沥青混合料水稳定性及破坏机 理 研 究 ［ Ｄ］． 重 庆： 重 庆 交 通 大 学，２０１７．

［２］ 魏建明． 沥青、集料的表面自由能及水分在沥青中的扩散研究［Ｄ］． 青岛：中国石油大学，２００８．

［３］ 延西利，梁春雨． 沥青与石料间的剪切黏附性研究［Ｊ］． 中国公路学报，２００１，１４（４）：２５ － ２７．

［４］ 赵立东． 沥青路面凝冰损坏影响因素及细观机理研究［Ｄ］． 哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１２．

［５］ 刘大中，王锦． 物理吸附与化学吸附［ Ｊ］． 山东轻工业学院学报，１９９９，１３（２２）：２２ － ２５．

［６］ 梅迎军，吴金航． 沥青胶浆 － 集料界面水损机制及评价研究进展［ Ｊ］． 武汉理工大学学报，２０１３，３５（３）：４６ － ５３．

原创作者：骆作辉，甘肃公路航空旅游研究院有限公司，甘肃 兰州 ７３００００。