碱性骨料与非碱性骨料在沥青混凝士中的应用效果对比

引言

沥青混凝土路面因平整度高、行车舒适、施工便捷等优势，广泛应用于公路与城市道路建设。骨料作为沥青混凝土的 “骨架”，不仅支撑路面结构荷载，其与沥青的界面粘结效果更是决定路面抗车辙、抗开裂、抗水损害能力的关键。因此，对比分析碱性骨料与非碱性骨料在沥青混凝土中的应用效果，明确其性能优势与适用场景，对提升路面耐久性具有重要现实意义。

一、碱性骨料与非碱性骨料的核心特性差异

（一）化学组成差异

碱性骨料：主要成分为碳酸钙（CaCO3）、碳酸镁（ MgCO3 ），如石灰岩 CaO含量约 50%-56% ，白云岩 CaO+MgO 含量 >50‰ 。表面富含活性 Ca2+ ，可与沥青中的酸性组分（如沥青酸、树脂）发生化学反应，生成羧酸盐（-COO-Ca-），形成化学粘结键。

非碱性骨料：主要成分为二氧化硅（SiO2），如花岗岩 SiO2 含量约65%-75% ，石英岩 SiO2 含量 >90‰ 。表面化学惰性强，Si-O 键结构稳定，无法与沥青发生有效化学反应，仅能通过表面粗糙纹理与沥青形成物理嵌锁。

（二）物理特性差异

碱性骨料：多为沉积岩，硬度中等（莫氏硬度 3-4），表面孔隙率较高（ 3%-5% ），吸油性好，可吸附沥青中的油分，增强界面物理结合；但耐磨性较差，长期受车轮摩擦易产生细料。

非碱性骨料：多为岩浆岩或变质岩，硬度高（莫氏硬度 6-7），表面致密（孔隙率 <2% ），吸油性差，沥青在其表面易流淌；但耐磨性优，抗骨料磨损能力强，适合高荷载路面。

二、碱性骨料与非碱性骨料在沥青混凝土中的应用效果对比

（一）界面粘结强度对比

界面粘结强度是衡量沥青混凝土抗剥落能力的核心指标，两类骨料差异显著：

碱性骨料：通过 “化学吸附 + 物理嵌锁” 双重作用，界面粘结强度高。试验数据显示，石灰岩沥青混凝土的冻融劈裂强度比（TSR）可达 85%-90% ，远超规范要求的 80% ；采用水煮法测试，骨料表面沥青裹覆率 >90% ，无明显剥落。

非碱性骨料：仅靠物理嵌锁结合，粘结强度弱。花岗岩沥青混凝土的 TSR 仅为 70%-75% ，冻融循环后界面易开裂；水煮法测试中，骨料表面沥青裹覆率 < 75% ，出现明显剥落现象。若需提升其粘结强度，需掺入抗剥落剂（如胺类、酰胺类），但会增加工程成本（每立方米沥青混凝土成本增加 15-20 元）。

（二）高温稳定性对比

高温稳定性指沥青混凝土抵抗车辙的能力，与骨料骨架强度和界面粘结共同相关：

碱性骨料：因硬度较低，高温下骨料易发生微小变形，骨架支撑能力弱。在60℃车辙试验中，石灰岩沥青混凝土的动稳定度（DS）约 2000-2500 次 /mm ，适用于中等交通量道路（ <5000pcu/d ）；若用于重交通道路，需掺入改性沥青（如SBS 改性），可将 DS 提升至 3000 次 /mm 以上。

非碱性骨料：硬度高、骨架稳定性强，高温抗变形能力优。花岗岩沥青混凝土的 DS 可达 3000-3500 次 /mm ，无需改性沥青即可满足重交通道路（ >10000 pcu/d）要求；在高温地区（年极端高温 >35°C ）路面，车辙深度较碱性骨料路面减少 30‰

（三）低温抗裂性对比

低温抗裂性指沥青混凝土在低温（-10℃至 - 20^∘C ）下抵抗收缩裂缝的能力，依赖界面柔韧性与骨料抗裂性：

碱性骨料：界面粘结以化学键为主，兼具强度与柔韧性，低温下界面不易脆断。在 - 15℃低温弯曲试验中，石灰岩沥青混凝土的破坏应变可达 2500-3000μs ，裂缝扩展速度慢；北方寒冷地区路面采用碱性骨料，服役 5 年内低温裂缝率仅5‰

非碱性骨料：界面粘结弱且脆性大，低温下易因收缩应力导致界面开裂。花岗岩沥青混凝土的破坏应变仅 1800-2200με ，约为碱性骨料的 70%80% ；北方地区采用非碱性骨料的路面，低温裂缝率可达 15%-20% ，需掺入纤维（如玄武岩纤维）改善抗裂性，但会增加施工复杂度。

（四）水稳定性对比

水稳定性指沥青混凝土抵抗雨水侵蚀的能力，核心是界面抗水剥离性能：

碱性骨料：化学粘结键抗水侵蚀能力强，雨水难以破坏界面结合。在浸水马歇尔试验中，石灰岩沥青混凝土的残留稳定度（MS0）可达 80%-85% ，水损害后强度损失仅 15%-20% ；多雨地区（年降雨量 >1200mm ）采用碱性骨料的路面，水损坏（坑槽、剥落）发生率 <3‰

非碱性骨料：物理粘结易被雨水破坏，界面易发生剥落。花岗岩沥青混凝土的 MS0 仅为 70%-75% ，水损害后强度损失达 25%-30% ；多雨地区采用非碱性骨料的路面，若未添加抗剥落剂，水损坏发生率可达 15%-20% ，需频繁维修养护。

三、两类骨料的工程适用性与选型建议

（一）碱性骨料的适用场景

低温多雨地区：如东北、华北及南方多雨省份，碱性骨料的高粘结强度与抗裂性可有效抵抗低温裂缝与水损害，适合市政道路、县道等中等交通量路面。

环保要求高的工程：碱性骨料加工过程中粉尘少，且可利用工业废渣（如钢渣、石灰石粉）作为掺合料，减少资源消耗，符合绿色施工理念。

养护维修工程：碱性骨料与原有沥青路面的兼容性好，修补后界面结合紧密，可减少修补区域与原路面的差异沉降。

（二）非碱性骨料的适用场景

高温重交通地区：如华南、西北高温省份及高速公路、货运通道，非碱性骨料的高硬度与高温稳定性可有效抵抗车辙，适合重交通、高荷载路面。

耐磨要求高的工程：如机场跑道、港口道路，非碱性骨料的高耐磨性可延长路面使用寿命，减少因骨料磨损导致的路面起砂。

本地资源丰富地区：若工程所在地非碱性骨料（如花岗岩）储量大、运输成本低（ <50km ），可通过添加抗剥落剂弥补粘结缺陷，降低工程总成本。

四、当前应用中存在的问题与改进方向

（一）现存问题

非碱性骨料抗剥落剂效果不稳定：部分廉价抗剥落剂（如脂肪酸类）在高温或长期水浸下易失效，导致界面粘结强度下降。

碱性骨料耐磨性不足：重交通路面采用碱性骨料时，骨料磨损产生的细料易导致路面抗滑性能下降，需频繁铣刨重铺。

混合骨料应用研究欠缺：工程中常混合使用两类骨料，但对混合比例（如碱性骨料占比 60% 或 80% ）与性能的关联研究不足，难以实现性能优化。

（二）改进方向

研发高效长效抗剥落剂：开发纳米级抗剥落剂（如纳米 SiO2 改性抗剥落剂），增强非碱性骨料与沥青的界面结合，提升抗老化与抗水侵蚀能力。

改性处理碱性骨料：对碱性骨料表面进行硅烷偶联剂处理，在保留化学粘结优势的同时，提升表面硬度与耐磨性，扩大其在重交通路面的应用范围。

优化混合骨料配比：通过试验确定不同交通量、气候条件下的混合骨料最佳比例，如高温重交通路面采用 “非碱性骨料 70%+ 碱性骨料 30%^′ ，实现稳定性与粘结性的平衡。

五、结语

碱性骨料与非碱性骨料在沥青混凝土中的应用效果差异显著：碱性骨料凭借优异的界面粘结性与抗裂性，适合低温多雨、中等交通量场景；非碱性骨料依托高硬度与高温稳定性，适合高温重交通、耐磨要求高的场景。两类骨料无绝对优劣，关键在于结合工程所在地气候、交通量、资源条件及成本进行科学选型。

参考文献

[1]王建国， 李明辉.碱性骨料对沥青混凝土水稳定性的影响机制研究[J]. 建筑材料学报， 2023， 26（4）： 456-462.

[2]张宏伟， 陈丽芳.非碱性骨料改性技术及其在沥青路面中的应用[J]. 公路交通科技， 2022， 39（8）： 12-18.

[3]赵志强， 周晓华.碱性骨料级配对沥青混凝土高温性能的影响[J]. 土木工程学报， 2021， 54（S1）： 256-261.