粘附因子（共4篇）
粘附因子 篇1
具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum, Fn)作为口腔感染性疾病的协同性致病菌,在破坏性牙周炎样本中有较高的检出率[1],这种牙周厌氧菌具有显著的致病潜力能产生内毒素,通过多种机制干扰宿主防御能力,具有引发牙周破坏的潜能。FadA粘附素作为主要的致病因子在其定植宿主时发挥重大作用,具有明显的粘附特性,可以结合从原核细胞到真核细胞的细胞外分子,利用自身的分泌和未分泌形式与细菌发生共聚,并且参与入侵、附着哺乳动物的宿主细胞[2,3],可见它的提取有助于进一步理解牙周炎的发病机制。本研究采用16SrDNA PCR技术,检测正畸治疗中发生牙龈炎性反应患者和慢性牙周炎患者龈沟液及牙周袋中的Fn、FadA基因,并与GI进行了相关性分析。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 参考菌株
具核梭杆菌Fn ATCC25586、伴放线放线杆菌Aa ATCC29522菌株、牙龈卟啉单胞菌Pg W83菌株、变形链球菌Sm ATCC25175菌株。
1.1.2 病例来源及分类
120例患者来自济南市口腔医院正畸科和牙周科,其中55 例为戴入固定矫治器后产生牙龈炎性反应的患者组成正畸治疗组(A 组),男21 例、女34 例,年龄11～27 岁,平均16.25 岁;30 例为正畸治疗前未戴矫治器的牙周健康者组成正常对照组(B组),男12 例、女18 例,年龄12～26 岁,平均19.40 岁;35 例为牙周科就诊的慢性牙周炎患者组成牙周炎组(C组),男19 例、女16 例,年龄22～68 岁,平均46.46 岁,所有受试者就诊前至少30 d未服用任何抗生素。
1.2 实验方法
1.2.1 临床指标的测定
按照Loe和Silness1967 年修定的标准[4],分别记录受试牙的牙龈在颊侧近中龈乳头、颊侧边缘龈、颊侧远中龈乳头、舌侧边缘龈4 个区域的炎症情况,并进行龈炎症指数(gingivitis index,GI)的分级评定。
1.2.2 样本采集
无菌纸尖法[5]采集120 例患者的龈沟液及牙周袋标本。
1.2.3 DNA模板提取
参照细菌基因组提取试剂盒标准操作手册进行标准菌株DNA的提取,采用酚-氯仿-异戊醇抽提法[6]提取临床分离株的DNA,分别用于PCR灵敏度检测及阳性和阴性对照。
1.2.4 PCR引物的设计与合成
在GENBANK进行基因序列查询,经网上BLAST和生物软件的分析,设计出以下引物进行检测,由上海博尚生物技术有限公司合成。
1.2.5 PCR扩增反应条件
采用2×EasyTaq PCR SuperMix PCR试剂盒,基本反应体系如下:2×EasyTaq PCR SuperMix 12.5 μl,上下游引物各1.0 μl(10 μmol/L),模板DNA:标准株2.0 μl(100 ng/μl),临床标本10.0 μl,用无菌ddH2O补充至总体积25 μl。
PCR反应参数分别为:Fn ①94 ℃预变性5 min;②94 ℃变性30 s;③ 58 ℃复性退火30 s;④72 ℃延伸1 min 3 个循环步骤进行扩增;⑤返回②进行30 个循环;⑥ 72 ℃延伸10 min;⑦ 4 ℃保存;⑧完成。FadA① 94 ℃预变性4 min;② 94 ℃变性30 s;③ 55.8 ℃复性退火30 s;④ 72 ℃延伸40 s 3 个循环步骤进行扩增;⑤返回②进行30 个循环;⑥ 72 ℃延伸6 min;⑦ 4 ℃保存;⑧完成。
1.2.6 PCR检测
以16S rDNA为引物、临床标本DNA为模板,用于临床标本检测,确定Fn及FadA阳性的患者。
1.2.7 PCR扩增产物检测
取PCR扩增产物10 μl,用1.5%琼脂糖凝胶水平电泳[含0.5 mg/L溴化乙锭(EB)],电压90 V、时间25 min后,用Ladder DNA Marker(100 bp)确定产物相对分子质量,电泳凝胶在溴化乙锭中染色后,自动凝胶成像分析仪拍照存图。
1.3 统计学分析
采用SPSS 17.0统计软件包分析、完成。
2 结 果
2.1 16SrDNA PCR检测技术的特异性
琼脂糖凝胶电泳结果显示:Fn标准菌株DNA扩增后得到清晰的360 bp的特异性扩增带(图 1)。以FadA引物直接扩增Fn标准菌株DNA中的FadA基因片段, Fn标准菌株及阳性临床标本的DNA扩增后均可见232 bp的特异性扩增带(图 2)。说明以上2 种引物分别具有扩增Fn、FadA的特异性,这2 种PCR反应体系分别具有检测Fn和FadA的敏感性。
M: DL1500 Marker; a: 标准菌株Fn ATCC25586; b: 空白对照; c: Pg W83; d: Aa ATCC29522; e: Sm ATCC25175
M:DL1500 Marker;a:标准菌株Fn ATCC25586;b:Pg W83;c:Aa ATCC29522;d:Sm ATCC25175
2.2 16S rDNA PCR技术对临床标本的检测结果
2.2.1 临床标本中Fn及FadA的检测
以16SrDNA PCR引物PCR扩增120 例患者的临床标本,共扩增出Fn 81 株, 阳性率67.50%,其中A组38 株,阳性率69.09%;B组14 株,阳性率46.67%;C组29株,阳性率82.86%。以毒力因子FadA引物直接扩增120 例正畸患者临床标本中的FadA基因片段67 例,阳性率为55.83%,其中扩增出232 bp的A组32 例,阳性率58.18%;B组10 例,阳性率33.33%;C组25例,阳性率71.43%(表 2)。图 3、 4分别为PCR对临床标本中Fn及FadA的检测结果。
M: DL1500 Marker; 1: 阳性对照 Fn ATCC25586菌株; 2: 空白对照; 3～10: 阳性临床标本; 11、12: 阴性临床标本
2.2.2 Fn及FadA的检出率与牙龈指数的关系
正畸治疗组中Fn:GI 0 级共检出7 株,阳性率58.33%;GI 1 级共检出12 株,阳性率66.67%;GI 2 级共检出19 株,阳性率76.00%;FadA:GI 0 级共检出5株,阳性率41.67%;GI 1 级共检出10 株,阳性率55.56%;GI 2 级共检出17 株,阳性率68.00%;Spearman等级相关分析显示:该组中Fn及FadA的检出率均与GI呈正相关(P<0.05)(表 3)。
M:DL1500Marker; 1: 阳性对照 Fn ATCC25586菌株; 2: 空白对照; 3、4、6～10: 阳性临床标本; 5: 阴性临床标本
3 讨 论
随着口腔正畸治疗的发展,进行正畸矫治过程中牙周致病菌及其主要致病基因型的检测和致病性分析日益重要[8]。Fn作为主要的厌氧微生物在龈下菌斑中聚居,它的存在与繁殖导致了牙周组织中局部炎症的发生,其显著的毒力与致病性,能通过多种机制干扰宿主的免疫防御能力,使其具有诱发牙周破坏的潜能。随着分子生物学的发展, 16SrDNA PCR技术已成功应用于牙周致病菌不同毒力基因型的检测[9]。符义富等[10]用16SrDNA序列分析技术检测牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌、中间普氏菌等五种牙周致病菌,发现16SrDNA序列分析法具有检测率高、稳定性好、高敏感性和高特异性等特点。本课题通过对正畸治疗患者口腔中的Fn进行检测分析显示:Fn作为牙周炎症的主要优势致病菌,其检出率随着牙周病变程度的增加而升高。
Fn存在一些诸如FadA粘附素的毒力因子,具有较强的粘附以及介导粘附的能力,能够使Fn在龈下菌斑生物膜形成初期大量粘附于牙根表面,随着Fn的不断繁殖,导致或诱发牙周炎症。本实验通过对临床标本中的FadA检出率与牙龈指数的观察分析,认为FadA粘附素是Fn主要的致病因子,可能在该致病菌定植口腔宿主时发挥着重大作用,其检出率随着牙龈炎症程度的增加而升高。
以上研究结果表明Fn具有较显著的毒力与致病性,且在正畸牙龈炎性反应的发生发展中起重要作用,因此在临床正畸治疗工作中应注意监测Fn等类型的牙周致病菌及其主要优势基因型的存在,它们的不同基因型与Fn的致病性可能存在密切关系,因此研究正畸治疗过程中患者龈沟液内Fn及其毒力因子的不同基因型的变化和致病性,对于正畸过程中早期预防牙龈炎症性反应,防止不可逆性牙周损害有重要意义。
参考文献
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粘附因子 篇2
1 资料与方法
1.1 一般资料选取我院2014 年1 月~2015 年1 月期间2型糖尿病患者136 例, 纳入标准:符合2 型糖尿病的诊断标准[2], 病程≤3 年, 排除标准:合并糖尿病酮症酸中毒, 高渗状态, 合并感染性疾病, 合并肝肾、甲状腺、垂体、肾上腺疾病, 合并心脑血管疾病, 具有胰岛素和抗氧化药物应用史, 根据颈动脉内膜中层厚度 (IMT) 分组, 其中IMT≤0.9mm的2 型糖尿病患者作为对照组, IMT>0.9mm的2 型糖尿病患者作为研究组。 研究组:66 例, 其中男30 例, 女36 例, 年龄40~75 (59.24±6.01) 岁, 体质量指数 (BMI) 24.92±3.01kg/m2, 对照组:70 例, 其中男31 例, 女39 例, 年龄42~74 (60.18±5.98) 岁, BMI25.12±3.18kg/m2, 两组患者在性别、年龄和体质量指数等一般资料间的比较差异无显著性 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 检测方法 (1) 颈动脉B超检查:采用ACUSON128XP/10 超声诊断仪器, 探头频率8~15Hz, 由两位专业医师操作, 检查部位为颈总动脉及其分叉前后壁, 于颈动脉远端分叉2.5cm处, 舒张末期测定颈总动脉IMT, 取三次测量平均值作为最后结果。 (2) 采用酶联免疫吸附测定 (ELISΑ) 检测细胞间粘附分子1 (ICAM-1) 、肿瘤坏死因子 α (TNF-α) 水平, 清晨空腹采集静脉血液8ml, 血液凝固后4000r/min离心操作10min, 分离血清, 低温-80℃保存待测, 严格按照血清ICAM-1 (南京凯基生物科技公司) 和TNF-α 试剂盒 (安迪生物技术上海有限公司) 说明书操作, 酶标仪 (HT-IR, 日本) 检测OD值, 以OD值为纵坐标, 标准品浓度为横坐标, 绘制标准曲线, 计算血清ICAM-1、TNF-α 水平。
1.3 统计学分析采用SPSS 18.0 软件包对所得的数据进行统计学分析, 计量资料采用±s表示, 组间比较采用t检验, 计数资料采用率表示, χ2检验, 检验标准 α=0.05, P<0.05 则具有统计学意义。
2 结果
2.1 两组血清ICAM-1、TNF-α 水平比较研究组血清ICAM-1、TNF-α 水平明显高于对照组, 两组比较差异具有统计学意义 (P<0.05) 。 见附表。
2.2 血清ICAM-1、TNF-α 与IMT的关系Pearson相关性分析显示, 血清ICAM-1 与颈动脉IMT呈明显的正性相关 (r=0.402, P<0.05) , 血清TNF-α 与颈动脉IMT呈明显的正性相关 (r=0.351, P<0.05) 。
3 讨论
中国糖尿病人群约占总人数9.7%, 其中处于糖尿病前期人群高达15.5%[3]。 心血管疾病是糖尿病的严重并发症, 包括冠心病、高血压和动脉粥样硬化等[4]。动脉内皮损伤是糖尿病合并动脉粥样硬化的重要发病原因。 动脉内皮损伤导致血管内皮细胞表面粘附性改变, 表达粘附因子, 促进单核细胞粘附, 是动脉粥样硬化形成的重要环节[5]。 粘附因子以配体-受体相结合形式发挥作用, 增强细胞间或细胞-基质间的粘附作用, 细胞间粘附因子 (ICAM-1) 是免疫球蛋白超家族成员, 主要表达于平滑肌细胞、 血管内皮细胞和单核细胞表面, 当动脉粥样硬化硬化性病变时, 局部炎症细胞因子释放, 血管内皮细胞激活, 促进ICAM-1 表达[6]。TNF-α 是促炎症细胞因子生成和释放的主要炎症介质之一, 具有激活血小板活化因子和促进前列腺素E的释放, 诱导炎症细胞聚集和粘连, 最终导致微血管扩张, 增强血管通透性。 同时, 血管平滑肌细胞和血管内皮细胞均可分泌TNF-α, 可能与动脉粥样硬化形成和发展具有明显的相关性[7]。
本研究结果显示, 糖尿病合并动脉粥样硬化患者血清ICAM-1、TNF-α 水平显著增加, 且明显高于糖尿病未合并动脉粥样硬化患者, 研究揭示了血清ICAM-1、TNF-α 水平在糖尿病合并动脉粥样硬化患者中呈明显增高倾向, 与相关研究结果具有一致性[8]。 同时, 血清ICAM-1、TNF-α 与颈动脉内膜中层厚度呈明显的正性相关。 颈动脉超声检测颈动脉内膜中层厚度是诊断动脉粥样硬化的主要无创性手段之一, 颈动脉内膜中层厚度 (MIT) 直接反应全身动脉粥样硬化程度[9]。 本研究进一步研究证实, 血清ICAM-1、TNF-α 与MIT呈明显的正性相关。提示血清ICAM-1、TNF-α 增加是糖尿病合并动脉粥样硬化发生和发展的重要危险因素。
综上所述, 血清ICAM-1、TNF-α 水平在糖尿病合并动脉粥样硬化患者中显著增高, 且与动脉粥样硬化程度具有明显的关系。
摘要：选取我院2014年1月2015年1月期间2型糖尿病患者136例, 根据颈动脉内膜中层厚度 (IMT) 分组, 其中IMT>0.9mm的2型糖尿病患者作为研究组, IMT≤0.9mm的2型糖尿病患者作为对照组, 采用ELISA方法测定血清ICAM-1、TNF-α水平, 分析两者与IMT的关系。结果研究组血清ICAM-1、TNF-α水平明显高于对照组, 两组比较差异具有统计学意义 (P<0.05) , Pearson相关性分析显示, 血清ICAM-1与IMT呈明显的正性相关 (r=0.402, P<0.05) , 血清TNF-α与IMT呈明显的正性相关 (r=0.351, P<0.05) 。血清ICAM-1、TNF-α水平在糖尿病合并动脉粥样硬化患者中显著增高, 且与动脉粥样硬化程度具有明显的关系。
关键词：细胞间粘附分子1,肿瘤坏死因子α,糖尿病,动脉粥样硬化
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陶粒与环氧沥青粘附性能研究 篇3
1 集料与沥青粘附性
目前国内外有关沥青与集料的粘附性试验方法已达数十种, 具有代表性的试验方法有:水煮法, 水浸法, ASTM D3625, AASHTO T-182, 动态冲刷水浸法, 光电比色法, SHRP净吸附法, 溶剂洗脱法, 板冲击实验法以及超声波法等[1]。
水煮法, 水浸法, ASTM D3625, AASHTO T-182以及动态冲刷水浸法的主要原理是利用裹附沥青后的集料, 在某一条件下与水发生作用而产生的剥离程度评价沥青与集料的粘附性, 试验结果受人为因素影响较大, 且不易避免是其共同的缺点, 而且沥青与集料的裹附方法是否适用于所有的沥青仍有待商榷。
光电比色法、SHRP净吸附法及溶剂洗脱法均涉及有机物, 本文将其归类为有机法。光电比色法由于沥青也不同程度地吸附燃料致使试验数据普遍偏大, 溶剂洗脱法由于沥青—甲苯溶液与矿料的作用试验太短致使试验结果往往出现偏差, SHRP净吸附法几乎被认为是一个好的评价沥青与集料的粘附性的方法, 但是其试验结果是否与沥青混合料的相关性好以及沥青—甲苯溶液限制该方法只使用于基质沥青和经过热处理的掺加抗剥落剂的沥青, 对于改性沥青只能另想办法。
板冲击试验法即改性沥青与石料低温粘结力的板冲击实验能适用于改性沥青, 但其试验条件限制其仅能评价改性沥青与石料的低温粘结性。超声波法是由K.Ramanathan[2]提出的, 其主要原理是用两块同一尺寸的圆柱形岩石用一定厚度的沥青膜粘在一起, 然后用一定的粘结剂将其粘于超声波探头上, 通过系统的自动加电压致使两岩石块间产生拉力, 当电压达到某一值时, 下面的岩石块便会掉落, 通过此时的电压值便可求得沥青膜上的拉力, 即沥青与集料之间的粘结力。理论上超声波法适用范围很广, 几乎可以用于所有沥青和集料。
虽然评价沥青与集料粘附性的各试验方法存在各自的不足和特点, 但国内使用较广泛的评价方法主要有水煮法、水浸法、光电比色法以及净吸附法四种, 文献[1]研究表明水浸法与沥青混合料水稳定性的相关性最好, 其次依次为净吸附法、光电比色法和水煮法。
2 陶粒与环氧沥青粘附性
2.1 陶粒与环氧沥青粘附性评价方法
参考我国现行JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程, 采用如下经修改后的浸水试验方法, 并分别对玄武岩、石灰岩及陶粒三种集料进行试验, 并与已有的试验研究成果对比, 研究试验方法的准确性及初步评价陶粒与环氧沥青的粘附性。
修改后的浸水试验方法:
1) 准备工作。将集料过9.5 mm, 13.2 mm筛, 取粒径9.5 mm～13.2 mm形状规则的陶粒200 g用洁净水洗净, 并置温度为105 ℃±5 ℃的烘箱中烘干, 然后放在干燥器中备用。按照马歇尔试验拌合温度决定陶粒和环氧沥青的拌合温度与成型前的容留温度。将煮沸过的热水注入恒温水槽中, 并维持温度80 ℃±1 ℃。2) 试验步骤。a.按照四分法称取陶粒颗粒 (9.5 mm～13.2 mm) 100 g置搪瓷盘中, 连同搪瓷盘一起放入已升温至陶粒与环氧沥青的拌合温度以上5 ℃的烘箱中持续加热1 h。b.按照环氧沥青的拌合温度将其两组分分别加热到指定温度, 并混合配制出规定温度的环氧沥青结合料, 按每100 g陶粒加入环氧沥青20.0 g±0.2 g称取环氧沥青, 普通集料的沥青用量则同原试验方法, 准确至0.1 g。c.将陶粒从烘箱中取出, 并立即和环氧沥青置于事先在烘箱中加热15 min的拌合容器中拌和, 用金属铲均匀拌和1 min～1.5 min, 使陶粒完全被沥青薄膜裹覆。然后, 立即将拌合容器放入为容留温度的烘箱中保温, 保温时间同环氧沥青马歇尔试件成型试验的要求, 本文采用120 ℃烘箱中容留50 min。d.50 min后立即取出拌合容器, 并将裹有环氧沥青的陶粒取出20个, 用小铲移至搪瓷盘中, 并再次将搪瓷盘连同20个陶粒放入120 ℃烘箱中固化8 h。e.取出搪瓷盘并置室内冷却至室温, 再将其浸入温度为80 ℃±1 ℃的恒温水槽中, 保持30 min, 并将剥离及浮于水面的沥青用纸片捞出。f.由水中小心取出搪瓷盘, 浸入水槽内的冷水中, 仔细观察裹覆陶粒的沥青薄膜的剥离情况。
2.2 粘附性试验结果分析
结果如表1所示。由试验结果可知, 玄武岩集料和石灰岩集料经改进浸水试验处理后, 裹覆在其表面的环氧沥青没有任何脱落现象, 说明其与环氧沥青的粘附性优越, 没有差异性, 这与文献[3]的研究结果相同, 说明该试验方法是可行的。由碎石形陶粒和圆形陶粒与环氧沥青粘附性试验可知, 二者按照改进浸水试验方法裹覆沥青并经过处理后, 环氧沥青未见脱落, 说明其与环氧沥青的粘附性优越。
集料与沥青的粘附性能力大小不仅仅体现在沥青裹覆于集料表面的能力 (即浸水试验所体现的能力) , 其与沥青混合后的混合料强度和抵抗水损害的能力亦应综合考虑。因为有学者认为集料表面的粗糙程度对粘附性贡献程度较集料的矿物成分更重要, 故本文将分别研究各混合料的水稳定性能, 进一步研究陶粒与环氧沥青的粘附性。
3 混合料的水稳定性
3.1 试验方案
试验所用的环氧沥青均为句容宁武化工生产的2910型多组分环氧沥青, 所用的玄武岩集料及石灰岩填料均为句容茅迪实业有限公司提供的钢桥面集料, 以上材料均应满足钢桥面铺装的技术要求, 集料级配均采用南京长江二桥级配[6]。
碎石形陶粒和圆形陶粒分别以质量百分比为15%替代玄武岩粗集料, 主要是4.75 mm～9.5 mm挡集料, 其他集料均为前述的玄武岩集料和石灰岩填料, 配制碎石陶粒环氧沥青混合料 (GLEAM) 和圆形陶粒环氧沥青混合料 (CLEAM) 。首先通过马氏试验确定玄武岩环氧沥青混合料 (EAM) , GLEAM和CLEAM的最佳油石比, 并验证各混合料的强度性能、高温性能、低温性能以及水稳定性能, 其均应满足钢桥面铺装技术要求。针对本文的研究目的, 将着重分析研究各混合料的水稳定性能, 采用JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程的T0729-2000冻融劈裂试验方法, 采用的试件为完全固化后的马歇尔试件。
3.2 试验结果及分析
依照前述的试验方案, EAM, GLEAM和CLEAM混合料的冻融劈裂试验结果分别见表2和图1～图3。
由表2可知, GLEAM混合料的水稳性最好, 其次是EAM混合料, CLEAM混合料的最差, 但是三种混合料的水稳定性能均很优越, 而且GLEAM和CLEAM混合料的劈裂强度均较EAM的高。分析图1～图3发现, EAM混合料的劈裂面基本是沿着玄武岩集料表面发展, 玄武岩集料破碎较少, 如图1中白色圈;而GLEAM与CLEAM混合料的劈裂面基本是横穿碎石形或圆形陶粒发展, 同时也可见玄武岩集料破碎。
EAM混合料的劈裂面沿着集料表面发展, 说明环氧沥青结合料与玄武岩的粘附强度已达到极限。但GLEAM和CLEAM混合料的劈裂面横穿陶粒发展, 而且劈裂强度较EAM的高, 说明陶粒与环氧沥青结合料的粘附强度不是劈裂破坏的控制因素, 而是陶粒本身的强度。这进一步说明陶粒与环氧沥青的粘附强度大于玄武岩与环氧沥青的粘附强度。因此, 碎石形陶粒和圆形陶粒与环氧沥青的粘附性优于玄武岩集料, 由TSR值可知, 碎石形陶粒与环氧沥青的粘附又优于圆形陶粒。
4 结语
综合全文研究可以得出如下结论:1) 通过评价玄武岩集料和石灰岩集料与环氧沥青的粘附性, 得出的结论与已有文献相同, 因此, 改进的浸水试验方法评价集料与环氧沥青的粘附性是可行的。2) 由改进的浸水试验方法评价得出碎石形陶粒和圆形陶粒与环氧沥青的粘附性优越。3) GLEAM和CLEAM混合料的水稳定性较EAM的优越, 且GLEAM的最好。4) 综合改进的浸水试验方法和混合料的水稳定性试验, 发现碎石形陶粒和圆形陶粒与环氧沥青的粘附性均优于玄武岩集料, 其中碎石形陶粒的最优。
摘要：对玄武岩、石灰岩、碎石形陶粒和圆形陶粒四种集料采用改进后的水浸法试验评价其与环氧沥青的粘附性, 综合研究了玄武岩、碎石形陶粒和圆形陶粒环氧沥青混合料的水稳定性, 试验结果表明, 碎石形陶粒和圆形陶粒与环氧沥青粘附性能优于玄武岩集料, 且碎石形陶粒的最优。
关键词：陶粒,环氧沥青,粘附性
参考文献
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浅议沥青与集料的粘附性 篇4
1 沥青与集料粘附性基本理论
1.1 力学理论
沥青与集料之间的粘附性主要是由于其间分子力的作用[1]。从微观角度看,集料的表面是粗糙和高低不平的,这种粗糙增加了集料的表面积,使沥青和集料的粘合(界)面积增大,提高了两者之间总的粘结力。此外,集料的表面存在着各种形状、各种取向、各种大小的孔隙和微裂缝,由于吸附与毛细作用,沥青渗入上述孔隙与裂缝,增加了两者结合的总内表面积,从而提高了总的粘结力。再者,沥青在高温时以液相渗入骨料孔隙与微裂隙中,当温度降低后,沥青则在孔隙中发生胶凝硬化,这种锲入与锚固作用,增强了沥青与集料之间的机械结合力[2]。
1.2 化学反应理论
沥青与集料之间的粘附性主要来源于沥青与集料表面发生化学反应。石油沥青中含有大量的酸性及碱性化合物,且酸性组分高于碱性组分。碱性集料如石灰岩表面存在碱性活性中心,容易与沥青中的酸性成分发生化学反应,生成不溶于水的化合物,故粘附性好。而酸性集料如花岗岩表面缺乏这种碱性活性中心,故较少发生化学反应,所以粘附性差。
1.3 分子定向理论
沥青与集料之间的粘附性是由于沥青中的表面活性物质对集料表面的定向吸附而形成的。如果一个分子中的正电荷与负电荷排列不对称,就会引起电性不对称,因而分子的一部分有较显著的阳性,另一部分有较显著的阴性,这些分子能互相吸引而成较大的分子。表面活性物质的分子是由极性基和非极性基组成的不对称结构,偶极矩较大,故能表现出力场。沥青可视为表面活性物质在非极性化合物中的溶液,根据所含表面活性物质数量的不同而具有不同活性。沥青粘附在集料表面后,沥青在石料表面首先发生极性分子定向排列而形成吸附层,与此同时,在极性力场中的非极性分子,由于得到极性的感应而获得额外的定向能力,从而构成致密的表面吸附层。因此认为,沥青的极性是粘附的本质,是导致集料吸附沥青的根本原因。
1.4 静电理论
静电理论认为当沥青与集料接触时,沥青—集料体系形成双电层而产生静电引力。它可以看作一个电容器由于两种不同的物质接触而充电,界面的作用力就是双电层之间的作用力。
2 粘附性的影响因素
2.1 沥青性质对粘附性的影响
沥青是一种成分极为复杂的化合物,按照色谱分析法可将其分解成沥青质、饱和分、芳香分和胶质四种组分。研究表明:饱和分和芳香分都作为油分,在沥青中起着润滑和柔软作用,且均属于低分子化合物,是非极性物质,主要以范德华力与矿料表面发生吸附[3],故与集料的粘附力较弱,很容易脱附。而胶质与沥青质均为带有极性或是表面活性的物质,沥青中具有化学活性组分的沥青酸、沥青酸酐等极性组分基本都集中在胶质和沥青质中,这些成分与集料表面发生化学吸附,故吸附力较强。
此外,沥青组分中属于酸性的物质有环烷酸、地沥青酸。沥青酸和沥青酸酐是沥青中活性最大的组分,它改善了沥青对矿物质的浸润性,特别是提高了沥青与集料的粘附强度。沥青的酸性越大,与矿料的粘附性就越好,在沥青混合料中沥青从矿料表面的剥落度就越小。
2.2 集料性质对沥青与集料粘附性的影响
集料在沥青混合料中与沥青发生复杂的物理化学作用,集料的化学性质在很大程度上影响着混合料的物理力学性质。集料的酸碱性也会影响到沥青与集料的粘附性。一般认为碱性较强的集料与沥青的粘附性好,酸性集料与沥青的粘附性差[4]。
此外,集料表面电荷及比表面等性质可以在很大程度上反映集料与沥青的粘附性。当集料被粉碎成细颗粒作为分散相分散于介质水中,在每个颗粒周围会形成双电层。由于在组成双电层之一的扩散层内,存在着过剩反离子的净电荷,这些离子在电场的作用下发生移动。由于这些离子是水合离子,故在其本身运动的同时,将带动水的运动,运动方向取决于矿料表面普遍带有电荷的性质。矿料表面普遍带有电荷的性质不同,其方向也异。故可根据液体运动的方向判定矿料表面所带电荷的性质。而所测试的电势,就是矿料与水两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差。这个电位的大小,在双电层厚度一定的情况下,取决于矿料表面占主导地位的电荷密度,即电荷密度越大, ζ电位越大。研究表明:ζ电位越大,即矿料表面的电荷密度越大,集料与沥青的粘附性越好[5]。
2.3 水及荷载对集料和沥青粘附性的影响
影响沥青与集料粘附性的因素除了沥青、集料本身的性质等内因外,还包括水和荷载等外因。水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥离的先决条件。洁净的集料在干燥条件下与沥青粘附良好,然而水在沥青路面施工过程中,以及在以后的服务期内都是不可避免的。首先,集料在与沥青拌和前可能未被充分干燥,尤其是多孔性石料,水分容易渗透到骨料内部的毛细管中,并在以后会慢慢渗出进入沥青与集料的界面之间,使其相互分离。其次,在雨季,尤其是在梅雨季节,尽管雨量不大,但持续时间很长,可能达数月之久。沥青混合料长时间处于水的包围之中,水分就很容易浸润到集料与沥青的界面上,导致沥青膜被水置换,发生剥离。交通荷载的反复作用是加速水损坏进程的重要因素。当路面上有水时,汽车的通过会形成一种水力冲刷现象,在轮胎前面的水受轮胎挤压挤入路表面的空隙中,造成水压力,轮胎通过后在轮胎的后方又形成负压,将空隙中的水吸出,这种挤入和吸出的反复循环,便形成了水力冲刷,使集料松散、掉粒、继而成为坑槽而造成路面破坏。
3 粘附性试验方法
3.1 水煮法
水煮法在我国应用非常广泛,适用于基质沥青、改性沥青、经过热处理的掺加抗剥落剂的沥青。大致步骤为:将集料置于105±5℃烘箱中1h,将沥青加热,将加热的集料颗粒浸入沥青45s后取出,挂于试验架上15min。将冷却的集料颗粒浸入保持微沸状态的水中,3min后观察沥青膜剥落情况。水煮法因为其判断结果是人为肉眼判断,故主观因素导致有时试验结果区分度不够大,很难判断两种外观接近的试验试件哪个粘附性能更好,并且没有建立与现场的相关关系。但水煮法亦具有试验时间短、设备简单、容易操作、沥青膜剥落情况直观明显等优点。
3.2 水浸法
水浸法是日本的标准方法,试验时选用20颗已用沥青拌和裹覆的石料,浸泡在80℃的恒温水槽中30min,然后评价沥青膜剥离面积的百分率。与水煮法相比,水浸法的温度恒定,没有人为因素;但水没有沸腾,完全处于静止状态,更缺乏水力的冲刷作用,所以要延长时间到30min来弥补。与水煮法一样,水浸法同样存在主观因素对剥落率的评价影响大的缺点。
3.3 光电比色法
光电比色法的基本原理是基于物质在光的激发下,对光波长的选择性吸收,而有各自的吸收光带,当已色散后的光谱通过某一溶液时,某些波长的光线会被溶液吸收,在通过溶液的光谱中出现相应的黑暗谱带。根据波尔定律,在一定的波长下,溶液中某一种物质的浓度与光的吸收效应存在一定关系,即有色溶液的吸光度与溶液的浓度、液层厚度成正比。光电分光光度计就是将透过溶液的光线通过光电转换器将光能装换成电能,从指示器上读出相应的吸光度,通过吸光度与浓度的关系曲线,可以得到原集料及裹覆沥青膜的集料在吸附试验后染料残留的浓度,并计算出原集料的吸附量,混合料剥落试验后的吸附量,以及沥青膜的剥落率。
光电比色法测得的粘附性指标完全量化,试验过程中人为因素影响较小。但是试验操作要求较高,试验数据普遍偏大,因为试验结果不仅包括了沥青自矿料表面剥落的百分率,也包括了沥青自矿料表面剥离但未剥落的百分率。
3.4 SHRP净吸附法
美国SHRP研究内容中,曾经报道过采用一种搅动水净吸附法测定沥青与集料的粘附性的方法。它是基于矿料表面对沥青有吸附作用,以及遇水后水对沥青膜的置换作用,即水使沥青膜剥落的特性,将一定粒级的集料放在沥青-甲苯溶液中一段时间进行循坏回流,则会有一部分沥青吸附到集料表面,之后,向沥青-甲苯溶液中加入一定量的水,让水对吸附在集料表面的沥青进行置换。这一系列的过程便会使沥青-甲苯溶液中沥青的浓度发生变化,利用光电分光光度计测定溶液的吸光度,即可计算出矿料对沥青的吸附量及加水后沥青的剥落量,以及计算出自矿料表面剥落的沥青剥落率或吸附率[6]。
这种方法不再使用染料示踪,直接用沥青-甲苯溶液中沥青浓度的改变来计算剥落率,误差小,外界干扰因素小,数据客观、重现性好。但是试验操作复杂,要求高,时间长,并且与现行规范没有联系。
由此可见,每种试验方法都存在自己的优点以及无法避免的缺点,相较而言,水煮法和水浸法属于半量化的试验方法,试验结果受人为因素的影响较大,但是试验操作简单,容易掌握;光电比色法和净吸附法属于量化的试验方法,试验结果受人为影响因素小,但是试验操作复杂。就我国目前的状况,水煮法和水浸法显得更易于接受及普及,将在很长一段时期内仍作为我国评价沥青与集料的粘附性的主要试验方法。
4 结论
(1)沥青与集料的粘附是一个复杂的物理化学过程,目前有力学理论、化学反应理论、分子定向理论、静电理论等四种理论可用来解释其粘附机理。但以上几种理论均是从沥青与集料粘附机理的某一个方面进行的解释,任何一种单独的理论都无法全面系统地解释沥青与集料的粘附性。
(2)影响沥青和集料粘附性的因素有很多,其中沥青、集料、水及荷载的影响更为显著。一般认为,沥青的酸性越大,与矿料的粘附性就越好;碱性较强,矿料表面的电荷密度越大的集料与沥青的粘附性越好;而水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥离的先决条件。
(3)沥青与集料粘附性的试验方法有很多,其中水煮法和水浸法属于半量化的试验方法,试验结果受人为因素的影响较大,但操作简单;光电比色法和净吸附法属于量化的试验方法,试验结果受人为影响因素小,但是试验操作复杂。
参考文献
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