基于表面能理论的沥青-集料体系的粘附特性研究

基于表面自由能理论,采用接触角法测定2种沥青与4种集料的表面自由能参数,分别计算出各种沥青-集料体系的粘附功和剥落功,以表征沥青-集料体系的粘附性优劣;并采用冻融劈裂试验进行验证.结果表明:石灰岩集料与SK70改性沥青的粘附功最大,剥落功最小;花岗岩集料与SK基质沥青的粘附功最小,剥落功最大.此外,剥落功表征的沥青-集料体系的粘附性能与冻融劈裂试验表征的粘附性能基本一致;且沥青-集料体系的剥落功更能直观地定量评价沥青-集料体系的粘附性能.     

沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素

表面脱粒是沥青路面常见病害之一，会对沥青路面的耐久性和路用性能产生极大不利影响。为解决沥青路面脱粒预测和敏感性分析所需要的沥青-集料界面断裂能实测问题，本研究提出了摆式冲击试验的测试方法，通过对“集料-沥青-集料”试件施加横向剪切冲击荷载，使得沥青与集料界面发生破坏并测试其断裂能。研究中对温度、沥青种类、集料类型、水、矿粉等因素对沥青-集料界面断裂能的影响进行了分析，结果表明：沥青-集料界面断裂能可作为评价沥青-集料界面性能的指标，综合体现了沥青-集料粘附性能和沥青内聚性能，以及不同温度、荷载条件作用下沥青-集料界面的力学特性；温度对沥青-集料界面断裂能影响较大，随着温度升高沥青-集料界面断裂能呈现先上升后下降的趋势，且沥青与集料粘附性能逐渐提高，沥青内聚性能逐渐降低；SBS改性沥青和高粘改性沥青与集料的界面断裂能明显大于基质沥青，但两种改性沥青与集料的界面断裂能除峰值外差异不显著；集料类型对沥青-集料界面断裂能的影响不具有显著规律；在各个温度下水都会使沥青-集料界面断裂能发生衰减；在沥青中加入矿粉会使界面断裂能下降，基于沥青混合料性能的最佳粉胶比范围，并不一定对沥青-集料界面性能起到...     

基于表面自由能理论的温拌再生沥青-集料粘附特性

根据表面能理论,通过表面张力分析仪测试不同掺量新旧沥青和集料的表面自由能参数,分析温拌再生沥青表面自由能的变化规律以及温拌再生沥青-集料粘附特性。研究结果表明:再生沥青的表面自由能随旧沥青掺量增加而增大;温拌剂的添加改变了沥青的极性分量和Lewis酸碱作用力参数,改善了沥青的表面自由能,增强了沥青与石料的粘附能力;结合温拌条件下石灰岩、花岗岩2种石料粘附功之比以及水稳定性能试验结果,说明温拌剂的添加增强了沥青混合料粘附性能,从而改善再生沥青混合料的水稳定性能。     

有机蜡温拌沥青—集料界面黏附性及其混合料水稳定性能分析

为了研究有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性及其混合料水稳定性,基于表面自由能理论,利用躺滴法分别测试了无水及有水条件下有机蜡温拌沥青(Sasobit温拌沥青和RH温拌沥青)与集料(石灰岩和玄武岩)的表面自由能和黏附功,并通过冻融劈裂试验评价了混合料水稳定性能.结果表明:集料中的残留水分阻碍了沥青在集料表面形成沥青膜,降低了有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性;有机蜡温拌剂类型对沥青—集料界面之间的黏附性影响较小;与石灰岩相比,玄武岩由于表面自由能中的极性分量显著,SiO_2、Al_2O_3等主要化学成分与水化合成酸,可降低残留水分对沥青—集料界面黏附性的负面影响;有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附功与混合料的水稳性之间存在良好的线性正相关关系.     

沥青与矿料粘附性的测定方法

探讨采用粘附功试验表征沥青与矿料粘附性的可行性,以润湿-吸附理论为基础,讨论了沥青与矿料的粘附性与粘附力的内在关系;分析了沥青矿料表面润湿性能对界面粘结强度的影响,提出了以粘附功作为沥青与矿料粘附性的表征指标,设计了以沥青表面张力γ以及沥青在矿料表面接触面θ为基本参数的试验方法;最后对微观分析和水煮试验结果进行了比较.结果表明,粘附功试验表征沥青与矿料粘附性是可行的,试验数据精确,可达到0.01×10-3 N/m.     

赤泥沥青混合料动态响应与水稳定性提升

针对赤泥沥青胶浆遇水界面剥离导致的沥青混合料水稳定性不足问题,选用消石灰、水泥对其进行增强改性,通过沥青质量检测仪(QCT)、界面拉拔仪(PosiTest AT-A)、表面自由能测试仪、简单性能试验系统(SPT)与汉堡车辙仪(HWT),研究了原状赤泥以及改性赤泥对沥青胶浆流变学行为与界面黏附性的影响,通过表面自由能计算了沥青胶浆-集料界面的黏附功与剥离功,揭示了赤泥沥青胶浆-集料界面遇水后的强度失效机理,分析了赤泥沥青胶浆-集料界面的热力学演变规律,评价了沥青混合料的动态响应、高温抗车辙性能与水稳定性。结果表明:赤泥可以提高沥青胶浆的刚度并改善沥青胶浆的弹性;单纯使用赤泥作为填料制备的沥青胶浆抗水损害能力较弱,而加入消石灰可以明显提高赤泥沥青胶浆的黏结强度,从而改善赤泥沥青胶浆与集料界面的水稳定性;沥青胶浆-集料界面热力学黏附功与机械强度变化规律一致;赤泥替代石灰岩矿粉导致沥青混合料动态模量提高、相位角减小,加入消石灰进一步提高了沥青混合料的动态模量并降低相位角,但是水泥对赤泥沥青混合料的动态模量影响不大;赤泥可以提高沥青混合料干燥状态下的抗车辙能力,加入掺量(质量分数,下同)10%的消石灰进一步提高了沥青混合料的抗车辙能力;赤泥替代石灰岩矿粉严重影响了沥青混合料的抗水损害能力,通过消石灰物理改性可以提高赤泥沥青混合料的水稳定性。     

基于超声波的沥青--集料粘附性试验方法研究

对比试验了现有的沥青-集料粘附性,提出了运用超声波模拟动水压力作用下沥青从集料表面剥落的粘附性测试方法。从试验结果可以看出,这一试验方法可以较好地区分不同集料的粘附性能。集料的粘附性不仅与其岩性有关,还受到表面形态的影响。     

冻融循环条件下沥青混合料的损伤规律

为研究冻融循环作用对沥青混合料水稳定性的影响,基于表面自由能理论,分析了不同冻融循环次数下沥青-集料界面间黏附功与剥落功的变化情况,并对沥青混合料的水稳定性进行了评价;在此基础上,利用劈裂试验及Logistic模型进一步探究了沥青混合料的饱水程度与冻融作用对其水稳定性的影响.研究结果表明：随着冻融循环次数的增加,沥青的表面能及黏聚功降低,沥青-集料间的黏附功降低,剥落功升高,沥青混合料的水稳定性减弱;沥青混合料的空隙率随冻融循环次数的增加而增大,其劈裂强度降低;冻融过程中沥青混合料的饱和度越大,其损伤程度与损伤速率越大,当沥青混合料的饱和度大于50.00%时,冻融作用对沥青混合料性能的影响愈发明显,因此推荐沥青混合料的冻融劈裂试验在饱和度高于50.00%的条件下进行.     

基于沥青与集料界面粘附性的抗剥落剂的开发

为研究沥青与集料的粘附性，定量测定了沥青各组分与集料粘附性的大小。对沥青电性能、接触角、粘度与粘附性关系进行了探讨。研究了集料ξ电位、粒径对粘附性的影响。结果表明ξ电位值与粘附性有较好的相关关系，其值越大，粘附性越好；与大粒径集料不同，细集料粘附性似乎取决于表面积的大小，而与集料化学组成关系不大；从水煮处理花岗岩能提高粘附性现象出发，研制出抗剥落剂。该抗剥落剂处理集料表面能提高混合料水稳定性及高温稳定性，配制的改性沥青能极大提高沥青混合料高温性能。     

沥青黏结剂性能诊断与评价中的分子动力学模拟技术

为充分运用分子动力学模拟技术深入挖掘沥青黏结剂的结构组成及性能变化机制,从沥青黏结剂相容性特征、老化再生行为、界面粘附行为、自愈合行为等方面,系统地回顾与梳理了分子动力学模拟技术在沥青黏结剂性能评价中的关键要点、研究进程与发展前景.相容性特征方面归纳了沥青黏结剂物理-力学性能、热力学行为、分子结构特征的研究进展及其改性沥青相容性评价方法;老化再生行为方面介绍了老化和再生过程对沥青黏结剂性能的影响及其内在机理;界面粘附行为方面阐述了影响沥青-集料界面粘附行为的关键因素及其变化规律;自愈合行为方面凝练了沥青黏结剂在材料组成、自愈条件和不同损伤程度等影响因素下的自愈合特征.实践表明:分子动力学模拟技术能够有效分析复杂工况条件下沥青黏结剂性能的变化机理,能够对沥青黏结剂的微宏观性能进行预测分析,是从本质上探究沥青黏结剂微宏观性能演化规律的有效方法.     

生物柴油再生沥青胶结料性能

为研究生物柴油再生沥青胶结料的粘附性能与流变性能。通过三大指标和布氏黏度分析生物柴油对老化沥青常规性能的影响;采用车辙因子评价高温性能,疲劳性能通过线性振幅扫描试验（LAS）测试,并基于粘弹性损伤模型（VECD）对疲劳寿命预测;通过测试有机溶剂与沥青试样的接触角分析其粘附性。结果表明：生物柴油掺量2%~3%时,能有效恢复老化沥青的三大指标,2%掺量生物柴油可使老化沥青的黏度恢复至基质沥青水平;生物柴油的加入降低了沥青的高温性能,掺量越大沥青试样生物高温临界温度越低,但能显著提高沥青的疲劳性能,掺量达到2%时,路面产生 5%应变时的疲劳寿命约是基质的1.28倍,产生2.5%应变时约是基质的1.39倍。3%掺量生物柴油再生沥青与两种集料的界面粘附强度均大于基质沥青,其与玄武岩的粘附功达到65.69 mJ·m-2,与花岗岩的可达51.73 mJ·m-2。     

钢渣集料表面形貌对沥青吸收与黏附性能的影响分析

针对钢渣集料表面多孔、吸水率高、表面陈化裹附粉尘的问题，利用SEM扫描电子显微镜和荧光显微镜分别分析钢渣集料表面形貌和钢渣集料与沥青粘结界面结构，通过计算机断层扫描定量分析钢渣集料表面开口孔隙与沥青渗透深度的关系，研究钢渣集料与沥青拌和和浸渍后钢渣集料有效密度和沥青吸收率变化规律，并用滚瓶法试验来评价沥青与钢渣集料的粘附性能。试验结果表明钢渣集料表面存在独特的多孔结构和陈化产物层，而陈化产物层阻碍沥青与钢渣集料直接粘结，在界面处形成夹层结构，在动水摩擦作用下易导致沥青膜剥落。钢渣集料表面多孔结构对沥青只是部分吸收与填充，且与开口孔隙形状和大小存在较强依赖性，沥青渗透深度约为开口孔径的0.6倍。钢渣集料的吸水率和沥青吸收率具有很好的线性相关性，线性斜率约为0.39。与沥青拌和后，长期静置吸收沥青导致钢渣集料有效密度增加幅度小于0.5%。上述钢渣集料表面形貌特性可显著影响钢渣沥青混合料体积性能和抗水损害能力。     

沥青路面水损害研究综述

在我国,尤其是南方多雨地区,沥青路面水损病害严重危及行车安全性、舒适性与服役寿命。该文从沥青—集料界面粘附性能与路面结构水损害机理两个方面对沥青路面水损害机理研究进展进行了系统、深入的阐述,为沥青路面水损处治方式的进一步研究提供基础理论与参考。基于沥青—集料界面破坏理论与路面动水压力计算结果,寻求沥青路面水损害破坏薄弱环节,进行针对性的沥青混合料材料组成设计,探索路面水损害处治有效措施,是后续沥青路面水损害研究的关键所在。     

氧化石墨烯改性沥青与表面各向异性集料界面相互作用研究

在原子尺度上探究了干燥与水分入侵环境下氧化石墨烯(GO)改性沥青与表面各向异性集料界面黏附性能.采用分子动力学模拟方法研究了GO改性12组分沥青分别与典型弱碱性集料方解石和酸性集料α-石英的各向异性晶面的分子相互作用.在验证模型密度、热力学参数合理的基础上,以径向分布函数和相对浓度表征了沥青组分与GO在集料表面的分布和浓度情况.另外,计算体系黏附能分析了不同条件下GO改性沥青-集料界面黏附性能的差异.结果表明,GO分子由于其较大的比表面积和表面修饰活性位置,相比沥青其他组分大量聚集在沥青-集料界面之间,结合矿物不同表面原子密度和离子活性,无论是集料处于干燥状态或被水分入侵时,GO改性均显著提高了沥青与集料之间的黏附性能.由于Si原子在GO分子表面的高负载量,使得GO改性沥青与石英(一种酸性集料)比方解石(一种碱性集料)有更强的黏结强度.     

压剪耦合条件下沥青-集料界面粘脱滑移特征行为研究

为探求沥青与集料界面间的压剪断裂失效机制,在研发测试加载系统及分析原材料基本物性参数的基础上,通过制作沥青-集料三明治试件,开展了不同影响因素(集料粗糙度、沥青老化、环境温度及加载速率等)下沥青-集料界面的粘脱滑移特征行为研究,定量感知了沥青-集料界面的应力传荷与粘脱滑移过程,构建了沥青-集料界面的粘脱滑移本构模型.结果表明:增大粗糙度和法向应力与加快荷载速率能够提升界面抗剪能力与剪切抑制能;沥青老化在一定程度上能够提高界面抗剪强度,但降低了界面剪切抑制能;所构建的粘脱滑移本构模型能够表征沥青-集料界面在压剪耦合状态下应力变化三阶段特征.研究成果可为沥青混合料复杂力学行为的细观分析提供理论支撑,并为混合料结构参数的优化设计提供科学依据.     

消石灰提高集料与沥青粘附性的机理分析

文章分析了影响沥青与集料粘附性的因素,阐述添加消石灰使酸性石料表面形成一个碱性的表面电离层,以便与带酸性的沥青之间有强的结合,从而达到提高集料与沥青粘附性的目的.     

不同温拌剂对沥青性能的影响分析

为了研究自行研制的HH-X型温拌剂对沥青性能的影响,以我国常用的针入度、软化点、延度、粘度、粘附性、老化性等作为评价指标,对添加乳化型温拌剂HH-X、DAT和有机添加剂Sasobit 3种温拌剂的SBS改性沥青和90#、70#基质沥青性能的变化进行对比分析.结果表明:HH-X型温拌剂和对比样乳化型温拌剂DAT对沥青的针入度、针入度指数、延度、软化点和粘度影响均较小,而有机添加剂Sasobit对沥青的上述物理指标影响较大;HH-X型和DAT温拌剂可以显著增加沥青与酸性粗集料的粘附性,有机添加剂Sasobit对沥青与粗集料的粘附性有一定的负面影响;HH-X温拌剂对沥青老化有一定的延缓作用,即温拌技术能有效缓和沥青的老化,说明HH-X温拌剂可以改善沥青的化学性能.     

新型胺类抗剥落剂抗高温性能研究

胺类抗剥落剂可以很好地提升沥青与酸性集料间的粘附性,但常因高温环境下失活,限制了其使用,为此研发了一种新型胺类抗剥落剂,研究了不同抗剥落剂掺量下沥青老化前后的各项路用性能。结果表明：该胺类抗剥落剂能有效提升沥青与酸性集料间粘附性,在经170℃高温老化后依然表现出良好的活性,能显著提高沥青混合料的水稳定性,并对混合料的高低温性能有一定的改善效果,最终确定最佳掺量为0.4%。     

盐分对储盐沥青混合料性能的影响

为了评价盐分对储盐沥青混合料性能的影响,采用等体积置换方法制备了不同矿粉置换比例的储盐沥青混合料试件;使用车辙试验、低温弯曲试验和水稳定性试验,对溶析前后储盐沥青混合料性能进行了测试,并结合电子扫描电镜微观形貌图片,分析了盐分对储盐沥青混合料性能的影响机理。研究结果表明:储盐填料的加入显著降低了沥青混合料的高温性能和水稳定性,对低温性能也有一定影响,置换比例越大,影响程度越高,且盐分溶析过程加剧了其影响;储盐填料的加入破坏了集料的碱性环境,影响到沥青胶浆的粘聚力,进而影响沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能,因此需要采取一定措施改善储盐沥青混合料中沥青与矿料的粘附性。     

环氧沥青混合料细观尺度水损坏特性

基于细观尺度技术研究环氧沥青混合料(EA)早期水损破坏的力学特性,建立集料-黏结界面-沥青砂浆平面细观力学有限元模型.引入内聚力模型(CZM)对集料与沥青砂浆界面进行离散,模拟EA在水分渗透过程中集料与沥青砂浆界面裂缝的萌生、扩展直至失效的过程,分析载荷与水分耦合作用下EA出现集料剥离与裂缝的力学特性.研究表明:EA的力学响应受材料含水率的影响很大,剥落主要发生在体积较大且形状不规则的集料周围;材料含水率增加会加剧沥青混合料水损破坏的程度,集料剥离呈快速增大趋势;集料四周薄弱界面区域内的沥青砂浆在受力上最为不利,极易出现水损病害.集料体积特征对EA水损破坏存在较大的影响,应控制过粗集料在混合料中所占比例.