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原文传递静滴法测试沥青与集料表面能的误差分析及优化方法

论文题名：	静滴法测试沥青与集料表面能的误差分析及优化方法
关键词：	沥青混合料;表面能;静滴法;误差分析;路用性能
摘要：	沥青与集料的黏附性直接关系到沥青混合料的疲劳寿命、自愈合能力以及水稳定性等路用性能。采用表面能理论量化沥青与集料黏附性的基础是准确测量沥青与集料的表面能。沥青与集料表面能测试方法中，插板法与蒸气吸附法虽有自动化程度高、结果准确的优点，但仪器价格昂贵使得试验资源稀缺。相比之下静滴法可分别用于测试沥青与集料的表面能，简单易行，价格适中，可用于推广普及表面能理论在沥青混合料性能评价中的应用。但是静滴法试验的准确性不足：试验误差来源多，使得沥青表面能结果与插板法存在差异；对集料表面纹理的改变使得集料表面能测试结果与蒸气吸附法存在差异。　　对此，本文聚焦提升静滴法测试沥青与集料表面能的准确性，以降低与插板法、蒸气吸附法的结果差异为目的。对沥青静滴法图像拍摄阶段、接触角测量阶段的误差来源进行分析与改进，提出一种优化的针对沥青的静滴法。探究表面纹理对表面能的影响规律，建立表面纹理与表面能的关系模型，并据此提出一种基于静滴法的测量集料原始表面纹理条件下表面能的方法。基本实现了采用静滴法“一仪两用”的目标，为表面能理论的推广应用，降低成本提供了试验基础。主要研究的成果如下：　　（1）明确了沥青静滴法图像拍摄阶段两个误差来源为试剂液滴的剂量大小与液滴-沥青的接触时间。通过控制变量试验得到四种沥青与三种试剂接触角随试剂剂量、测试时间的变化规律。明确三种试剂的最佳测试剂量分别是：蒸馏水液滴体积≤2μL、甲酰胺液滴体积≤1μL、乙二醇液滴体积≤2μL。三种试剂的最佳测试时间，以试剂与沥青接触落下的瞬间开始计时，应该不超过20s；　　（2）明确了沥青静滴法接触角测量阶段误差主要来源于图像中的多余阴影、干扰噪声，以及不够合理的轮廓拟合方法。发展了一套采用图像处理技术对液滴图像进行降噪处理、提取轮廓的流程，并提出一种分段拟合测量接触角的方法。将改进前后针对沥青的静滴法试验结果与插板法进行比较，验证了改进静滴法可以显著降低两种试验方法的结果差异；　　（3）将改进的针对沥青的静滴法试验参数以及图像处理、拟合方法应用于集料。沿用沥青试验中蒸馏水、甲酰胺、乙二醇三种试剂的剂量规定与图像处理、拟合方法。进行集料的时间对接触角的影响试验，得出集料静滴法图像获取的最佳时间范围：蒸馏水的测试时间在10~30s之间，甲酰胺和乙二醇的测试时间在20s以后；　　（4）采用AIMS测试磨平处理后不同粗糙度集料的表面纹理，分别采用改进静滴法、蒸气吸附法测试集料表面能，探究表面能与表面纹理的关系。结果发现：接触角随表面纹理指数的增加而减小；表面能随表面纹理指数的增加而增加。采用指数函数进行拟合，拟合优度都达到了0.95以上，据此建立了表面纹理对表面能的影响关系指数函数模型；　　（5）根据表面纹理与表面能的关系，发展了一种基于静滴法准确测量集料原始表面纹理条件下表面能的方法。采用花岗岩、辉绿岩、玄武岩、石灰岩四种集料进行验证，拟合算得的表面能与蒸气吸附法测得表面能的差异率在16%以下。说明采用此方法得到的的集料表面能结果精度达到了84%以上，可以用这种方法代替蒸气吸附法。
作者：	罗晶
专业：	道路与铁道工程
导师：	罗蓉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021