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原文传递基于表面能理论的沥青--集料界面黏附特性研究

论文题名：	基于表面能理论的沥青--集料界面黏附特性研究
关键词：	表面能;界面黏附;黏附功;剥落功;匹配指标;灰关联;水稳定性
摘要：	沥青与集料黏结不佳，易导致沥青路面产生水损害，强度及低温抗裂能力下降。沥青、集料的品质及两者之间较强的黏结力是保证沥青路面质量的前提，现行规范方法对黏结力表征定量不准确，已有研究成果未成标准难以推广使用。本文以表面自由能理论为基础，建立了沥青-集料的界面黏附本构方程及剥落本构方程，提出了两种测定沥青及集料表面自由能的方法，得到了黏附性评价参数，并采用规范方法对比验证，进行了综合原材料及表征方法的影响因素显著性分析，提出并验证了改善沥青-集料界面黏附力的措施，取得的主要结论如下: 　　首先，通过沥青的常规指标、性能分级、化学组成及元素分析等技术手段，得到了沥青的胶体指数、老化指数及各元素(C、H、N、S、O)含量，并基于组分含量对试验用沥青进行了胶体体系稳定性评价和黏附性分类;通过岩矿分析和化学组成分析，得到了5种石料的酸碱性量化数据，考察了石料表面的矿物分布情况。结果表明，OR50、OR70、OR90属于第Ⅱ类沥青;同品牌沥青的四组分亦不相同，不同品牌沥青的组分差距较大;不同品牌沥青的S元素含量相差可达10倍;老化后沥青的轻质组分及胶质部分挥发或转变为沥青质;不同集料的微观构造不同且矿物晶体分布极其复杂，造成了与沥青黏附时的界面复杂性。　　第二，基于表面能理论建立了沥青-集料界面黏附本构方程及剥落本构方程，提出了两种测定沥青及集料表面自由能的方法，得到了黏附功、剥落功及匹配性指标ER1、ER2，验证了表面能理论方法的可行性。结果表明，水的表面能较沥青大且与集料吸附能力强，容易破坏沥青-集料的界面黏附;沥青、集料的表面能极性分量均与黏附性呈正相关;黏附功仅能表征干燥无水状态下沥青-集料的界面黏附性，以其直接表征界面黏附性优劣具有局限性;剥落功考虑了水的作用，较黏附功与水稳定性的相关性更好;经水浸法对比验证，表面能理论方法可行且可靠，匹配指标ER1可用于评价沥青-集料的界面黏附性，匹配指标ER2可用于评价沥青-集料的配伍性。　　第三，以高温法为基础，对比分析了表面能理论法的影响因素。结果表明，温度升高，沥青与集料的接触角减小，润湿速度加快;老化后沥青黏度增大，黏附性能并不都增大，黏度并不是影响黏附性的唯一因素;老化降低了沥青的总表面能，增大了与集料的剥落功，增大了沥青路面产生水损害的可能性;基质沥青的黏度及胶体指数指标与界面表征参数的相关性较好，而聚合物的加入改善了黏附性，SBS改性沥青与基质沥青不能归为一个规律模式。　　第四，通过固定单一因素的试验方案设计，考察了原材料性质及老化对水稳性的影响，基于灰关联方法对比分析了水稳定性影响因素的显著性，提出并验证了改善沥青-集料界面黏附力的措施。结果表明，沥青混合料加速老化对沥青混合料冻融劈裂试验结果影响规律不明显，只能探讨某个影响因素的显著性差异，而无法建立一个统一的模型公式;原材料中沥青的性质与水稳定性的关联度大于集料的化学性质;沥青性质中的胶质含量相关性最好，集料化学性质中的SiO2含量相关性最好;石灰浆处理集料主要是改善其表面化学特性，增加与沥青间的化学吸附力;添加抗剥落剂主要是增加沥青的极性，提高集料的憎水性，进而提高沥青-集料界面黏附性。
作者：	李永振
专业：	交通运输工程
导师：	王林;申全军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022