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原文传递基于表面能理论的沥青与集料体系粘附性能定量表征技术研究

论文题名：	基于表面能理论的沥青与集料体系粘附性能定量表征技术研究
关键词：	道路工程;沥青-集料体系;粘附性能;表面自由能理论;柱状灯芯法
摘要：	沥青路面中普遍存在水损害问题，该问题引发的道路病害导致了沥青路面服役质量的降低，基础性养护成本的提高，极不利于道路工程的绿色、生态的可持续发展。其根本原因主要体现在沥青混合料的粘附性能及水稳定性较弱问题中，针对这一问题，本文以沥青路面抗水损害能力定量表征为目标，运用表面自由能理论对原材料进行粘附性评价并筛选原材料组合方式，为道路工程施工养护提供有力的理论依据及指导性建议。　　本文首先对沥青-集料体系原材料进行特性分析，其中包括有五种集料的矿物学及微观形貌特征分析，以及基质沥青的基础技术指标检测；运用接触角模型分析沥青在集料表面的扩展吸附行为，采用躺滴法和柱状灯芯法计算沥青与集料原材料的接触角；在集料接触角测试中，探究柱状灯芯法的影响因素后对试验操作步骤进行标准化制定，结合躺滴法测定得到的不同光滑程度的表面接触角，比较分析不同接触角测量方法的优劣；其次，基于表面能理论分析沥青在集料表面扩散吸附行为所产生的能量变化，通过沥青-集料体系粘聚模型、粘附模型以及剥落模型的建立，计算并分析体系的粘聚功、粘附功以及剥落功，结合工程水煮法、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验对沥青混合料进行粘附性能及水稳定性的测定，并运用熵权综合法对沥青混合料的抗水损害能力进行综合分析与评分；采用RBF神经网络模型对体系表面能参数进行优化选择，最后进行表面能参数的熵权法综合分析与评分；最终建立抗水损害能力综合评分与表面能参数综合评分的联系，并给出以表面能参数对抗水损害能力定量表征技术指标推荐值。　　通过以上工作得到的主要结论有：　　（1）沥青是由非极性碳氢化合物构成的非极性疏水材料，其表面能参数几乎不存在极性分量；集料表面能参数也主要由色散分量构成，其大小排序为：A类石灰岩＞B类石灰岩＞玄武岩＞辉绿岩＞花岗岩，其中，偏碱性的集料具有更高的表面能，即具有更高的吸附能力和平衡扩展压，易于沥青在表面的扩展和吸附；　　（2）五类集料的微观形貌参数中，粗糙度相对于形状因子和分形维数对抗水损害能力综合评分的关联度最高；五类岩石中SiO2含量与石英矿物呈正相关，与CaO含量呈负相关，其中与抗水损害能力综合评价指标最相关的是Si元素；　　（3）确定了柱状灯芯法的标准化试验步骤，以自由下落振实方式、垂直振实高度3cm、振实时间6min作为振实最佳状态，选择最佳石粉粒径范围为0.04~0.075mm，并确定氯仿-二碘甲烷-甲酰胺液体为最佳的测试液体组合；　　（4）通过工程试验水煮法、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验共同评价沥青与集料体系的抗水损害能力，并采用熵权法对各试验评价指标进行体系抗水损害能力综合分析，得到五类岩石的综合评分，排序为B类石灰岩＞玄武岩＞A类石灰岩＞辉绿岩＞花岗岩；　　（5）基于RBF神经网络模型优选集料与沥青体系表面能参数，发现对抗水损害能力起主导作用的是集料的表面能参数，其中以极性碱分量和色散分量为主，其次是由范德华力形成的VDW粘附功及剥落功；与抗水损害能力综合评分对比发现，评分排序为石灰岩gt;玄武岩gt;辉绿岩gt;花岗岩，变化趋势基本一致，验证了表面能指标替代工程水稳定性试验的可行性。
作者：	易昭
专业：	交通运输工程
导师：	李波;马伟中
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022