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原文传递水气作用下沥青-集料黏附性衰减行为研究

论文题名：	水气作用下沥青-集料黏附性衰减行为研究
关键词：	沥青混合料;气态水;黏附性能;衰减机理;微观形貌;路用性能
摘要：	水损害是沥青路面主要病害之一，其病害成因在于水分子进入沥青或者沥青-集料界面，在车辆荷载、温度等进一步作用下，沥青与集料的黏附性降低。沥青与集料的黏附性直接影响沥青混合料的宏观水稳定性。目前针对液态水如何影响沥青-集料的黏附性能，国内外学者已开展大量的研究，而关于气态水对沥青-集料黏附性能的影响研究，尚显匮乏。因此，本文以气态水作为影响因素，开展沥青与集料的黏附性试验，定量评价水气对沥青-集料黏附性的影响程度，并从沥青表面微观形貌角度对水气导致沥青-集料黏附性能衰减的机理进行探究。本文主要研究内容及成果如下：　　（1）明确了改进的拉拔试验试件的制作工艺，以及沥青膜厚度、集料粗糙度的控制方法。采用数值模拟的方法确定拉拔试件的养生时间为4个月。通过拉拔试验对沥青-集料施加垂直于沥青层的正应力，以拉拔强度和沥青剥落率定量描述不同水气浓度下沥青与集料的黏附性。试验结果表明，随着水气浓度的增加，沥青与集料黏附性逐渐降低，且高湿状态下黏附性下降尤为明显。当水气浓度逐渐增加时，沥青-集料界面破坏形式由内聚破坏向黏附破坏转变。　　（2）基于表面能理论，采用静滴法测试不同水气浓度养生后的沥青表面能，采用蒸气吸附法测试干燥条件下的集料表面能，并结合相关理论计算得到不同水气浓度下集料的表面能。结合GvOC表面能理论模型获得不同水气浓度下沥青内聚能和沥青-集料黏附能。试验结果表明，沥青表面能参数基本不随水气浓度变化而变化；集料是一种湿度敏感型材料，随着水气浓度的增加，集料表面能迅速下降。干燥条件下，沥青-集料黏附能大于沥青内聚能；随着水气浓度的增加，黏附能逐渐降低，最终小于沥青内聚能，该结论解释了沥青-集料破坏类型转变的机理。结合拉拔试验参数，发展了一种联合拉拔试验与表面能试验的沥青-集料黏附性多指标评价方法。　　（3）采用原子力显微镜观测并获取不同水气浓度下沥青表面微观形貌。使用图像处理软件统计沥青表面“蜂状结构”数量，利用NanoScopeAnalysis软件提取沥青“蜂状结构”的波高和微观表面粗糙度。试验结果表明，沥青表面微观形貌与沥青自身的化学组成关系十分密切。SBS改性沥青的“蜂状结构”数量与粗糙度高于70#基质沥青，随着沥青养生环境湿度的增加，“蜂状结构”数量与微观表面粗糙度均下降，表现为沥青与集料的黏附性下降。对沥青表面微观粗糙度与黏附性进行相关性分析，进而从沥青表面微观形貌角度揭示水气作用下沥青-集料黏附性衰减机理。　　本文主要对沥青和集料开展试验，分析不同水气浓度下沥青-集料黏附性变化趋势，联合沥青-集料拉拔试验与表面能试验对沥青-集料黏附性能定量表征。同时，采用原子力显微镜技术，探究水气作用下沥青表面微观形貌的变化，进而揭示水气导致沥青与集料黏附性衰减的机理。
作者：	王伟
专业：	道路与铁道工程
导师：	Robert L.Lytton
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022