基于表面能理论的改性沥青-集料界面黏结性

为系统探究沥青特性、集料岩性及老化条件对沥青-集料界面黏结性的影响，选取SK-70号基质沥青、胶粉改性沥青、SBS改性沥青(两种掺量)、高黏改性沥青共5种沥青，选用石灰岩、玄武岩2种集料，测量各沥青与集料的表面能参数，计算得到各体系黏附功、剥落功及能量比ER值，分析得到沥青-集料黏结性规律。结果表明：5种沥青在干燥条件下与石灰岩之间的界面黏附功均要大于玄武岩，且集料种类对黏附功的影响要大于沥青种类的影响。改性剂的加入可以提高沥青-集料的界面黏附性与抗水损坏性能，且SBS改性沥青、高黏改性沥青与集料的黏附性最优，胶粉改性沥青与集料的黏附性次之。老化效应降低了沥青与集料的黏附功和ER值，削弱了沥青-集料界面的抗水损害性能；高掺量SBS改性沥青由于聚合物的部分降解使其浸润性得到一定恢复，较普通改性沥青(胶粉与高黏剂)表现出更好的黏附性。     

SBS改性沥青RTFOT老化黏附性量化评价方法研究

为了研究沥青老化对黏附性的影响,并实现量化评价,从而改善传统水煮法试验只能定性分析的不足,通过延时RTFOT试验对SBS含量为5%的改性沥青模拟不同时间的热氧老化,采用光电比色法计算了不同老化时间的SBS改性沥青与3种集料的黏附率,分析了沥青老化对集料黏附性的影响。采用表面自由能理论研究了SBS改性沥青老化后接触角、表面自由能及其分量的变化规律。并通过烘箱加热法试验研究了SBS改性沥青混合料短期老化和长期老化后水稳定性的变化规律。研究表明:随着老化时间的延长,SBS改性沥青与集料的黏附率会逐渐降低,不同集料在同等情况下与老化后的SBS改性沥青黏附性强弱依次为:石灰岩、玄武岩、闪长岩;SBS改性沥青与测试液体间的接触角变大,表面自由能及其色散分量、极性分量均呈现降幅先大后小的下降趋势,在老化360 min后,其表面自由能、色散分量和极性分量分别下降了21.5%,14.5%,78.2%;光电比色法和表面自由能理论的试验结果一致,表明采用这两种方法进行SBS改性沥青老化后黏附性量化评价是准确合理的;随着老化时间延长,SBS改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比逐渐下降,即老化降低了沥青混合料的水稳定性,这也再次证实了本研究的SBS改性沥青黏附性量化评价结果是准确有效的。     

基于表面能理论的TLA改性沥青混合料抗水损害性能研究

叙述了悬滴法沥青试件、集料试件的制备方法,采用悬滴法测试已知液体与沥青、集料的接触角,得到6种TLA掺量改性沥青、3种集料的表面能参数;计算沥青-集料(-水)的黏附功,评价TLA改性沥青混合料的水稳定性和水敏感性,进而采用配伍比参数评定沥青混合料的抗水损害性能。研究表明:在无水条件下,沥青与集料界面黏附功均为正,表明沥青与集料的黏附能够自发地进行;随着TLA掺量的增大,沥青与3种集料的界面黏附功均增大;石灰岩与沥青的黏附功最大,表明其与沥青的黏附强度最大,水稳定性最好;玄武岩次之,花岗岩最小;随着TLA掺量的增大,TLA改性沥青与已知液体的接触角均降低,沥青-集料-水界面黏附功降低,沥青混合料水敏感性降低,TLA改性沥青与集料的配伍比增大,混合料抗水损害性能增强;推荐90#基质沥青的TLA适宜掺量为20%~40%。     

热氧老化对沥青与集料界面黏附性的影响

为了探索热氧老化对沥青与集料界面黏附性的影响程度，分别对常用的基质沥青、SBS改性沥青、橡胶粉改性沥青进行短期老化和压力老化试验，通过红外光谱分析不同沥青老化过程中化学结构的变化，以光电比色法和拉拔试验探究不同老化状态下沥青与不同岩性集料界面黏附性的演变趋势。试验结果表明：老化导致了沥青中不饱和化学键断裂和极性含氧官能团生成，提升了沥青中极性组分与水分子的缔合能力；热氧老化导致沥青与集料之间的黏附性下降，对改性沥青影响更为明显；经长期老化后，沥青与集料之间的黏附性大幅降低，对石灰岩集料与沥青的黏附性影响较敏感。     

基于表面能理论的破碎砾石沥青混合料水稳定性定量分析

为利用表面能理论定量分析研究破碎砾石沥青混合料的水稳定性,采用蒸气吸附法测试破碎砾石样品在20℃条件下的表面能参数,采用插板法测试20℃、4种不同掺量(0%,0.2%,0.4%,0.6%)抗剥落剂沥青的表面能参数,进而计算了破碎砾石与不同掺量抗剥落剂沥青的结合能以及水稳定性的表面能评价指标。在此基础上进行了破碎砾石沥青混合料的水稳定性定量分析及排序,一方面从表面能角度研究了抗剥落剂对破碎砾石与沥青黏附性改善的微观机理,另一方面通过严格控制破碎砾石材料、级配、油石比等始终保持一致,进行了抗剥落剂掺量分别为0%,0.2%,0.4%,0.6%的破碎砾石沥青混合料马歇尔试验(包含浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验、冻融劈裂试验)验证。研究结果表明:(1)破碎砾石的表面能参数由极性碱分量主导;(2)抗剥落剂的掺加能够降低沥青的表面能,进而增加沥青对集料的润湿性;(3)掺加抗剥落剂对破碎砾石与沥青之间的黏附性改善主要体现为降低沥青自身的内聚能进而增加其对集料的润湿性,以及提高沥青的表面能酸分量进而增加其与集料的黏附结合能两个方面;(4)破碎砾石沥青混合料水稳定性的微观表面能评价指标与宏观性能试验指标的排序相同,由此论证了表面能体系用于破碎砾石沥青混合料水稳定性定量分析的准确性。     

基于表面能理论的花岗片麻岩沥青混合料水稳定性能研究

花岗片麻岩作为一种酸性集料与沥青的黏附性较差,通过在70号基质沥青中掺加抗剥落剂提高花岗片麻岩与沥青的黏附性,达到改善沥青混合料路用性能的目的。为了从微观角度确定花岗片麻岩沥青混合料抗剥落剂最佳掺量,分别利用静滴法和插板法测量集料和沥青的表面能参数,通过计算表征集料与沥青黏附性好坏的指标ER,确定抗剥落剂最佳掺量为0.4%;通过沥青混合料水稳定性的试验验证花岗片麻岩沥青混合料水稳定性与抗剥落剂掺量之间的关系,与表面能试验结果一致,在抗剥落剂掺量为0.4%时,水稳定性最好。因此,从微观角度确定了抗剥落剂(非胺类AMRⅡ型)的最佳掺量为0.4%。     

高黏改性沥青的低温性能及黏附特性研究

高黏沥青的低温与黏附特性是保证透水沥青路面服役功能的关键性能。为准确表征高黏改性沥青的低温抗裂与黏附性能,采用劲度模量、m^-值、综合柔量参数J_c对比评价了高黏沥青的低温松弛与黏弹特性。基于表面能(SFE)理论开展了高黏沥青、集料的接触角试验,以黏附功、剥落功、能量比为指标评价了高黏沥青-集料体系的黏附特性与水稳定性。从微观尺度进行原子力显微镜(AFM)试验,分析高黏沥青的形貌特征及粗糙状况,结合微观黏附力描述其黏附特征。结果表明：大掺量高黏改性剂导致沥青的黏性成分减小,松弛能力降低,低温性能大幅降低,J_c值、劲度模量和m^-值表现出一致性规律;SBS与HVA-U的复合改性作用大幅改善了沥青的黏附性能,但相对降低了沥青-集料体系的水稳定性;高黏沥青的AFM高度图呈现数量多、尺寸小、高度差小的蜂状结构,其微观黏附力与黏附功具有强相关性。     

长期高温多雨环境下沥青与集料黏附性衰减规律研究

选用2种沥青及3种集料，对单个集料进行不同时长的改进水煮法试验，对松散沥青混合料进行不同时长的改进ASTM D3625水煮法试验。通过扫描电镜试验、能谱分析试验分析集料表面构造和化学成分；通过高温接触角试验，获取拌和温度下集料与沥青的接触特性。结合质量法和图像法，分析沥青-集料的剥落率，探究在长时间高温水煮条件下的沥青-集料黏附性的衰减规律。结果表明：石灰岩与沥青的黏附性最好，砂岩最差；采用SBS改性沥青可有效增加与集料的黏附性，降低沥青-集料黏附性的衰减；水煮时间增长，使用Si元素含量越高、接触角越大的集料，沥青-集料黏附性越差；仅通过水煮样品3分钟来评价样品的黏附性不准确，延长水煮时间并结合质量分析方法可更真实地表征黏附性变化；对长期高温多雨地区，推荐使用石灰岩和SBS改性沥青来提高沥青混合料的抗水损害能力。     

基于表面能的沥青黏附机理与评价

湿热环境作用下沥青-集料界面的黏附性破坏,是路面结构损害的重要成因;而沥青和集料的表面能与界面黏附性能密切相关。用载玻片替代集料进行试验,根据表面能理论,利用接触角测量仪测定两种沥青和两种集料的接触角,通过接触角计算出各个集料的表面能,最后算出沥青-集料的黏附功,用黏附功来表征沥青-集料的黏附性;接着模拟湿热环境对沥青-集料的影响,用偏光显微镜对剥落部分进行拍照,用Image-Pro Plus(IPP)软件计算得出剥落率来评价沥青-集料的黏附性。结果表明:表面能理论分析和用IPP软件计算出来的结论一致,更能说明表面能理论中的黏附功可以用来评价沥青-集料界面黏附性能。     

抗剥落剂和纤维对热(温)再生沥青混合料水稳定性及抗裂性能的影响

为了改善高RAP掺量热再生和温再生沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性及抗疲劳耐久性,基于沥青表面能测试和黏附功计算,研究了老化沥青、温拌剂、纤维、抗剥落剂对沥青-集料黏结强度的影响,进而采用车辙试验、低温弯曲试验、冻融循环试验和四分点加载疲劳试验研究了纤维和抗剥落剂对热再生混合料路用性能和抗疲劳耐久性的影响,并揭示了纤维和抗剥落剂对热再生混合料水稳定性和低温抗裂性能的影响机理。研究结果表明,导致热再生和温拌再生水稳定性较低的原因是沥青老化后表面能的降低,掺加温拌剂降低了沥青的表面能,降低了沥青-集料界面的黏结强度;掺加抗剥落剂、纤维剂纤维与抗剥落剂复合改性剂可显著改善沥青表面能、增大沥青与集料之间的粘附功,提高沥青与集料之间的粘附性;将抗剥落剂与纤维复配可显著改善热(温)再生沥青混合料的低温性能,纤维与抗剥落剂不仅显著提高了热(温)再生混合料的劈裂强度和水稳定性,也延缓了冻融循环作用下热(温)再生混合料劈裂强度的衰变历程;掺加抗剥落剂、纤维剂纤维与抗剥落剂复合改性剂均可显著改善热(温)再生混合料的弯曲劲度模量和抗疲劳寿命,,纤维与抗剥落剂复合改性热再生混合料的各项路用性能均满足规范要求,建议优先采用玄武岩与抗剥落剂复配方案来改善高RAP掺量热(温)再生混合料的耐候性。     

采用表界面张力理论解析油石粘附效果影响因素

基于材料固-液粘附表界面张力基本理论，采用沥青与矿料界面上的粘附功表征二者粘附效果，分析影响油石粘附效果的影响因素，对盘锦#90沥青，SBS，SEBS，SEAM改性沥青，在不同条件下的表面张力及沥青与花岗岩、玄武岩、石灰岩矿料在不同条件下的接触角进行测试，并对粘附功进行计算。结果表明:混合料制备温度升高，沥青的表面张力降低，油石粘附效果降低；矿料含水或者矿料表面存在浮尘污染后，沥青与矿料的接触角增大，油石粘附效果显著降低；SEBS改性沥青的表面张力最大，沥青与石灰岩矿料的接触角最小；SEBS改性沥青与石灰岩矿料在160℃条件下粘附功最大，油石粘附效果最优。     

沥青混合料耐盐溶液浸蚀性能研究

通过测定盐溶液浸蚀条件下的沥青与集料粘附性、沥青混合料残留稳定度、冻融劈裂等试验,对比分析了不同沥青种类和不同盐溶液浓度对沥青混合料材料水稳定性的影响,并结合化学-力学耦合理论分析了盐分对沥青混合料侵蚀机理。实验结果表明,SBS改性沥青与集料的粘附性及耐盐浸蚀性能明显优于普通道路石油沥青,在沥青中预拌消石灰对改善粘附性作用不明显;Na2SO4溶液对沥青与集料粘附性的浸蚀作用大于NaCl溶液;沥青与集料粘附性破坏属于化学-力学耦合损伤效应;沥青混合料随空隙率的增大,稳定度和残留稳定度降低,但流值变化规律不确定;初始的内部缺陷和损伤会导致沥青混凝土冻融劈裂抗拉强度的较大幅度降低。     

不同岩性细集料对沥青混合料路用性能的影响研究

分别采用玄武岩细集料及石灰岩细集料和玄武岩粗集料制备两种不同的AC-13C改性沥青混合料，以及分别采用花岗岩细集料及石灰岩细集料和花岗岩粗集料制备两种不同的AC-25C普通沥青混合料，对两组不同岩性的沥青混合料进行室内路用性能试验，分析两种不同岩性细集料对沥青混合料性能的影响。结果显示:粗集料为玄武岩时，用石灰岩细集料代替玄武岩细集料，能够提高混合料的水稳定性和高温稳定性；粗集料为花岗岩时，用石灰岩细集料代替花岗岩细集料不利于混合料的水稳定性和高温稳定性。     

抗剥落剂对花岗岩沥青混合料水稳定性的影响

通过粘附性试验、冻融劈裂试验、加速老化-冻融劈裂试验和汉堡车辙试验综合评价了胺类抗剥落剂、非胺类抗剥落剂和石灰对沥青混合料水稳定性能的影响。试验结果表明:1)相比于胺类和石灰抗剥落剂,添加非胺类抗剥落剂的沥青膜完整,能显著改善沥青与酸性集料间的粘附等级;2)非胺类抗剥落剂不仅能提高沥青混合料的抗水损害能力,还能增强其抗老化性能和抗车辙性能。     

掺水泥花岗岩沥青混合料的性能研究与应用

在公路建设中使用酸性集料铺筑沥青路面,必须掺加抗剥落剂来增强与沥青的粘附性。文章通过马歇尔残留稳定度试验、冻融劈裂强度试验以及高温车辙试验,对酸性花岗岩掺加水泥沥青混合料路用性能与未掺加抗剥落剂碱性石灰岩沥青混合料的性能进行对比研究,表明掺水泥抗剥落剂的花岗岩沥青混合料的性能完全满足规范要求,可应用于公路建设中。     

SBS改性沥青性能及老化的影响

为了研究SBS改性沥青的性能以及老化对性能的影响。采用SHRP指标对2种改性剂、3种基质沥青组合的改性沥青在不同老化状态的高、低温性能进行了研究,试验结果表明改性沥青经老化后,高温性能提高,而低温性能有好有差。取决于改性沥青组合及其相容性,而且线型和星型SBS改性剂在改善效果上不存在孰优孰劣,基质沥青是影响改性沥青效果和相容性的重要因素。     

沥青与集料粘附性评价方法对比

现行评价集料与沥青粘附性好坏的水煮法主观性大,导致产生的误差大。采用4种试验方法分别对石灰岩、砂岩、花岗岩和玄武岩与沥青的粘附性进行试验,比较每种试验方法测得沥青剥落率的大小。试验表明,NAT法能较好评价沥青与集料的粘附性。     

抗剥落剂对沥青及花岗岩集料沥青混合料性能的影响

为研究酸性集料花岗岩作为沥青混合料用集料的应用潜力,制备添加抗剥落剂的沥青胶浆和基于花岗岩集料的沥青混合料。基于表面能理论和红外光谱试验（FTIR）,分析沥青与酸性集料的黏附机理,探究沥青与抗剥落剂的化学组成。采用车辙因子、疲劳因子、残留稳定度、劈裂强度比等评价指标,研究抗剥落剂对沥青及混合料路用性能的影响。结果表明：抗剥落剂能改善沥青的高温稳定性和中温抗疲劳性,提高沥青混合料的水稳定性,且抗剥落剂与沥青是物理共存反应;接触角试验的结果定量反映不同集料与沥青的黏附性差异;细集料类型对沥青混合料的水稳定性影响极大,选择石灰岩作为细集料有利于提高花岗岩沥青混合料的水稳定性。     

TLA改性沥青与石灰石、方解石的粘附性试验

TLA改性沥青与石灰岩、方解石的粘附性试验表明：TLA改性沥青与石灰岩、方解石的粘附性均为5级。方解石属于软石,对于石灰岩中纯净的方解石应通过人工挑选的方法加以清除,对于夹杂有方解石的石灰岩应严格控制石灰岩中方解石的含量。