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。     

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。     

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。     

乳化沥青-集料黏附性研究进展综述

乳化沥青-集料黏附性是影响乳化沥青混合料抗水损坏性能的主要因素，显著影响路面使用性能与长期性能变化。分析了乳化沥青-集料黏附性的机理、性能及提升等方面的最新研究，并基于目前的研究提出黏附性提升的建议与展望。     

不同岩性集料与沥青界面黏附机理研究

沥青-集料界面黏附性是保证沥青混合料力学性能的前提,而不同岩性集料与沥青的界面黏附性差异较大,在一定程度上限制了集料的选择范围。选用较为常见的6种不同岩性集料(石灰岩、安山岩、玄武岩、辉绿岩、片麻岩及花岗岩),采用水煮法分别评价了各集料与石油沥青的界面黏附性;利用XRD衍射试验定量表征各集料的化学成分,进一步分析了集料中化学成分与沥青-集料界面黏附性的关系;最后基于分子动力学模拟技术,计算了集料中不同氧化物与沥青界面的黏附功。本研究有助于深入认识不同岩性集料与沥青界面黏附性差异的本质原因,为路面工程中集料的优选提供参考。     

煤直接液化残渣对沥青-集料黏附性的影响

为评价煤直接液化残渣（Direct Coal Liquefaction Residue,DCLR）对沥青与集料黏附性的影响,基于表面自由能理论,以SK-90沥青为基质沥青,以石灰岩为集料,利用躺滴法分别测试不同DCLR掺量下（0%、2%、4%、6%、8%、10%,掺量表示DCLR与SK-90质量比,下文同）改性沥青在不同老化阶段（原样、短期老化以及长期老化）的表面自由能,计算不同老化阶段不同DCLR掺量下沥青的黏聚功,以及无水和有水条件下不同DCLR掺量的改性沥青在不同老化阶段与石灰岩之间的黏附功和剥落功,并采用黏附功、黏聚功之和与剥落功的比值作为水稳定性能评价参数来评价沥青-集料间的水稳定性能。试验结果表明：DCLR加入后,随着掺量的增加会提高沥青自身的重均分子量和极性基团含量,从而提高DCLR改性沥青表面自由能中的极性分量、非极性分量以及黏聚功;DCLR改性沥青-石灰岩之间的黏附功、水稳定性能等均随着DCLR掺量的增加而逐渐增加,说明加入DCLR并增加其掺量会显著提高沥青与石灰岩之间的黏附性和水稳定性能,但沥青的老化对DCLR改性沥青-石灰岩之间的黏附性及水稳定性能影响不大。     

考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料，其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性，采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics， MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析，模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用，并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性，并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强，但CaCO₃晶面各向异性明显，性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供，由于矿物界面静电作用及浸润特征，交互区水分子聚集，氢键作用明显，同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子，有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长，增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中，地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用，第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制，为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。     

集料表面能对热拌沥青混合料性能的影响

新破碎集料的表面能随储存时间而变化,在室外储存120d后,表面能达到最小,这种变化与集料的极性、水的吸附以及表面灰尘有关。该文对不同来源的集料与不同油源的沥青结合料间相互作用进行了研究,结果表明：新破碎集料使得沥青对水和交通共同作用更加敏感,但集料破碎后储存2～3个星期,其表面能会大大降低,从而降低沥青混合料的水敏感性。     

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。     

矿料表面电荷性质的研究与测试

本文以物理化学理论为指导，实验为基础，较详细地介绍了矿料遇水后，表面电荷的起因、表面电荷的性质和ζ电势的测定，从而说明沥青与矿料间的相互作用机理。     

细集料沥青混合料的微观形貌及界面黏附性能

为深入分析细集料沥青混合料的微观形貌及界面黏附性能,预防沥青路面水损害,综合利用扫描电镜及超景深显微镜分析集料表面、砂浆及细集料沥青混合料的微观形貌和界面失效形式;借助流变仪测试砂浆内部沥青-集料界面的相互作用力;利用改进的水煮法半定量评价混合料的吸附性能和剥落性能。低温时,提高测试温度,砂浆复数模量增大,沥青-集料相互作用不断降低;高温时,3种砂浆的复数模量结果相近。结果表明:细集料沥青混合料对温度和环境敏感性较强;钢渣沥青混合料的界面黏附性要比玄武岩和安山岩沥青混合料的界面黏附性好。     

基于表面能评价沥青-石料界面黏结性能的研究

沥青-石料的界面黏结性能直接决定了沥青混合料的强度、耐久性、稳定性等路用性能.根据表面能理论建立沥青-集料界面的黏附模型,通过黏附性模型计算了3种沥青与3种石料的黏附功,并以此为指标评价沥青-石料的界面黏结性能;然后通过室内石板材抗剪强度试验验证了表面能理论分析的正确性;最后利用灰关联理论分析黏附功、黏度、酸值、碱值等因素与抗剪强度的关联程度.结果表明:抗剪强度试验与表面能理论分析结果相一致;在众多影响因素中表面能理论指标黏附功与抗剪强度的关联性最好;进一步说明了表面能理论作为一种定量评价沥青-集料界面黏结性能的方法和标准是可行的.     

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。     

基于表面能理论的纳米改性沥青愈合性能研究

为了探究不同维度纳米材料对沥青愈合性能的影响，在基质沥青中分别加入纳米碳酸钙（CaCO₃）、多壁碳纳米管（CNTs）和纳米蒙脱土（MMT）,采用DSR的时间扫描模式以“疲劳-愈合”试验对沥青愈合性能进行评价，并分析愈合时间和损伤度对自愈合能力的影响。对各组沥青进行接触角试验，基于表面自由能理论计算表面能相关参数，从热力学角度分析纳米材料对于沥青愈合性能的影响。结果表明：CaCO₃对于损伤度较低的沥青愈合性能有显著的增强作用，MMT在高损伤度且愈合时间长的条件下对愈合能力具有较好的促进作用，CNTs对于沥青愈合性能影响较小。3种纳米材料均可提高沥青的表面能以促进沥青裂缝的界面进行主动愈合。此外，CaCO₃对沥青黏聚功提升效果最好，且沥青与砂岩间具有较好的黏附性。     

基于表面自由能的泡沫温拌沥青抗水损坏性能评价方法

沥青与集料间的黏附性不足是沥青混凝土路面水损坏的主要原因。通过室内发泡试验,探讨了泡沫沥青水分挥发规律,借助于视频光学接触角测量仪,采用淌滴法间接测量样品沥青在不同发泡阶段与两种不同岩性集料的表面自由能,提出以黏附功(Wadhesion,ij)与剥离功(Wwetadhesion,ijw)的比值ER作为泡沫温拌沥青混合料抗水损坏性能的定量评价指标,可为沥青黏附性评价提供方法借鉴。结果表明,沥青经过发泡处理后一定程度上提高了其抵抗水损害性能。     

基于原子力显微镜对沥青表面能的研究

基于表面能计算黏附功是目前评价沥青-集料黏附性的方法之一,传统计算方法基于材料表面物理化学与杨氏方程,利用已知液体与沥青接触角即可求得。该文利用原子力显微镜AFM对沥青进行力学性能试验,基于两种不同计算模式和Fowke理论求得沥青表面能,并与传统方法进行比较分析,结果表明:原子力显微镜在进行分析时基于JKR(S)理论可求得沥青表面能,其结果与传统方法计算的表面能结果更为接近,且与传统方法求得的表面能具有一定的规律性,可以作为新的表面能计算方法;采用原子力显微镜对不同沥青样品在同样的试验条件下进行分析比较时,人为影响小、精确度高、评价结果可靠,可作为新的计算沥青表面能试验方法。     

沥青表面处治技术性能影响因素研究

本文对影响沥青表面处治技术性能的原材料、粉尘含量、温度、水等因素进行了试验研究，结果表明原材料的种类对沥青表面处治技术性能有不同程度的影响，集料的损失百分率随粉尘含量的增加而变大，预拌集料可有效提高沥青表面处治的路用性能，温度对沥青表处技术性能的影响很大，沥青表面处治集料残留率随着浸水时间增加而降低。     

运用表面自由能理论分析沥青混合料水稳定性

根据表面自由能理论,采用Wilhelmy吊片法和吸附法,可以测得沥青与集料的表面自由能,从而可以计算得到沥青的粘结作用及沥青-集料间的粘附作用。计算结果表明：集料与沥青有一定的配伍性,通过这种方法可以确定沥青与集料的最佳组合;相对于沥青而言,集料具有亲水性;在水的作用下,沥青容易从集料上剥落;老化作用对沥青与集料粘附性影响较大。这些结论与沥青粘附性理论相一致,表明运用表面自由能理论来分析沥青混合料水稳定性是可行的。     

基于表面能理论的沥青与集料黏附性能评价

为定量分析沥青与集料的黏附性能,运用表面自由能理论,采用插板法对2种基质沥青(A-70~#、B-70~#)的表面能参数进行测试,采用蒸汽吸附法对5种集料(石灰岩、玄武岩、花岗岩、石英砂岩、破碎砾石)的表面能参数进行测试,并进一步计算出沥青-集料组合分别在无水、有水状态下的结合能以及表面能匹配性指标,并用表面能匹配性指标来评价不同沥青-集料组合的黏附性能,通过改进的水煮法试验加以验证,同时建立二者之间的联系。结果表明:表面能匹配性指标与改进水煮法的沥青残留率指标评价结果一致,5种集料的黏附性能从大到小排序依次为玄武岩、石灰岩、花岗岩、石英砂岩、破碎砾石,验证了表面能评价体系的可靠性,说明表面能法可作为定量分析沥青与集料黏附性能的试验方法;对表面能匹配性指标与沥青残留率的结果进行分析,发现二者具有良好的正相关关系,并以黏附性等级4级对应的沥青残留率为临界值提出2种沥青的表面能匹配性评价指标的技术要求。     

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。