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。     

矿物性质对沥青黏附性影响的分子模拟研究

现有基于分子模拟的沥青-集料黏附性研究通常忽略了矿物表面性质对沥青-集料黏附性的影响。针对这一问题，基于两种不同的表面悬键补偿方式构建了具有不同表面性质的Si O2及Al2O3矿物模型，从矿物表面电荷和矿物表面基团两个角度探究矿物表面性质对沥青-集料黏附性的影响。分子模拟结果表明，矿物表面原子及其电荷决定了沥青与矿物间的静电相互作用，同时影响沥青分子的分布及空间构型。此外，矿物表面羟基化对沥青-矿物模型的总结合能影响较小，但能够显著提高沥青与矿物模型间的范德华相互作用，同时显著降低二者间的静电相互作用。     

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。     

同步碎石封层粘结性能实验研究

为了评价不同类型的同步碎石封层集料与碎石的粘结性能,实验拟通过在不同温度下对橡胶沥青碎石封层、SBS改性沥青碎石封层、SBR改性乳化沥青碎石封层进行拉拔实验。实验结果表明:在5种温度下,橡胶沥青碎石封层拉拔强度较大,SBS改性沥青碎石封层次之,SBR改性乳化沥青碎石封层最小。     

薄层罩面沥青胶结料性能试验研究

为薄层罩面实际工程选择适宜的沥青胶结料及专用改性沥青的开发研究,选用4种常用的沥青(高黏沥青、橡胶沥青、SBS改性沥青、橡胶粉/SBS复合改性沥青)进行针入度、软化点、延度、布氏黏度、弹性恢复、动态剪切流变、沥青黏附性等试验,对比分析4种沥青路用性能。研究表明:参考《公路沥青路面施工技术规范》与NovaBinder标准进行选材时高黏沥青与复合改性沥青适宜于薄层罩面;除温度敏感性和与集料黏附性外路用性能皆为高黏沥青复合改性沥青SBS改性沥青橡胶沥青;高黏沥青综合性能优于只添加了橡胶粉或SBS改性剂的橡胶沥青、SBS改性沥青和复合改性沥青,但价格昂贵,复合改性沥青较橡胶沥青与SBS改性沥青高低温性能都有了一定程度的提升但刚满足NovaBinder标准要求且与高黏沥青性能差距较大;因此最终提出开发研究薄层罩面专用沥青时可将高黏沥青中组分与橡胶粉、SBS进行复合改性,在提高沥青胶结料路用性能的同时降低改性沥青成本。     

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%。     

温拌橡胶沥青混合料压实温度对其体积特征的影响研究

为研究温拌措施对橡胶沥青混合料的体积特征的影响,首先利用旋转压实仪确定了普通沥青混合料(PG 64-22)、掺10%的橡胶粉的改性沥青分别与2种不同集料制备的4种沥青混合料的最佳沥青用量,然后向胶粉改性沥青混合料中添加Aspha-min和Sasobit 两种温拌剂,在压实温度为97、116、135、154℃时成型制备了...     

废轮胎热解炭黑（TPCB）改性沥青抗紫外老化性能试验研究

为探讨废轮胎热解炭黑（TPCB）改性沥青抗紫外老化性能,制备TPCB改性沥青,对基质沥青和TPCB改性沥青进行不同时段的紫外老化试验。通过原子力显微镜（AFM）试验对比研究两种沥青表面的微观变化和表面粗糙度。通过沥青性能试验检验了两种沥青紫外老化前后延度、软化点、针入度变化行为。研究结果表明：TPCB改性沥青三维表观形貌图降低高度比基质沥青小,在各时间段的表面粗糙度比基质沥青大;紫外老化前后TPCB改性沥青性能变化值比基质沥青小。与基质沥青相比,TPCB改性沥青具有更好的抗紫外老化性能。     

纳米熟石灰改性沥青混合料水稳定性能

为了分析纳米熟石灰对沥青/集料界面黏附的提升效果,采用改进的水煮法探究纳米熟石灰改性沥青膜在集料表面的剥落行为,评价纳米熟石灰改性沥青在集料表面的抗水剥离能力。在此基础上,成型密级配沥青混合料(AC),并借助间接拉伸试验分析纳米熟石灰对沥青混合料水稳定性能的增强特性。结果表明：纳米熟石灰的添加提高了沥青的黏聚、黏附以及与集料的配伍作用;当纳米熟石灰掺量高于1%时,其对沥青/集料体系的黏附作用及混合料水稳定性能的提升幅度下降,建议纳米熟石灰掺量取用1%(占沥青的质量比)。     

废旧橡胶颗粒改性沥青混合料的实验研究与应用

为减轻废旧轮胎带来的污染问题和改善沥青混合料的路用性能，在室内进行了废旧橡胶颗粒改性沥青混合料的试验研究。参照SMA混合料的级配，在集料中掺加1％～3％（占集料干重）的废旧橡胶颗粒，所得沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性能均得到改善，水稳定性略有下降。试验路的监测结果表明，废旧橡胶颗粒改性沥青混合料的路用性能优于普通AC路面。     

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。     

橡胶沥青在新疆地区工程中的应用研究

通过各种试验,分析了橡胶沥青混合料路用性能的影响因素,研究了橡胶粉量对橡胶沥青以及橡胶沥青混合料的影响,提出了适合新疆地区特殊环境的橡胶沥青中胶粉掺量,以及矿料的级配范围。试验路段的成功铺筑使用,证实橡胶沥青混合料的路用性能满足新疆地区的使用要求。     

温度及荷载频率对沥青-集料交互作用能力的影响

以参数B为表征沥青-集料交互作用能力的评价指标,利用动态剪切流变仪对2种沥青与4种集料在不同粉胶比条件下相互作用后的沥青胶浆进行了流变性能研究,分析了沥青-集料交互作用能力随温度及荷载频率的变化规律,确定了评价沥青-集料交互作用能力的外部条件。结果表明：随着温度的升高,沥青-集料交互作用能力的增大幅度呈现先小后大的特点;高温和低温下,加载频率对沥青-集料交互作用能力的影响恰好相反。     

胶粉沥青混合料配合比设计优化

为确定胶粉沥青混合料的最优配比方案,采用主骨架空隙填充法进行混合料级配设计,以目标空隙率作为主要控制指标,矿料间隙率、沥青饱和度等其他体积指标及马歇尔稳定度作为一般控制指标,同时对比研究了不同胶粉掺量对胶粉改性沥青混合料最佳油石比的影响效果。结果表明:采用主骨架空隙填充法(即CAVF法)进行胶粉改性沥青混合料级配设计,能有效解决胶粉颗粒对矿料骨架的干涉作用,设计级配方案最佳油石比为7.0%;胶粉掺量对混合料最佳油石比影响微小,可忽略不计。     

AK16型抗滑表层的施工级配波动控制指标研究

以目前沥青路面抗滑表层常用的AK16型沥青混合料作为研究示例,应用灰色关联度的方法对影响沥青混合料性能的级配组成间的主次关系进行了分析。在此基础上,提出了采用实际生产级配与目标级配间各筛孔通过率的加权相对海明（Hamming）距离作为级配偏离程度的控制指标,改进了目前沥青混合料级配波动控制方法难于与沥青混合料路用性能相联系的不足,可为沥青路面施工质量控制提供参考。     

回收废料用于沥青道路铺筑的研究与展望

道路铺筑和养护要消耗大量的集料和矿粉,回收料的替代使用有助于保护节约天然资源。结合沥青混合料和集料的各种路用指标,对各类可用作沥青道路铺筑的回收废料进行研究,其中包括钢渣、玻璃、塑料、橡胶、水泥、陶瓷等工业、建筑废料以及生活垃圾焚烧灰等。根据回收料的颗粒大小、硬度、粗糙度、孔隙率、弹性等特性,将它们分别用于道路各个层面结构中,其体现出与天然集料和矿粉相同甚至更优越的路用性能。     

旋转压实和马歇尔击实试件体积特性差异的试验研究

通过采用相同级配组成、不同材料类型以及相同材料类型、不同级配组成等4种沥青混合料,分别使用马歇尔击实成型和Superpave旋转压实成型制备混合料,测试混合料的各项体积参数。试验结果表明:采用两种不同成型方式得到的混合料,在相同的油石比条件下,矿料间隙率之间、空隙率之间以及其他体积参数之间,不具备明显的相关性。     

不同粗集料组成的沥青混合料性能研究

粗集料是沥青混合料骨架结构的重要组成部分,不同种类和性质的粗集料对沥青混合料性能的影响各不相同。选取了7种不同种类和产地的粗集料,进行了基本物理力学性能试验,并以AC-16C粗型密级配为例,考察了不同粗集料对沥青混合料性能的影响。结果表明,粗集料性能对沥青混合料高温稳定性和水稳定性具有显著的影响,对低温抗裂性无影响,在固定其他条件的情况下,粗集料表观密度越小、吸水率越大,其沥青混合料动稳定度D S和劈裂强度比TSR越大。     

基于粗集料表面纹理特性的沥青混合料性能研究

目前缺乏对集料表面纹理的直接定量测量和评定方法，基于光纤传感法设计了激光轮廓仪，直接测量了7种不同粗集料的表面纹理，应用算术平均偏差Ra对集料表面纹理进行了定量评定，并对集料表面纹理的粗糙度进行了简单的分类，最后通过沥青混合料力学性能试验对测量和评定结果进行了验证。结果表明，采用激光轮廓仪能够直接、准确地测量集料表面纹理；算术平均偏差对集料表面纹理的评定是合理有效的；其他条件相同的情况下，粗集料表面纹理的R值越大，沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低潭抗裂性能越好.     

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。