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。     

玻璃沥青混合料的制备与路用性能研究

将玻璃珠集料掺加在环氧沥青混合料中制备了玻璃沥青混合料,研究了玻璃珠掺量对玻璃珠集料环氧沥青混合料和玻璃珠集料SBS改性沥青混合料最佳油石比和路用性能的影响。结果表明,玻璃珠集料环氧沥青混合料和玻璃珠集料SBS改性沥青混合料的最佳油石比都会随着玻璃珠掺量的增加呈现逐渐减小的趋势;玻璃珠掺量的增加不会对玻璃珠集料环氧沥青混合料的稳定度产生明显影响,但是玻璃珠集料SBS改性沥青混合料的稳定度会随着玻璃珠掺量的增加而逐渐减小。密封处理(水)不会对混合料试件的稳定度产生显著影响;随着玻璃珠集料掺量的增加,混合料试件的马歇尔稳定度、残留稳定度MSR、冻融劈裂强度比TSR都呈现逐渐减小趋势,且环氧沥青混合料的TSR要高于SBS改性沥青混合料。随着玻璃珠集料掺量从0增加至26%,混合料的动稳定度呈现先增加后减小特征,4种玻璃珠集料掺量的混合料的动稳定度都满足GB/T 30598—2014标准要求。蚀刻后混合料试件的表面摆值都有不同程度减小,玻璃珠集料掺量为16%～26%的混合料试件的蚀刻前后摆值BPN_b和BPN_p都低于玻璃珠集料掺量为0的试件,蚀刻后摆值损失率则会随着玻璃珠集料掺量增加而增大。     

集料表面状态对沥青混合料界面结合性能及抗水损害性能的影响

采用多应力蠕变恢复(MSCR)试验和线性振幅扫描(LAS)试验分析细粒土掺量对沥青胶浆高温性能和应力应变响应的影响，利用黏附性试验(水煮法)和接触角试验分析研究水分、细粒土掺量对沥青集料界面结合性能的影响。同时，研究细粒土掺量变化和集料温度变化对沥青混合料性能影响。结果表明：当细粒土掺量超过1%时，沥青高温抗变形能力逐渐增加，沥青混合料抗水损害能力逐渐降低。集料表面的水分比沥青有更高的润湿性，能严重阻碍沥青与集料的黏附与黏结，降低沥青混合料的抗剥落性能。随着集料温度升高，沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比先增大后减小，并在180℃时达到最大。     

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。     

SBR/TLA复合改性沥青混合料性能试验研究

为了改善特立尼达湖沥青(简称TLA)改性沥青低温抗裂性不足的缺点,该文提出用丁苯橡胶(SBR)对其改性,以期能综合两种改性剂(SBR与TLA)的优点。该文采用70~#基质沥青、20%TLA、2%SBR+10%TLA、2%SBR+20%TLA和3%SBR+20%TLA共5种胶结料制备AC-13沥青混合料,并进行了马歇尔试验、车辙试验、低温劈裂试验、浸水马歇尔试验,以分析SBR/TLA复合改性沥青混合料的高温、低温和水稳定性。试验结果表明:①掺加SBR和TLA均能提高TLA/SBR复合改性沥青混合料的高温性能,相比于TLA、SBR对高温性能的影响更显著;②掺加TLA减弱了TLA/SBR改性沥青混合料的低温抗裂性,掺加SBR能改善TLA/SBR复合改性沥青混合料的低温性能;③掺加TLA能改善沥青混合料的水稳定性,随SBR掺量的增大,SBR/TLA改性沥青混合料的残留稳定度先减小后增大。相比于TLA,SBR对SBR/TLA改性沥青混合料的水稳定性的影响更加显著;④3%SBR+20%TLA为最佳的改性剂掺配比例。     

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。     

SBS沥青胶浆的黏附性及混合料抗水损性能研究

分别制备不同SBS掺量和稳定剂掺量的SBS改性沥青胶浆和混合料,并通过BBS拉拔试验和冻融劈裂试验、汉堡车辙试验,系统研究了SBS改性沥青胶浆的黏附性及其混合料的抗水损性能,探究了两者之间的联系。研究表明：SBS的掺入增强和提升了沥青的黏附性和沥青胶浆的抗水敏感性;SBS改性沥青胶浆的黏附性及其混合料的抗水损性能均随着SBS掺量的增加而不断提升,均随着稳定剂掺量的增加先提升后下降,SBS掺量为4.5%的改性沥青最优稳定剂掺量为0.15%;冻融劈裂抗拉强度比TSR较损害变形速率MR能更好地反映沥青混合料对水的敏感性,冻融劈裂试验较汉堡车辙试验更适用于评价SBS改性沥青混合料的抗水损性能。     

原子力学显微镜AFM图像沥青蜂状结构特性研究综述

通过原子力学显微镜下AFM图像中蜂状结构的组成、生长机理，沥青AFM分析试件制备方法以及蜂状结构对沥青力学性能、抗老化性能、自愈合性能的影响分析，并对AFM力曲线推导沥青黏附功和沥青集料黏附功检测中沥青抗水损害性能进行分析，以此评价沥青混合料的抗水损害性能，有利于对沥青的选择。     

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。     

TLA掺量对ATB-25混合料路用性能的影响

以小型加速加载试验(MMLS3)、小梁弯曲试验为基础试验平台,研究了特立尼达湖沥青掺量对沥青稳定碎石混合料的高低温性能以及疲劳性能的影响。试验结果表明:TLA的添加可显著改善ATB混合料的高温稳定性,10%TLA掺量可使ATB混合料疲劳寿命提高1倍;掺加5%、7.5%、10%TLA,可使ATB混合料的最大弯拉应变分别增加10.4%、21.2%、13.6%,最大弯拉应变和破坏应变能随TLA掺量的增大呈抛物线变化规律;TLA改性ATB混合料疲劳寿命远大于基质沥青,且随着TLA掺量增加,改性沥青混合料的疲劳试验双对数拟合截距K值增大,斜率n值减小。     

胶粉及PE复合改性沥青混合料路用性能试验研究

为改善沥青混合料的路用性能,采用胶粉、聚乙烯(PE)对沥青混合料进行改性,对比分析了胶粉改性沥青混合料与基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料高、低温性能、水稳定性能,并研究了PE掺量对胶粉复合改性沥青混合料性能的影响,并将此技术应用到河南省机西高速公路二期路面工程中。研究表明:随着胶粉掺量的增加,改性沥青混合料动稳定度不断增大,胶粉掺量为20%时改性沥青混合料与SBS掺量为4.5%的改性沥青混合料高温性能相当,而低温性能、水稳定性能均优于SBS改性沥青混合料;随着PE掺量增加,复合改性沥青混合料的高温抗车辙性能及水稳定性能不断提高,低温性能有所降低,但仍高于基质沥青混合料。     

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。     

TLA改性沥青及混合料的路用性能研究

对TLA改性沥青及其混合料进行了一系列室内试验研究,包括不同掺量的TLA改性沥青的技术性能试验,TLA改性沥青混合料的高温车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和渗水试验。研究结果表明:TLA能改善沥青的高、低温性能和抗老化性能,而且能明显提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗渗性,可应用于我国高速公路沥青混凝土路面工程中。     

纤维与天然沥青复合添加剂组成优化及其混合料性能评价

为改善纤维和天然沥青单一改性沥青混合料的技术缺陷,将木质素、聚酯、玄武岩纤维与BRA岩沥青、TLA湖沥青、NES青川岩沥青进行复配。基于直接剪切试验优化了最佳的天然沥青掺配范围,采用车辙、低温弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂和四分点加载疲劳试验研究了天然沥青与纤维复合改性沥青混合料的路用性能和抗疲劳耐久性,试验结果表明,木质素、聚酯、玄武岩三种单纤维掺量为0.3%,BRA、TLA、NES掺量为8%~10%时天然沥青与纤维复合改性沥青经济性和抗剪切性能最优;将天然沥青与纤维复配后,可兼具纤维与天然沥青各自改性的优势,可实现二者对沥青改性效果的叠加,其混合料兼顾高低温性能、水稳定性和抗疲劳耐久性,且具有良好的经济性,为路面材料改性技术提供了一种新的选择。在0.3%木质素、聚酯、玄武岩纤维掺和8%~10%BRA、TLA、NES掺量范围内,18种天然沥青与纤维复合改性沥青混合料疲劳性能优于SBS改性沥青混合料,推荐用于复合改性沥青中的木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维掺量为0.3%,适宜的BRA、TLA、NES掺量分别为8%~10%、8%~12%、8%~10%。     

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。     

TLA改性沥青温度敏感性及微观结构研究

为研究湖沥青(TLA)掺量对TLA改性沥青温度敏感性和微观结构的影响,分别对TLA改性沥青(湖沥青掺量分别为0%、15%、25%和35%)进行粘度试验和动态剪切流变(DSR)试验,采用粘温指数(VTS)和复数模量指数(GTS)对TLA改性沥青的温度敏感性进行评价,并采用扫描电镜(SEM)试验对TLA改性沥青的微观结构进行研究。试验结果表明:TLA改性沥青的VTS绝对值随着湖沥青掺量的增加而逐渐增大,当湖沥青的掺量为35%时,TLA改性沥青的VTS绝对值达到3.606,比基质沥青增加了4.43%,说明湖沥青的掺加使得70#沥青的温度敏感性增大。TLA改性沥青结合料内部的存储模量、损耗模量和CNI值均呈现逐渐增大趋势,湖沥青的掺加对TLA改性沥青产生不利影响。当湖沥青的掺量在25%~35%时,基质沥青的结构变化明显,较大的湖沥青掺量使得TLA改性沥青的温度敏感性增大。     

沥青混合料服役期间油石界面黏附效果衰减规律定量评价与分析

研究沥青混合料在其服役过程中油石界面的黏附效果的衰减规律。对盘锦90号沥青、中海90号沥青及SBS改性沥青进行了为期6年的跟踪收集,采用旋转蒸发器法对不同服役年限的沥青进行回收。采用油石界面黏附功理论对3种不同服役年限的沥青和两种不同矿料(石灰岩和花岗岩)界面参数(沥青表面张力、沥青与矿料的接触角)进行了测试,并对黏附功进行了定量计算。经过进一步分析得出了沥青在不同服役期间的界面黏附功的衰减规律,同时回归出油石界面黏附功衰减方程。研究成果对于优化沥青混合料设计具有显著意义。     

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。     

重庆綦万高速TLA改性沥青及混合料的路用性能研究

本文研究依托重庆綦万高速维修试验段对TLA改性沥青及其混合料进行了一系列室内试验研究,包括不同掺量的TLA改性沥青的技术性质试验,TLA改性沥青混合料的高温车辙试验、浸水马歇尔试验、和渗水试验。研究结果表明:TLA能改善沥青的高、低温性能和抗老化性能,而且能明显提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗渗性,可应用于我国高速公路沥青路面工程中。