一种基于表面能理论的沥青混合料拌和温度确定方法

本发明公开了一种基于表面能理论的沥青混合料拌和温度确定方法,包括以下步骤:步骤S100、获取热熔态沥青表面能参数测试结果;步骤S200、根据粘附功计算公式,并结合热熔态沥青表面能参数测试结果,得到不同拌和温度下沥青与集料界面的粘附功;步骤S300、确定沥青与集料界面的粘附功的峰值所在温度范围;步骤S400、计算步骤S300确定的温度范围的中值,进而确定沥青混合料的最适宜拌合温度。

基于表面能理论的除冰盐侵蚀沥青矿料界面机理研究

冬季沥青路面除冰雪养护工作中,醋酸类新型除冰盐的使用已对沥青路面造成侵蚀破坏,本文依据表面能理论研究分析新型除冰盐对沥青混合料的侵蚀破坏机理.研究首先利用Van Oss三相物质界面接触过程中的自由能变化理论,构建溶液侵蚀沥青-矿料界面动力学模型;基于Young-Dupré液体在固体表面接触角理论,利用滴落法和毛细管上升法求解出沥青、石灰石矿料的表面能参数;并利用逆向求解的方法得到不同浓度除冰盐溶液的表面能参数;计算得出除冰盐侵蚀破坏过程的三相系统(沥青、矿料和除冰盐溶液)的吉布斯自由能变化,从而基于表面能理论以及分子官能团组成角度进行了深入的机理解释.结果表明:醋酸类除冰盐溶液对沥青-矿料的界面侵蚀破坏的能力较蒸馏水强,且侵蚀趋势随溶液浓度增加而增加,反应过程自发性逐渐增强;侵蚀破坏主要与醋酸类除冰盐中醋酸根双亲(亲水亲油)的乳化特性以及沥青-矿料界面处的缺陷有关.

基于表面能理论的破碎卵石与沥青粘附性能研究

针对破碎卵石成分复杂且随着粒径变化其成分存在差异这一问题,基于表面能理论研究了不同粒径破碎卵石与沥青的粘附性能。采用躺滴法和毛细管上升法分别测试沥青和破碎卵石的表面能,并计算沥青与破碎卵石体系的粘附功以及剥落功;采用综合能量比(CER)来评价四种沥青混合料中破碎卵石与沥青的粘附性能。结果表明:抗剥落剂的加入会使沥青的表面能降低、极性分量升高、色散分量降低;由于不同粒径的破碎卵石的化学成分、矿物成分、表面电荷不同,导致不同粒径的破碎卵石的表面能不同,从大到小排序为5~10 mm、10~15 mm、3~5 mm、0~3 mm;0~3 mm和3~5 mm的破碎卵石与SK90沥青、SBS改性沥青以及添加抗剥落剂的SK90沥青和SBS改性沥青的粘附功都优于5~10 mm和10~15 mm的破碎卵石,0~3 mm和5~10 mm的破碎卵石与这四种沥青的剥落功都小于3~5 mm和10~15 mm的破碎卵石,这表明不同粒径的破碎卵石与沥青粘附性的配伍性不同;混合料的水稳定性能试验表明,CER这一指标评价破碎卵石与沥青的粘附性能是合理的,并且CER可以作为沥青-破碎卵石系统材料组合的选择依据,这为破碎卵石在实际工程中的应用提供了理论和技术支持。

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%。

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。

表面能理论评价沥青与石料抗水毁性能的研究

目前关于评价沥青与石料粘附性的理论大多数计算麻烦,仅适用于做定性分析。本文根据表面能理论建立有水条件下沥青与集料粘附模型,通过粘附模型计算了2种沥青与3种石料有水条件下的粘附功、内聚功并以此来评价沥青与集料界面的抗水毁性能;并通过水煮3 min质量剥落率试验来验证用表面能理论来评价沥青与石料抗水毁性能的可行性。结果表明:水煮3 min质量剥落率与表面能理论计算的粘附功、内聚功等指标保持很好的规律性;说明将表面能理论作为一种定量评价沥青与石料抗水毁性能的标准和方法是可行的。

基于表面能理论的温拌抑烟阻燃改性沥青混合料水稳定性能研究

沥青中加入温拌剂和抑烟阻燃剂可以达到降低拌和温度、抑烟阻燃的目的,从而满足隧道沥青的要求.但加入添加剂会影响沥青混合料的路用性能,尤其是水稳定性能.为了选择合适的添加剂,保证或提升沥青混合料水稳定性能,对七种掺加不同温拌剂和抑烟阻燃剂的SBS改性沥青及辉绿岩集料进行表面能测试,基于表面能理论计算沥青-集料匹配性指标,分析得出掺加0.7%LQ 1102温拌剂和14%AP 428抑烟阻燃剂的SBS改性沥青与集料间黏附性最佳.由此制备的沥青混合料水稳定性最好,与未掺添加剂的沥青方案相比,其匹配性指标分别提高了24.5%和24.8%.通过沥青混合料宏观水稳定性试验验证了表面能方法的可靠性,且匹配性指标与宏观水稳定性指标之间存在良好的相关性.

基于表面能理论的改性沥青与集料黏附性研究

沥青与集料的黏附性是沥青混合料水稳定性的关键影响因素,为定量分析沥青与集料之间的黏附性,采用表面自由能理论与改进水煮法分别进行评价。首先采用接触角测量试验测定了25℃条件下沥青、改性沥青、老化沥青与花岗岩、石灰岩、辉绿岩的表面能参数,并计算出不同沥青-集料系统的黏附功与剥落功,以黏附功与剥落功的绝对比值ER作为黏附性评价指标。同时以通过改进水煮法得出的沥青质量损失率F作为定量指标,对表面能理论试验结果加以验证。结果表明:掺入改性剂的90A沥青表面能减小了2.5%~6.2%,改性后的沥青-集料系统水稳定指标ER增加了1.9%~7.8%,黏附性增强,其中掺抗剥落剂的改善效果最好,沥青老化后ER值减小了4.3%~9.2%,黏附性减小。同类型沥青与不同种类集料的黏附性排序为沥青-石灰岩>沥青-辉绿岩>沥青-花岗岩,同种类集料与不同类型沥青的黏附性排序为90PA>90HC>90C≈90H>90A。通过延长水煮时间的改进水煮法得到的黏附性等级差异明显,其结果与表面能评价结果相同。评价指标ER与质量损失率F呈线性负相关,验证了表面能评价体系的可靠性。

基于表面能理论的钢渣-沥青粘附性研究

基于表面能理论,使用钢渣细集料同粒径替换花岗岩细集料,通过红外光谱分析,钢渣的掺入,改变沥青的官能团,使沥青的碱性增强,进而提升了表面能,使基于接触角实验的表面能及粘附功提升;基于水煮法的粘附等级由2提升到4级;路用性能中,马歇尔稳定度、冻融劈裂强度和高温稳定性都有大幅提升。验证了表面能理论与路用性能的正相关性,抗疲劳性能同样较于对照组有明显提升,与粘附功存在正相关性。少量钢渣细集料的掺入可以提高花岗岩沥青混合料的路用性能。

沥青混合料水损坏微纳观尺度研究方法(2)——表面能理论的应用

沥青混合料水损坏本质上源于水分对沥青与矿料黏附特性的破坏。表面能理论基于沥青与集料在水损坏过程中的能量变化,构建两者的黏附模型,试图在微观尺度上揭示沥青-集料界面的水损坏机理。介绍了表面能理论的基本原理,重点从沥青性质、矿料特性、表面能指标与宏观性能指标的关联等三个方面综述了表面能理论在沥青混合料水损坏研究中取得的成果,认为表面能理论可以作为跨越沥青混合料水损坏多尺度研究的"桥接"。

基于表面能理论的沥青混凝土抗剥落剂最佳掺量分析

基于表面能理论,选择破碎砾石、70#石油改性沥青及AMR型抗剥落剂为原材料,抗剥落剂掺量为0.5%、0.4%、0.3%作为指标进行试验,以前进进程进行水稳定性计算,结合实际试件试验检测,明确0.4%AMR型抗剥落剂掺量下沥青混凝土水稳定性最佳。

基于表面能理论和拉拔试验的铁尾矿与沥青黏附性研究

文中采用表面能理论和改进拉拔试验对铁尾矿与沥青间的黏附性进行了试验研究.结果表明:铁尾矿的表面能与沥青间的粘附功均小于石灰岩和玄武岩;粘附功随集料中SiO_(2)含量的增加而减小;改进拉拔试验可以评价沥青与集料间的黏附性,铁尾矿与沥青间的黏结力明显小于玄武岩和石灰岩,铁尾矿与基质沥青、SBR改性乳化沥青蒸发残留物间界面破坏类型为组合失效,与SBS改性沥青间界面破坏类型的为沥青内聚力失效.

表面能理论在沥青混合料中的研究综述

沥青-集料界面的黏附强度对沥青混合料的水稳定性能、抗疲劳开裂性能等有着重要影响。表面能理论是解释沥青-集料界面黏附强度形成机理的主流理论之一。简要介绍了表面能理论基础,并总结了将表面能理论应用于沥青混合料中的相关研究成果,以期为简便且有效地评价沥青混合料的路用性能、优化沥青混合料拌和工艺和开展后续研究工作提供参考。

基于表面能理论的片麻岩-改性沥青黏附性研究

为了研究酸性片麻岩集料与改性沥青的黏附特性,制备SBS改性沥青、掺加抗剥落剂的SBS和SBR改性沥青,在测定3种改性沥青基本性能的基础上,利用接触角测量仪分别测试3种改性沥青与不同测试试剂的接触角,借助表面能理论计算表面能参数,并以黏附功、剥落功、水稳定性指标评价片麻岩-改性沥青水稳定性。结果表明:掺加抗剥落剂的SBR改性沥青的表面能和极性分量均最大,SBS改性沥青的表面能、极性分量最小;掺加抗剥落剂的SBR改性沥青的黏附功、水稳定性指标均最大,其次为掺加抗剥落剂的SBS改性沥青,SBS改性沥青与片麻岩的黏附性最差。

沥青 -炉渣界面黏附性与体系水稳性关系研究

为探究炉渣与沥青之间的界面黏附性对沥青混合料水稳定性能的影响,采用两种粒径的炉渣作为集料,以石灰岩为对照组,对多种沥青和不同集料进行了接触角测试。根据表面自由能理论,计算了各组分表面能参数(黏附功、剥落功),以评价其黏附性及抗水损害性能,通过比较计算结果探究炉渣粒径对体系的影响。研究结果表明,炉渣与沥青能够自发黏结,但水的存在会导致炉渣与沥青剥离。不同粒径的炉渣与沥青之间存在明显的黏附性差异,细炉渣与沥青之间的黏附功最大,同时剥落功最小。这表明,采用小粒径炉渣作为集料可以提高混合料的整体抗水损害性能。通过对比水煮法与当前试验的结果,验证了本研究方法的可靠性。研究结果不仅验证了沥青-炉渣间黏附性与炉渣沥青混合料水稳定性之间的关联,同时为炉渣沥青混合料水稳定性提供了一种量化测试方法,具有理论和实际应用价值。

超疏水路面抗冰涂层的制备及耐紫外老化性能研究

冬季道路积雪结冰如未及时清除会对行车安全造成严重威胁。基于表面润湿理论,采用在低表面能聚氨酯表面构建纳米级粗糙结构的方法制备超疏水涂层,通过接触角、滚动角实验、沥青混合料表面冰层破碎试验评价涂层的疏水、疏冰性。并考虑路面受紫外线强烈辐射影响,从表面能角度,分析紫外线辐射对超疏水涂层表面结构特性的影响。结果表明,制备的超疏水涂层与水滴的接触角高达161.176°,滚动角低至6.6°。超疏水沥青混合料表面冰层破碎所需的挤压力,比普通沥青混合料小。经过模拟室外紫外线辐射24个月后,超疏水涂层依然具有很好的疏水、疏冰特性。

不同活化方式对橡胶沥青-集料黏附性的影响

目的通过对橡胶粉进行活化处理,提升橡胶沥青-集料的黏附性。研究不同活化方式对橡胶沥青黏附性的影响,探究橡胶沥青与集料的吸附方式。方法用接枝活化和涂覆活化的方法对橡胶粉进行预处理,通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对活化橡胶粉进行表征。分析了橡胶粉经过活化预处理对橡胶沥青黏附性产生影响的原因。通过接触角试验、表面能理论和水煮法试验,分别评价了3种橡胶沥青的表面自由能(Surface Free Energy,SFE)、能量比(Energy Ratio,ER)和黏附等级,并通过红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)对3种橡胶沥青与集料的吸附方式和黏附机理进行分析。结果普通橡胶沥青(Crumb Rubber Modified Asphalt,CRMA)、涂覆活化橡胶沥青(Coating Activated Crumb Rubber Modified Asphalt,AC-CRMA)和接枝活化橡胶沥青(Grafting Activated Crumb Rubber Modified Asphalt,AM-CRMA)表面自由能分别为:13.28 mJ/m^(2)、13.79 mJ/m^(2)和15.77 mJ/m^(2);涂覆活化橡胶沥青能量比相较于普通橡胶沥青提高了4.0%,接枝活化橡胶沥青能量比相较于普通橡胶沥青提高了18.5%,接枝活化橡胶沥青能量比相较于涂覆活化橡胶沥青提高了13.9%;普通橡胶沥青的黏附等级为4级,接枝活化橡胶沥青和涂覆活化橡胶沥青的黏附等级均为5级。结论对橡胶粉进行活化预处理可以有效改善橡胶沥青的黏附性,同时,接枝活化对橡胶沥青黏附性的提升要优于涂覆活化。

基于表面自由能理论的彩色树脂类沥青材料润湿性分析

为评价彩色树脂类沥青材料的微观性质及其对集料的润湿性能,基于表面自由能理论,利用插板法对彩色树脂类沥青、SBS改性沥青以及基质沥青的接触角进行了测定,并对比分析3种沥青的表面能参数及其黏聚能。利用蒸气吸附法测定2种彩色石料的表面能参数,运用表面能理论确定沥青-集料在有水以及无水情况下的黏附功,分析彩色沥青对不同彩色石料的润湿性,并通过沥青混合料水稳定性试验进行验证。结果表明:所选彩色树脂类沥青各项基本指标与SBS改性沥青大致相同,且具有相近的表面性质;相比红色玄武岩,彩色树脂类沥青与红色花岗岩之间的水稳定性更佳;彩色树脂类沥青的润湿性及其与集料间的水稳定性指标均优于基质沥青和SBS改性沥青,此结果与沥青优选指标(沥青抵抗水作为裂缝扩散至集料表面的能力)一致,且润湿性、水稳定性指标以及沥青优选指标三者间具有良好的相关性,能够为评价彩色树脂类沥青混合料的水稳定性能提供一定的理论指导。

考虑老化作用的沥青-集料界面黏附性评价

沥青路面水损坏的机理即沥青与集料界面的黏附性丧失,而沥青与集料的黏附性在光、氧等的作用下会有所降低。为探究老化作用对沥青-集料界面黏附性的影响,以70#基质沥青和纳米膨润土改性沥青为试验样品,采用躺滴法在不同老化条件下分别测定了沥青与集料的接触角。基于微观表面能理论计算了沥青的黏聚功、沥青与集料体系的黏附功、剥落功及配伍率。然后分析了RTFOT老化、PAV老化和紫外老化对沥青-集料黏附性的变化规律。最后从宏观水稳定性试验的角度对表面能理论作出了验证。研究结果表明:对于同种老化条件,纳米改性沥青与集料的黏附性要优于基质沥青,纳米改性剂可以降低老化作用对沥青-集料黏附性的影响;对于同种沥青-集料体系,RTFOT老化对黏附性能影响最大,紫外老化影响最小。其中,对于基质沥青RTFOT后,剥落功提高了4%,PAV后提高2.2%,室内紫外光照射15 h后提高了1.4%。对于纳米改性沥青,RTFOT后剥落功提高了2.7%,PAV后提高1.4%,紫外老化后提高0.6%;此外,表面能理论分析的规律与冻融劈裂试验具有较高的契合度,即用剥落功表征的黏附性与TSR表征的水稳定性具有一致性。

影响高速公路沥青路面水损坏的路面结构因素分析

文章围绕路面结构从设计、施工和养护等环节对我国高速公路沥青路面水损坏问题进行分析研究,分析了各个环节存在的问题,以及它们对沥青路面水损坏的影响。论述了沥青路面水损坏问题的本质是沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力。沥青混合料水损坏的作用机理是沥青对集料的粘附理论,包括力学理论、化学反应理论、表面能理论和分子定向理论。文章还分析了可能的沥青路面水损坏室内、外试验研究方法。