基于表面能理论的沥青混凝土抗剥落剂最佳掺量研究

为从微观与宏观两个角度相结合来研究沥青混凝土抗剥落剂的作用机理与最佳掺量,分别采用插板法和气体吸附法测试集料及掺有不同剂量抗剥落剂(非胺类AMRII型)的沥青的表面能参数,基于表面能理论分析沥青与集料粘附功和剥落功随抗剥落剂掺量的变化规律;并从宏观沥青混合料水稳定性和高温稳定性试验的角度,分析由掺有不同剂量抗剥落剂的沥青制备的沥青混合料的粘附性能随抗剥落剂掺量的变化规律.试验结果表明:随抗剥落剂掺量的变化,沥青与集料粘附功和剥落功的变化规律与沥青混合料水稳定性和高温稳定性变化规律具有很好的相关性,共同确定抗剥落剂(非胺类AMRII型)的最佳掺量为0.4%.

基于浸润速度计算沥青表面自由能的方法研究

为准确计算沥青表面自由能参数,分析插板法测试沥青表面自由能过程中浸润速度对测试结果的影响,采用10种不同浸润速度测试2种沥青与4种测试溶液之间的动态接触角.根据动态接触角与速度之间的关系,建立数学模型并求解速度为0时,测试溶液与沥青之间的静态接触角.结果表明,前进过程得到沥青与测试溶液的动态接触角随浸润速度增大而增大,而相应计算得到表面能随浸润速度增大而减小;采用数学模型计算得到70#基质沥青静态接触角与3mm/min浸润速度下动态接触角,两者表面能变化率为39%,同样SBS改性沥青表面能变化率为3.7%.因此,根据插板法计算沥青表面自由能时,应采用不同浸润速度下的试验数据计算静态接触角,不能忽略浸润速度对测试结果的影响.

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.

不同温度下采用插板法测试沥青表面能的试验研究

为了探究不同温度下沥青表面能参数的变化规律,采用插板法测试了四种表面能试剂在各个温度下的表面张力,并拟合出试剂表面张力与温度的线性关系.同时在10~40°C内,测试了两种70#基质沥青和两种SBS改性沥青对应四个温度点时的表面能,试验数据表明,在插板法的前进过程中,沥青表面能与温度呈负相关趋势,在后退过程中,沥青表面能与温度呈正相关趋势且变化更为明显;同时,相比于SBS改性沥青,温度对70#基质沥青表面能的影响更大.

不同集料表观特性对沥青-集料黏附性能的影响

为了探究集料表观特性对沥青-集料黏附性能的影响,选取集料图像测试系统测试集料的表观特性,采用磁悬浮重量平衡系统测试精细化加工工艺加工的玄武岩和辉绿岩、常规加工工艺加工的玄武岩和辉绿岩等四种集料的表面能参数,使用表面张力仪测试国创70#基质沥青、克拉玛依沥青两种沥青的表面能参数.通过Young-Dupre方程计算沥青-集料黏附能并与集料表观特性建立联系.试验结果表明:精细化加工比常规加工的玄武岩棱角性增加203.3,表面纹理增加18.20,与克拉玛依沥青的黏附能增加34.16 erg/cm2,与国创70#基质沥青的黏附能增加20.8 erg/cm2;常规加工比精细化加工的辉绿岩棱角性增加432.8,表面纹理增加10.7,与克拉玛依沥青的黏附能增加12.69 erg/cm2,与国创70#基质沥青的黏附能增加3.59 erg/cm2.

相对湿度对沥青与集料黏附性的影响

气态水分子是沥青混合料水损害主要破坏形式之一,为了探究不同相对湿度对沥青-集料黏附性的影响,文中采用表面能理论与测试方法,分别测试了6种相对湿度条件下,2种典型沥青与4种不同类型集料的表面能参数,并定量分析了相对湿度对沥青-集料黏附性的影响.结果表明:①沥青表面能参数随相对湿度及养生时间变化不明显,沥青材料湿度敏感性低;②集料的表面能参数与相对湿度呈线性递减关系,在相对湿度从0%提升到100%后,四种集料的表面能参数总量均降低了60%以上,集料材料湿度敏感性高;③当相对湿度大于80%时,气态水造成的黏附性下降率近似等于液态水的一半,而且气态水分子更容易扩散进入沥青-集料界面,说明水气对沥青混合料黏附性的影响不可忽略.

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。

冻融循环对沥青混合料内水气扩散的影响

水气是沥青混合料水损害的重要来源之一,沥青混合料内部的水气运动不容忽视。大部分沥青路面常年经受冻融循环作用,为探究冻融循环前后沥青混合料内水气运动的变化规律,设计以相对湿度梯度为驱动力的水气扩散试验装置,以密级配沥青混合料AC-20C和开级配沥青混合料OGFC-13为研究对象,测量冻融循环前后沥青混合料水气穿透量随时间的变化情况,并采用菲克第一定律计算水气扩散系数。试验结果表明:5cm厚OGFC-13试件在常压、20℃、100%~60%湿度差下的水气穿透量与时间呈线性正相关,可获得其扩散系数,而相同条件下的AC-20试件内水气较难穿透,水气穿透量与时间呈不规则变化,无法计算得到扩散系数,OGFC试件水气扩散速率明显大于AC试件,说明空隙结构对混合料水气扩散影响较大,但经历1个冻融循环后2类试件相同时间段内水气穿透量均有显著提高;负压环境下(13.325kPa)进行试验可以增大AC-20试件的水气扩散速率,使水气穿透量与时间呈线性正相关,从而测量得到冻融循环前后AC试件的扩散系数;经冻融循环作用后,相同时间内2种沥青混合料水气扩散系数均显著增长,OGFC试件连通空隙率明显增大,说明冻融循环作用使沥青混合料内部结构发生变化,水气在沥青混合料内部的运动路径增多,更易进入沥青内部及沥青与集料界面,进一步加速沥青混合料水损害进程。