基于表面能理论的沥青—集料界面粘附性研究

发布时间：2017-08-30 16:14

  本文关键词：基于表面能理论的沥青—集料界面粘附性研究

  更多相关文章： 界面 老化 温度 冻融循环 粘附性 表面自由能

【摘要】：沥青混凝土路面是我国高等级公路典型的路面结构形式,根据多年对已建道路的观测发现,水损坏经常发生在道路建成初期,并已成为沥青路面早期破坏的主要形式之一。沥青和集料之间的粘附性不良或者沥青自身的粘聚性较小是沥青混凝土路面发生水损害的主要内在原因。目前,对于沥青和集料之间粘附性的许多评价理论仅适用于定性的描述,缺乏定量的评价指标。本文基于表面自由能理论提出定量的评价指标来评价不同沥青与集料在不同条件下的粘附性能,并采用改进的室内水煮试验以及沥青混合料半圆试件弯曲试验来验证其正确性。首先通过电镜扫描试验观察了原样、短期老化、长期老化、水溶液冻融循环和盐溶液冻融循环后的SBS改性沥青(SBSM)、胶粉改性沥青(CRM)、复合胶粉改性沥青(CCR)的微观结构,并通过激光显微镜试验观察了盐冻循环前后石灰岩、玄武岩和花岗岩集料表面的微观结构,试验结果表明,经过短期和长期老化后,沥青和改性剂之间的界面变得越来越清晰,沥青与改性剂之间的融合程度逐渐降低,结合能力变差;与SBSM相比,水溶液冻融循对CRM和CCRM的影响相对较小,而经过盐冻循环后3种聚合物改性沥青中均有盐晶出现,且随着冻融循环次数和盐浓度的增加,沥青中含有盐晶的数量也在逐渐增多;冻融循环后石料表面未见明显变化,结构也并未遭到破坏,孔隙中有少量或基本上看不到盐晶颗粒的分布,说明在冻融时间较短的情况下盐冻循环对石料的影响并不是很大。其次,通过接触角测量仪测定老化和冻融循环前后以及不同温度下沥青和集料的接触角,分别求得沥青及集料在不同条件下的表面自由能参数,最终计算出沥青-集料体系的粘附性评价指标,从而确定老化、温度及冻融循环对沥青-集料体系的粘附性能的影响。实验结果表明:老化和冻融循环不但降低了沥青自身的粘聚性,而且降低了沥青与集料之间的粘附性;随着温度的降低,沥青的粘聚性及沥青与集料之间的粘附性增加,但抗水损害能力减弱。最后,进行了改进的室内水煮试验及半圆试件弯曲试验,实验结果与表面自由能理论分析结果一致,并建立了剥落率与水稳定性指标ER及断裂韧度与粘附功Was之间的相关关系,其相关系数均在0.9以上,说明表面自由能理论评价沥青与集料界面的粘附性的可行性。
【关键词】：界面 老化 温度 冻融循环 粘附性 表面自由能
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 问题的提出8-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 国内研究现状14-16
• 1.2.2 国外研究现状16-18
• 1.3 主要研究内容和技术路线18-20
• 1.3.1 主要研究内容18
• 1.3.2 研究的技术路线18-20
• 第二章 沥青和集料的微观结构分析20-32
• 2.1 试验材料与试验设备20-21
• 2.1.1 扫描电子显微镜20-21
• 2.1.2 激光扫描共聚焦显微镜21
• 2.2 试件的制作21-22
• 2.4 试验结果与分析22-31
• 2.4.1 老化前后沥青的微观结构分析22-24
• 2.4.2 冻融循环后沥青的微观结构分析24-30
• 2.4.3 集料的微观结构分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 基于表面自由能的老化温度及冻融循环对沥青和集料粘附性影响研究32-75
• 3.1 沥青与集料特性对粘附性的影响32-34
• 3.2 表面自由能理论34-37
• 3.2.1 沥青的粘聚功35
• 3.2.2 粘附模型35-36
• 3.2.3 水损坏模型36-37
• 3.3 沥青及集料表面自由能参数的测定37-45
• 3.4 室内水煮剥落率试验45-46
• 3.5 试验结果与分析46-74
• 3.5.1 沥青与集料的水稳定性评价指标46
• 3.5.2 沥青的粘聚性分析46-49
• 3.5.3 原样聚合物改性沥青与集料的粘附性分析49-50
• 3.5.4 老化对沥青和集料的粘附性影响50-52
• 3.5.5 温度对沥青和集料的粘附性影响52-53
• 3.5.6 冻融循环作用对沥青和集料的粘附性影响53-63
• 3.5.7 室内水煮剥落率试验结果分析63-74
• 3.6 本章小结74-75
• 第四章 基于J积分理论研究老化和冻融循环对聚合物改性沥青混合料粘结性能的影响75-89
• 4.1 J积分理论75-78
• 4.2 沥青混合料级配的选择78-79
• 4.3 热拌沥青混合料加速老化试验79
• 4.4 沥青混合料半圆试件的制作及冻融循环试验79
• 4.5 沥青混合料半圆试件弯曲试验79-80
• 4.6 试验结果与分析80-88
• 4.6.1 老化对聚合物改性沥青混合料粘结性能的影响80-82
• 4.6.2 冻融循环对聚合物改性沥青混合料粘结性能的影响82-87
• 4.6.3 温度及冻融循环对改性沥青混合料粘结性能影响的对比分析87-88
• 4.7 本章小结88-89
• 结论与展望89-91
• 5.1 主要研究结论89
• 5.2 展望89-91
• 参考文献91-96
• 致谢96-97
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果97
• 作者简介97

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本文编号：760295