沥青-集料粘附性及水在沥青中的扩散过程研究

摘要

沥青路面水损害是目前沥青路面早期病害的主要形式之一。沥青路面水损害的发生导致路面出现松散、坑槽等病害，使得沥青路面使用性能下降，寿命缩短，直接危及出行安全。沥青混合料水损害包含两部分，即水渗入沥青造成的沥青粘聚破坏和水侵入沥青-集料界面造成两者之间的粘附破坏。而粘聚破坏与粘附破坏同时存在且相互影响，增加了研究的复杂性，因此，目前沥青路面水损害的机理尚未达成共识。
　　本文旨在针对沥青混合料水损害问题，通过对水存在作用下沥青-集料粘附机理和水在沥青中的扩散反应过程的研究，进一步探索沥青-集料体系的抗水损害性能。
　　论文首先综述了沥青-集料体系粘附性影响因素，总结出其主要影响因素为沥青的化学组成、集料的成分、集料表面构造、集料清洁度和水;通过光电比色法对三种沥青和三种集料的粘附性进行了试验研究，结果表明:不同沥青和不同集料之间有着不同的粘附性能;通过改进后的SHRP净吸附法，研究了氧化物和沥青的粘附解附性能，结果表明:金属氧化物对集料沥青之间粘附性贡献较大，而二氧化硅对粘附性的贡献较小。
　　其次通过接触角法，研究了无水状态下沥青-集料体系的粘附功，和有水状态下沥青-集料体系自发变为沥青-水-集料体系的剥落功，基于此表面能理论评价不同沥青与不同石料之间的抗水损害性能。结果表明:对于同种沥青而言，水与集料的润湿性越好，沥青-集料体系的抗水损害性能就越差;对于同种集料而言，水与沥青的润湿性越好，沥青-集料体系的抗水损害性能就越差。
　　最后通过红外光谱技术分析了水在不同沥青中的扩散过程，研究了温度、压力和沥青老化对扩散过程的影响，并结合沥青的水敏感成分分析和沥青泡水前后表面形貌变化，以揭示水在沥青中的渗透机理。结果表明:红外光谱技术可以用来观测水在沥青中的扩散过程;水在沥青中扩散过程可分为两个阶段:快速扩散阶段和缓慢增长阶段;通过计算得出快速扩散阶段水在沥青中扩散速率保持在10-14和10-13数量级水平上;结合影响因素分析出三种沥青的抗水扩散能力大小为:克拉玛依90＃＞中海油90＃＞SK90＃。结合沥青水敏感成分分析和沥青泡水前后表观形貌图提出了扩散反应模型，用来解释水在沥青中扩散过程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．3 国内外研究总结

1．3．1 沥青混合料水损害机理分析

1．3．2 沥青与集料粘附性理论研究

1．3．3 水在沥青中的扩散测试方法研究

1．3．4 沥青混合料水稳定性评定方法

1．4 主要研究内容和技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究目标

1．4．3 技术路线

第二章 主要试验设备和原材料分析

2．1 主要试验设备

2．1．1 分光光度计

2．1．2 傅里叶变换红外光谱仪

2．1．3 接触角仪

2．2 沥青

2．2．1 沥青基本性能和红外光谱图

2．2．2 沥青水敏感成分试验分析

2．3 集料

2．4 本章小结

第三章 沥青-集料界面作用效应研究

3．1．3 水存在对沥青-集料界面粘附性的影响

3．2．1 光电比色法定量分析

3．2．2 试验方法

3．2．3 试验结果与分析

3．3 集料化学成分与沥青的粘附性研究

3．3．1 集料化学成分与沥青粘附试验方法

3．3．2 试验结果与分析

3．4 本章小结

第四章 基于表面能理论的沥青集料粘附性研究

4．1 表面能理论

4．2 接触角法测定沥青表面自由能

4．2．1 试验方法

4．2．2 沥青样品制备

4．2．3 试验步骤

4．2．4 测试液体自身表面自由能参数

4．3 接触角法表面能计算分析

4．3．1 接触角数据分析

4．3．2 接触角法计算沥青表面能

4．4 基于表面能理论的沥青-集料粘附和解附分析

4．4．1 样品制备

4．4．2 无水状态下的粘附功

4．4．3 有水状态下的剥落功

4．5 本章小结

第五章 基于红外光谱技术的水在沥青中扩散过程研究

5．1 前言

5．2．1 样品制备与测试程序

5．2．3 红外光谱分析

5．3 水在沥青中的扩散过程分析

5．3．1 扩散过程分级

5．3．2 扩散过程函数拟合分析

5．3．3 第一阶段扩散速率分析

5．4 水在沥青中的扩散过程影响因素分析

5．4．1 温度对扩散过程的影响

5．4．2 压力对扩散过程的影响

5．4．3 老化对扩散过程影响分析

5．4 浸水前后沥青微观结构变化

5．4 水在沥青中的扩散机理分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果