瀝青、集料的表面自由能及水分在瀝青中的擴散研究.pdf

1、瀝青路面的水損害是路面損害的主要形式之一。目前主要應用表面自由能理論對瀝青-集料體系的抗水損害性能進行研究，并已取得一些研究成果。但是當前該研究僅局限于利用表面自由能理論對瀝青-集料的抗水損害能力進行評價，沒有系統(tǒng)地對瀝青表面自由能與其化學組成的關系進行研究，同時對于引起粘聚破壞的水分在瀝青中的擴散行為和擴散機理研究也較少。為此，本文首先確定了瀝青的表面自由能，然后以23種美國戰(zhàn)略公路研究計劃(Strategic Highway Res

2、earch Program，SHRP)中的瀝青為研究對象，考察了瀝青的化學組成與其表面自由能的關系，同時還探索了瀝青的短期和長期老化以及多聚磷酸、SasobitR石蠟和抗剝落劑對瀝青表面自由能影響的規(guī)律，并分析了表面自由能的變化機制，探討了瀝青水敏感性的變化。此外還用躺滴法確定了集料的表面自由能，考察了瀝青-集料粘附性能。最后用電化學阻抗方法研究了水分在瀝青中的擴散過程，并結合紅外光譜分析結果初步探討了水分在瀝青中的擴散機理。通過以上研

3、究和分析，取得了如下的研究成果： 以Owens-Wendt理論為基礎，結合躺滴法確定的瀝青與不同極性液體之間的接觸角，可以計算得到瀝青表面自由能的極性和色散分量，進而得到瀝青的表面自由能。與其他方法相比較，躺滴法具有簡單易行的優(yōu)點。瀝青的表面自由能中色散分量占主要部分，反映瀝青主要由非極性碳氫化合物組成。 瀝青的化學組成與其表面自由能的單因素分析結果表明，瀝青的四組分含量和蠟含量中，飽和分、芳香分含量和蠟含量與瀝青表面自

4、由能的線性相關系數(shù)較低，但總的趨勢為表面自由能隨三者含量的增加而減小，即負相關；膠質含量與瀝青的表面自由能成線性正相關，相關系數(shù)為0.826；瀝青質含量的自然對數(shù)與瀝青的表面自由能負相關，相關系數(shù)為0.892；膠質/瀝青質含量比值的自然對數(shù)與瀝青的表面自由能正相關，相關系數(shù)為0.905；膠體指數(shù)與瀝青的表面自由能正相關，相關系數(shù)為O.800；瀝青的表面自由能分別與碳、氮和硫含量之間有著較好的二次方程關系，相關系數(shù)分別為0.745、0.8

5、07和0.803；但是與氫、氧以及鎳、釩含量之間的相關性不顯著。多元回歸分析結果表明瀝青的表面自由能與四組分含量的回歸關系顯著，瀝青的表面自由能與四組分含量及蠟含量的回歸關系也較顯著，而瀝青的表面自由能與元素含量的回歸關系顯著性較差，瀝青的表面自由能與四組分含量、蠟含量以及元素含量的回歸關系的顯著性非常好。 老化過程對瀝青表面自由能的影響比較復雜，基本無規(guī)律性；多聚磷酸加入后，瀝青表面自由能的變化與原樣瀝青中瀝青質的含量有關。低

6、瀝青質的瀝青在與多聚磷酸作用之后，其表面自由能出現(xiàn)先上升后下降的結果；而瀝青質含量高的瀝青在加入多聚磷酸之后，其表面自由能的變化基本為下降的趨勢?？箘兟鋭┑募尤朐斐蔀r青的表面自由能增加；加入SasobitR石蠟可提高瀝青疏水性，降低瀝青表面自由能。 電化學阻抗法可用來研究水分在瀝青中的傳輸過程，該過程可以使用2個等效電路模型進行描述。研究結果顯示該擴散過程可分為2個階段：水分與瀝青作用形成擴散通道的階段和水分在瀝青中較快擴散的階