《溫度和濕度對道路材料動態表面能參數的影響研究》是依託武漢理工大學，由羅蓉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：溫度和濕度對道路材料動態表面能參數的影響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：羅蓉
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前國際上最先進的量化路用瀝青與集料粘附性能的方法是表面自由能法，但國內外關於表面能的試驗均在常溫、常濕下進行，尚未考慮溫度和濕度對材料表面能的影響，並且在試驗結果分析上存在混淆潤濕接觸角與反潤濕接觸角、從靜態角度分析材料動態性質等問題。.本項目將根據我國各地氣候情況，選擇有代表性的溫度和濕度範圍對典型路用瀝青、改性劑及集料進行養生，分別用威廉米平板法、靜滴法和萬能吸附儀法測試其在不同溫度、濕度下的動態表面能，建立溫度、濕度與道路材料動態表面能的數學模型，並對比試驗數據與理論計算結果，進而修正現有表面能理論的計算參數，完善表面能理論模型，並運用該模型進一步分析不同瀝青與石料在當地溫度、濕度範圍內的匹配性。同時，將量化道路材料動態表面能參數在各溫度、濕度下對瀝青混合料內部微裂紋增長及癒合的影響和作用，結合混合料在該溫度、濕度下的力學試驗數據，建立基於動態表面能參數的瀝青混合料開裂及癒合模型。
結題摘要
瀝青與集料的粘附性是瀝青混合料設計中的一個重要因素，其性能好壞將直接影響瀝青混合料的路用性能。當前國際上最先進的量化瀝青與集料粘附性能的試驗方法是表面自由能法，但目前關於表面能的試驗均在常溫、常濕下進行，尚未考慮溫度、濕度對道路材料表面能及瀝青-集料粘附能的影響。 本項目選取基質70#和SBS(I-D)改性瀝青作為瀝青研究對象，採用威廉米平板法（插板法）測試不同溫度下樣品與測試試劑的接觸角，結合鉑金板法測試各溫度下試劑的表面能參數，計算不同溫度下瀝青的表面能參數，發現瀝青前進過程的表面能總量隨溫度線性遞減，後退過程的表面能總量隨溫度線性遞增；選取石灰岩作為集料研究對象，採用蒸氣吸附法測試不同溫度下集料的表面能參數，發現其表面能總量隨溫度線性遞減，進一步計算得到各溫度下瀝青與集料有無水條件下的粘附結合能、瀝青對集料的潤濕性係數以及二者的匹配性指標；採用插板法測試不同相對濕度養生後瀝青玻片的表面能參數，發現瀝青的前進過程表面能總量隨相對濕度線性遞增，後退過程隨相對濕度線性遞減；進一步推導得到表征瀝青-集料不同相對濕度下的粘附能公式，發現對於瀝青-集料系統，存在一個臨界相對濕度值，當高於這一值時瀝青與集料無法自發粘附，同時發現瀝青混合料的開裂程度隨相對濕度增大而逐漸加劇；運用MTS材料試驗機通過瀝青混合料力學試驗研究其動態模量主曲線與表面能之間的關係；選取礫石作為典型酸性石料樣品，採用表面能匹配性指標為其確定抗剝落劑最佳摻量，並結合常規路用性能試驗驗證二者評價指標的一致性；選取彩色樹脂類瀝青為新型瀝青材料樣品，採用表面能潤濕性指標評估其自身內聚性能以及與集料的匹配性能，並通過常規水穩定性試驗驗證這一評價指標的可靠性；同時通過動態表面能參數評價煤直接液化殘渣（DCLR）改性瀝青的癒合及抗開裂等微觀性能。 項目建立的溫度、相對濕度與瀝青、集料表面能參數以及瀝青-集料組合粘附結合能的關係，將可直接量化瀝青混合料在不同服役環境下的粘附性能，這一試驗方法有效突破規範水煮法經驗性定性評價的缺陷，為瀝青與集料的匹配性分析提供可靠的定量分析手段；同時其可有效指導路面工程就地取材的工程實踐，通過定向選取瀝青材料與當地石料匹配，實現充分利用當地石料資源以降低工程造價；同時當集料與普通瀝青粘附性能不佳時，可定向開發合適的外摻劑以顯著提升瀝青及混合料路用性能。
