瀝青、集料的表面自由能及水分在瀝青中的擴(kuò)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(yīng)用表面自由能理論對(duì)瀝青-集料體系的抗水損害性能進(jìn)行研究，并已取得一些研究成果。但是當(dāng)前該研究?jī)H局限于利用表面自由能理論對(duì)瀝青-集料的抗水損害能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，沒(méi)有系統(tǒng)地對(duì)瀝青表面自由能與其化學(xué)組成的關(guān)系進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)于引起粘聚破壞的水分在瀝青中的擴(kuò)散行為和擴(kuò)散機(jī)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(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃(Strategic Highway Res

2、earch Program，SHRP)中的瀝青為研究對(duì)象，考察了瀝青的化學(xué)組成與其表面自由能的關(guān)系，同時(shí)還探索了瀝青的短期和長(zhǎng)期老化以及多聚磷酸、SasobitR石蠟和抗剝落劑對(duì)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(jī)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(xué)阻抗方法研究了水分在瀝青中的擴(kuò)散過(guò)程，并結(jié)合紅外光譜分析結(jié)果初步探討了水分在瀝青中的擴(kuò)散機(jī)理。通過(guò)以上研

3、究和分析，取得了如下的研究成果： 以O(shè)wens-Wendt理論為基礎(chǔ)，結(jié)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(jì)算得到瀝青表面自由能的極性和色散分量，進(jìn)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(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)。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?xì)浠衔锝M成。 瀝青的化學(xué)組成與其表面自由能的單因素分析結(jié)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(guān)系數(shù)較低，但總的趨勢(shì)為表面自由能隨三者含量的增加而減小，即負(fù)相關(guān)；膠質(zhì)含量與瀝青的表面自由能成線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.826；瀝青質(zhì)含量的自然對(duì)數(shù)與瀝青的表面自由能負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.892；膠質(zhì)/瀝青質(zhì)含量比值的自然對(duì)數(shù)與瀝青的表面自由能正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.905；膠體指數(shù)與瀝青的表面自由能正相關(guān)，相關(guān)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(guān)系，相關(guān)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(guān)性不顯著。多元回歸分析結(jié)果表明瀝青的表面自由能與四組分含量的回歸關(guān)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(guān)系也較顯著，而瀝青的表面自由能與元素含量的回歸關(guān)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(guān)系的顯著性非常好。 老化過(guò)程對(duì)瀝青表面自由能的影響比較復(fù)雜，基本無(wú)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(zhì)的含量有關(guān)。低

6、瀝青質(zhì)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(jié)果；而瀝青質(zhì)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(shì)。抗剝落劑的加入造成瀝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(xué)阻抗法可用來(lái)研究水分在瀝青中的傳輸過(guò)程，該過(guò)程可以使用2個(gè)等效電路模型進(jìn)行描述。研究結(jié)果顯示該擴(kuò)散過(guò)程可分為2個(gè)階段：水分與瀝青作用形成擴(kuò)散通道的階段和水分在瀝青中較快擴(kuò)散的階