基于表面能理论的沥青混合料拌和工艺优化研究

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表面能理论已逐渐成为沥青-集料界面黏附性评价、沥青混合料性能预测的主流理论之一,近年来得到越来越多的应用。本文基于表面能理论,考虑温度对沥青、集料表面能参数的影响,针对现有沥青混合料拌和工艺的不足,从能量变化的角度出发,提出优化工艺的思路与方法,并结合宏观性能试验证明优化工艺的优越性。
  选用LW-AB(Lewis Acid/Base)模型作为本文的表面能理论模型,确定躺滴法、柱状灯芯法作为固态沥青、集料表面能参数测试方法;解决了热熔态沥青表面能参数测试问题,首次通过获取待测热熔态沥青与已知集料之间的接触角,得到不同温度下热熔态沥青的表面能参数;沥青的表面能主要由非极性分量构成,总的表面能随着温度的升高而降低,而集料的表面能随温度变化并不显著;经过短期老化后,沥青的表面能明显增大,而进一步长期老化,其表面能大幅下降,并低于原样沥青。
  提出定量指标——总黏附功,即为热熔态沥青与集料黏附过程中总的能量改变量,用于表征不同粒径规格与岩性集料的吸附沥青能力;考虑沥青的温度对其表面能参数的影响,利用高温条件下的黏附功Was以及常温有水条件下的剥落功Wasw分别表征热熔态沥青-集料界面以及固态沥青-集料界面的黏附效果。
  基于表面能理论,以总黏附功表征不同集料的吸附沥青能力,据此对HMA常规拌和工艺以及现有的多成分沥青混合料的改进工艺作进一步优化,探讨了不同工艺参数对HMA性能的影响,并结合宏观试验证明优化工艺的优越性。结果表明,通过调整粗细集料分次添加比例,能改善沥青混合料的压实效果与路用性能,高温性能与水稳性能的改善效果较明显,当两部分集料的吸附沥青能力相同或相近时,改善效果最明显;拌和温度通过影响沥青-集料界面的黏附效果,进而影响混合料的水稳性能,过高或过低均会对抗水损能力产生不利影响;短期老化能显著改善沥青-集料界面黏附效果,提高沥青混合料抗水损能力,而进一步长期老化后,其抗水损能力大幅下降,并且同一老化状态下,SBS改性沥青的抗水损能力明显优于70#沥青;在役沥青混合料在高温、有水条件下具有更大的发生水损坏的趋势;相比于SBS改性沥青,70#沥青-集料界面的剥落功随温度变化更加明显,并且同一温度下,70#沥青-集料界面的剥落功高于SBS沥青-集料界面,一定程度上体现了SBS改性沥青在抗水损坏、低感温性方面的优势。
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