基于矿物学理论的集料-沥青粘附特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tdwh14226
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沥青混合料的水损害是沥青路面中最为常见的一种病害。集料与沥青之间的粘附程度直接影响沥青混合料抗水损害的能力,因此二者间的粘附关系是评价沥青混合料水损害的一种有效途径。实际工程中对于集料的选择通常要考虑集料的酸碱性及其粘附性,但以现行规范中水煮法评价粘附性时,存在着受主观因素影响大、区分度不高、缺乏定量指标等问题。此外,集料自身固有的矿物学特性对于集料与沥青的粘附能力起主要作用。因此,本文主要根据集料的矿物学特征结合矿物学理论,利用表面能理论、沥青胶浆的流变特性及分子动力学模拟等方法开展集料-沥青粘附关系的研究。首先,搜集吉林省不同产地的9种集料,测定集料中SiO2含量并分析集料的矿物成分与化学组成。根据XRD试验得到的X射线衍射图,计算得到位错密度、微观应变、面网间距、平均晶粒尺寸等矿物学指标,建立矿物学指标与集料路用指标之间的相关性。其中以位错密度与集料的压碎值的正相关性最佳,位错密度越大,集料内部的缺陷越多,集料抵抗压碎的能力越差。其次,进行水煮法试验,定性地判断集料的粘附性等级,酸性集料为2级,中性集料为3级,碱性集料为4级;基于表面能理论和沥青胶浆的流变特性,分别以指标ER和交互作用参数B定量地评价集料与沥青的粘附程度,可以更好地区分不同集料之间粘附性的差异,更为真实、准确的反映集料与沥青的粘附性。同时,提出以集料中(CaO+MgO)与(SiO2+Al2O3)含量的比值作为分析粘附性的依据,该指标与ER及参数B具有较好的相关性,相关系数分别为0.760和0.883。对比三种评价指标,最终推荐以交互作用参数B评价集料与沥青之间的粘附特性。最后,利用Materials Studio软件,基于集料的矿物成分构建矿物结构模型,基于沥青的四组分构建沥青分子模型,进一步构建界面模型并进行分子动力学模拟,以相互作用能及沥青在集料表面的分布规律分析集料与沥青的结合强度,模拟结果与试验得到的ER值及参数B的相关系数分别为0.806和0.799,模拟结果与试验结果具有较好的一致性。
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