基于流变特性的沥青-填料体系交互作用能力评价与机理研究

针对沥青-填料体系的交互作用能力问题，从沥青-填料体系的流变特性入手，分析流变参数随粉胶比、温度和荷载等外部因素以及沥青和填料的材料参数的变化规律，研究沥青-填料体系的流变特性；在此基础上，借鉴复合材料学的研究成果，对现有的评价指标进行分析，提出物理意义明确、合理的评价指标；通过沥青混合料的宏观性能试验，分析评价指标的敏感性；研究沥青和填料的材料参数对交互作用能力的影响，确定关键影响因素；分析沥青-填料体系的微观结构与交互作用能力的关系，在此基础上，考虑沥青填料体系的流变特性，建立宏观与微观统一的沥青-填料体系交互作用机理；以此为基础，研究高性能沥青-填料体系的优化组成设计方法。.本研究揭示了沥青-填料体系的交互作用机理，为准确的评价、预估沥青胶浆的宏观性能提供了基础，为高性能沥青胶浆及沥青混合料的优化设计提供了依据。此外，研究成果对复合材料学和流变学的发展也起到了一定的推动作用。

针对沥青-填料体系的交互作用能力问题，从沥青-填料体系的流变特性入手，选择复数剪切模量系数△G*、复数粘度系数△η*、相位角δ、Luis Ibrarra-A和K.Ziegel-B等5个沥青与填料交互作用能力参数，分析上述参数随温度和荷载等外部因素以及沥青和填料的材料参数的变化规律，结果表明△G*、△η*和δ随各个影响因素的变化没有明显规律，Luis Ibrarra-A和K.Ziegel-B能够很好表征各个因素对沥青与填料间交互作用能力的影响；结合各个指标敏感性分析的结果以及各个指标的物理意义，选定K.Ziegel-B作为交互作用能力的评价指标。. 分析了外部参数对交互作用能力的影响。温度越高，沥青与填料的交互作用越活跃、界面粘结状态越好，交互作用能力越强。在高温时，沥青与填料的交互作用能力随着荷载作用频率的增加而增加，但呈减缓趋势；中低温时，沥青与填料的交互作用能力随着荷载作用频率的增加而减小，且温度越高受频率的影响越显著。. 结合沥青与填料的微观结构和交互能力分析结果，分析了沥青与填料的交互作用机理。各个内部影响因素的排序为：沥青组分>填料粒径> 填料的SiO2含量>粉胶比。也即沥青的组分的影响最显著，其次是填料的粒径和SiO2含量，当上述因素确定以后，粉胶比的影响才有效果。沥青的胶质和沥青质等活性组分越多，与填料发生的吸附量也越多，其微观界面的结合状态也越好，从而与填料的交互作用能力越强；沥青的标号越大，与集料的纳观粘附力也越强。填料的粒径越小，相同的粉胶比下，填料越细，其提供的与沥青反应的表面积越大，生成的结构沥青的比例越大，与沥青的交互作用能力越强。填料的碱性越强，与沥青的粘结面积也越大、粘结状态越好，与集料的纳观粘附力也越强，因此与沥青的交互作用能力越强。沥青与填料的交互作用能力存在一个最佳的粉胶比，由流变学试验得到的最佳粉胶比与扫描电镜得到的最佳粉胶比一致，受试验条件的限制，与原子力显微镜得到的纳观粘附力下的最佳粉胶比并不相同。. 本研究揭示了沥青-填料体系的交互作用机理，为准确的评价、预估沥青胶浆的宏观性能提供了基础，为高性能沥青胶浆及沥青混合料的优化设计提供了依据。