基于分形理论的集料表面构造对沥青浸润性的影响研究

The interaction of asphalt and aggregate is the decision factor of the asphalt mixture's structure. The adhesion performance between asphalt and aggregate depends on the wetting properties. The aggregate's surface structures are the important factors to the wetting properties. Surface wetting phenomenon researches mainly focus on droplet in the smooth surface and regular rough surface. The solid-liquid contact angle models consist of the full wet model and none wet model. The closed gas is not taken into account. The aggregate's surface microstructures consist of aggregate porosity surface texture. The fractal theory can effectively characterize the feature of the aggregate's surface microstructures. The wetting models are built considering the aggregate's surface microstructures. The influencing factors are analyzed according to the models. The results will be verified by the contact angles. The test result support theoretical ground for the aggregate's process and surface modifier, which can improve the asphalt pavement's anti water damage ability.

沥青与集料之间的相互作用是沥青混合料结构形成的决定性因素，二者之间的作用主要与表面效应有关。沥青与集料粘附性能的好坏首先取决于沥青对集料的浸润性能，而集料的表面构造是影响沥青浸润性能的重要因素。表面润湿现象研究主要集中于液滴在光滑表面及构造的规则表面上，液滴对表面的润湿模型包括全湿模型和全不湿模型，没有考虑液滴对表面的浸润作用。集料的表面构造包括表面孔隙和表面纹理两部分。分形理论可有效描述集料表面的纹理构造和孔隙特征，建立基于分形理论的集料表面构造模型。根据集料的表面构造建立沥青的浸润模型和润湿模型，分析影响沥青浸润性能的影响因素，并与沥青与集料的接触角结果相验证。本研究成果将为沥青路面集料的选择及加工提供理论依据，提高沥青路面抗水损坏能力。

沥青混合料是由集料和沥青结合料拌和而成的一种复合材料，沥青与集料界面特性直接决定着其粘附性能，进而对沥青混合料的水稳定性、抗裂性能、高温性能等产生重要影响。.本项目首先采用全自动压汞仪、SEM扫描电镜和3D扫描仪测试了五种沥青路面常用集料的表面孔隙和表面纹理，并采用分形理论和表面参数对其表征，继而建立了考虑集料表面孔隙和纹理的沥青与集料浸润模型；对沥青表面张力、沥青老化情况和沥青表面特性等影响粘附性能的沥青特性进行了试验分析。.通过研究，取得的主要成果包括：（1）根据集料孔径分布将孔径分为大孔、中孔、小孔和微孔；（2）提出采用集料表面轮廓的算数平均偏差Ra、均方根偏差Rq等轮廓参数对其表面纹理进行表征；（3）建立了考虑集料表面孔隙和表面纹理的沥青与集料的浸润模型；（4）提出采用沥青对集料的浸润速度、浸润深度等浸润参数和粘附功、浸湿功等参数对粘附性进行表征，且较大的孔隙度和平均孔径有利于集料对沥青的吸附，沥青对集料的浸润深度越大、浸润时间越短，有利于产生更好的浸润效果；（5）对影响粘附性的沥青特性进行了分析，并建立了沥青表面张力随温度的关系模型。.研究成果弥补了工程中缺乏基于集料表面特性的选择指标，以及缺乏可量化的沥青与集料粘附性能评价方法的不足，有助于实现沥青路面工程中基于粘附性能的原材料的评价和选择，为工程中粘附性的评价方法和评价指标提供了依据。