有机蜡和水耦合作用下沥青-集料界面的剥落行为及黏附机理

In view of that the moisture damage occurs when organic additive and water are introduced into the WMA technology, this project aims to study the effect of organic wax and water on the stripping behaviour and adhesion mechansim of asphalt-aggregate interface. Based on the surface free energy theory, with assistance of the Young-Dupre equation and the minimization of Gibbs free energy,the adhesion and stripping models of asphalt-aggregate-organic wax with or without water are constructed.The energy parameters are established to evaluate the adhesion and anti-stripping abilities of asphalt-aggregate interface.The asphalt mortars with or without water are designed. By the aid of the scanning electron microscopy (SEM)and ultraviolet and visible spectrophotometry (UV), the asphalt-aggregate interface status and the adsorption quantities of asphalt with aggregate are observed.The HMA and WMA using organic wax with or without water are produced.The moisture susceptibilities of the mixtures are test by using AASHTO T283.The microstructures of the mixtures before or after the moisture damage are observed by using CT technology and the image processing technology.The parameters are established to evaluate the asphalt-aggregate interface status.The stripping behaviour and adhesion mechanism of asphalt-aggregate interface under the coupling action of organic wax and water are revealed.The methods which can improve the adhesion abilities of asphalt-aggregate interface are studied.The moisture damage of WMA with organic additive will be prevented availably.

针对有机（蜡）添加剂类温拌沥青路面易发生水损害中的基础问题，本项目就有机蜡和水耦合作用下沥青-集料界面的剥落行为及黏附机理展开研究。基于固、液表面自由能理论，以Young-Dupre方程为基础，结合体系Gibbs自由能变化，构建无水及有水条件下沥青-集料-有机蜡的黏附及剥落模型，建立能量参数表征沥青-集料界面黏附及抗剥落能力。设计无水及有水条件下的沥青胶浆，采用电镜扫描和紫外分光光度法观测沥青-集料界面微观状态及集料对沥青吸附量，揭示有机蜡和水耦合作用下沥青-集料界面剥落行为及黏附机理。配制无水及有水条件下的混合料，利用修正的Lottman法评价混合料水稳定性，借助CT和图像处理技术观测混合料水损害前后的细观结构，构建评价参数表征沥青-集料界面黏附状态，探明有加蜡和水耦合作用下混合料水损害微观行为和破坏机制。研究提高沥青-集料界面黏附性的方法,有效防治有机（蜡）添加剂类温拌沥青路面水损害。

项目针对有机蜡和水耦合作用下沥青-集料界面的剥落行为及黏附机理展开研究，基于固、液表面自由能理论，以 Young-Dupre 方程为基础，结合体系 Gibbs 自由能变化，构建了无水及有水条件下沥青-集料-有机蜡的黏附及剥落模型，建立EP1和EP2能量参数表征沥青-集料界面黏附及抗剥落能力，发现无水条件下，有机蜡温拌剂的加入可提高沥青-集料界面之间的黏附能力，但与水耦合作用下，有机蜡温拌剂的存在会显著降低沥青-集料界面之间的黏附能力，说明有机蜡温拌剂对水的敏感性十分强烈。. 采用原子力显微镜（AFM）、X射线荧光光谱分析（XRF）与X射线衍射分析（XRD）技术测试了集料表面纹理、黏附力、化学成分和矿物组成等特性，发现了石灰岩的主要化学成分为CaCO3，且具有高的黏附力峰值及粗糙的表面纹理，与沥青之间呈 “散点式”黏附；玄武岩的主要化学成分为SiO2、Al2O3等，且表面纹理尖锐、有微小的颗粒状突起，与沥青呈“整体式”黏附，相对而言，石灰岩-沥青界面之间的黏附能力更好。. 利用开发的“逆光箱”图像采集系统获取了集料的颗粒图像，计算了其棱角性（CAA），发现了随磨耗次数的增加，CAA值呈线性降低。提出了“改进的拌合锅法”进行集料含水率的模拟试验，配制了无水及有水条件下的有机蜡类温拌沥青混合料，研究了CAA对混合料体积指标和性能的影响规律，利用双因素方差分析法，发现集料和水耦合作用会对混合料体积指标和性能产生交互作用，推荐了无水及有水条件下，CAA控制范围分别为6.4%-6.5%和6.2%-7.5%。. 利用修正的 Lottman 法评价了混合料水稳定性，发现了水稳定性能与黏附功之间存在着良好的线性正相关。借助CT和图像处理技术观测混合料水损害前、后的细观结构，发现了混合料中空隙数量随其体积的增大而显著下降，且0-5mm3体积区间内空隙数量最多，5-10mm3体积区间内空隙对水敏感性最强。随着集料含水率的增大，空隙体积变化程度越来越大，当集料的含水率为3%时，空隙体积变化最明显。同时，有机蜡和水耦合作用会使混合料的裂缝从竖向中间位置沿空隙处开展，在水平及其他位置产生细微裂缝。随着集料含水率的增大，混合料内部应力逐渐减小，空隙率和应力集中因子逐渐变大，导致混合料水稳定性能下降，因此，建议集料的临界含水率不超过2%。