基于润湿理论的沥青与矿料粘附性评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在高温条件下基于润湿理论来定量评价沥青与矿料粘附性的方 法，即通过测定在高温同一设定温度下沥青的表面张力和沥青在矿料表面的接触角，进而 得到沥青与矿料的粘附功来定量评价沥青与矿料的粘附性能，以反映出沥青在高温呈液态 时对矿料的润湿能力及对沥青混合料的稳定性的影响。
【背景技术】
[0002] 近年来沥青路面的水损害问题引起人们越来越多的关注，水损害大大降低了路面 的使用性能及使用寿命。沥青混合料成型过程中涉及多个阶段的粘附过程，而在沥青混合 料拌和过程中沥青与集料的粘附过程即是沥青在矿料表面润湿、铺展的过程，受沥青性质、 矿料性质及温度的影响，且润湿、铺展的状态好坏直接影响沥青混合料的使用性能。根据润 湿理论，通过测得在高温条件下沥青与矿料的粘附功可以定量评价沥青的粘附性能，反映 沥青在高温条件下对矿料的润湿状态。
[0003] 综合国内外运用润湿理论在涂料、防水等方面的研究可以看出，通过粘附功可以 有效地评价材料的粘附性，而用于评价沥青和矿料的粘附性的研究并不多。考虑到沥青材 料的特殊性，即沥青具有极强的温度敏感性，在常温条件下呈固态或半固态，而在其软化点 以上的高温条件下呈流动的液态，运用润湿理论研究沥青对矿料的润湿、铺展状态需要在 高温条件下进行，温度的准确控制尤为重要。
[0004] 受到试验条件的限制，运用润湿理论评价在高温状态下沥青与矿料的粘附性没有 形成统一的标准:试验方法比较混乱，不同的研究者采取了不同的方法和不同的测试标准， 虽然也得出了一些研究成果，但不同的试验方法得出的实验结论难以统一；高温下沥青与 矿料的接触角测定受温度影响较大，而实验者对温度控制比较随意，不能保证实验过程中 测试温度的稳定;矿料表面粗糙度同样会影响沥青在矿料表面的铺展，而在目前的研究中 没有对矿料的表面粗糙度提出同一的标准。
[0005] 因此，本发明针对现阶段国内外已有的研究成果和存在的主要问题，以润湿理论 为指导，提出了在高温条件下运用粘附功来定量评价沥青与矿料的粘附性的方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是以润湿理论为指导，提出在高温条件下运用粘附功来定量评价沥 青与矿料的粘附性的方法。
[0007] 基于润湿理论的沥青与矿料粘附性评价方法，包括如下步骤：
[0008] 1 )、选用待测沥青和矿料；
[0009] 2)、按照下列方法测定高温条件下沥青与矿料的粘附功；
[0010] (A)沥青表面张力测定，基于悬滴法理论，测定温度为沥青拌合温度±10°C下的沥 青表面张力；
[0011] (B)在温度为沥青拌合温度± 10°C下，采用躺滴法测定沥青与矿料接触角；
[0012] (C)根据润湿理论中粘附功计算公式1，结合沥青表面张力和接触角试验数据计算 沥青与矿料粘附功；
[0013] ffsi= γ i(l+cos9)(公式 1)
[0014] 式中：
[0015] γ 1-液体表面张力，mj/m2;
[0016] Ws-液固粘附功，mj/m2;
[0017] Θ-沥青与矿料接触角。
[0018] 所述步骤(B)沥青滴定控温装置及矿料恒温室设定在沥青拌合温度±10°C进行恒 温，将温沥青于恒温下滴于矿料表面，测定液滴稳定Is时的接触角数值。
[0019]所述步骤⑶中矿料被切害喊2-3mm厚的薄片。
[0020] 所述步骤(A)使用DSA4(Drop Shape Analyzer 4)接触角测量仪通过计算机自动 图像采集及处理可直接得出沥青的表面张力。
[0021]所述沥青拌合温度通过测定不同温度下的沥青粘度，作出粘-温曲线，以沥青粘度 0.17±0.02Pa · s时对应的温度作为拌和温度。
[0022 ]本发明方法测定的粘附功的大小及可定量评价沥青与矿料的粘附性能，反映高温 条件下沥青对矿料的润湿、铺张状态。本发明是根据润湿理论分别测得沥青的表面张力、沥 青与矿料的接触角，进而得到高温下沥青与矿料的粘附功，以粘附功来定量评价沥青与矿 料的粘附性能的方法。
【附图说明】
[0023] 图1:表面张力测量示意图，
[0024] 图2:沥青与矿料接触角测量示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0026] 根据本发明的内容，具体实施步骤如下：
[0027] 步骤1:选取原材料
[0028] 沥青选用秦皇岛70#基质沥青，沥青的性能指标如下表1;矿料选取云罗石灰岩，其 性能指标满足所使用的实体工程的要求或按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的要求。
[0029]表1:沥青性能指标
[0031] 步骤2:试样准备
[0032]躺滴法要求试样表面光滑、洁净，对于矿料，本试验是将粒径大于36mm的矿料用精 密切割仪切成3mm左右厚的薄片，然后先后用400#、600#、1000#砂纸依次进行抛光处理，抛 光后矿料表面粗糙度值Ra小于Ο.?μπι，便于沥青在矿料表面的铺展及后期接触角的测量;再 分别用蒸馏水和酒精清洗表面，然后放入l〇〇±5°C真空干燥箱中烘干2h，取出后放置于干 燥器中24h备用。
[0033]步骤3:高温条件下沥青与矿料粘附功试验
[0034]高温条件下沥青与矿料的粘附功是根据润湿理论中粘附功公式1计算得到，需要 测定在高温下沥青的表面张力及同一温度下沥青与矿料的接触角数据。高温粘附功的测定 温度选取接近由粘温曲线得到的沥青混合料拌和温度±10°c，以保证沥青具有足够的流动 性。本试验针对70財历青，测定温度为150°C。
[0035] (1)高温下沥青表面张力测定
[0036]本试验使用DSA4接触角测量仪(如图1)基于悬滴法理论，通过计算机自动图像采 集及处理可直接得出沥青的表面张力。悬滴法测量表面张力的基本思想是：当液滴被静止 悬挂在毛细管的管口处时，液滴的外形主要取决于重力和表面张力的平衡。因此，通过对液 滴外形的测定，即可推算出液体的表面张力。以下即通过悬滴法测试了70#基质沥青在150 °C下的表面张力。试验结果如下：
[0037]表2:沥青表面张力数据
[0039] (2)沥青与矿料接触角测定
[0040] 本试验采用躺滴法测试沥青与矿料(矿料试件处理如步骤2)的接触角如图2。接触 角的测量受温度影响较大，在一定粗糙度水平上沥青-矿料接触角跟矿料表面粗糙度没有 太大关系。本试验将沥青与矿料设定在150°C下恒温30min后再进行测试，由DSA4接触角测 量仪自动录像，记录沥青接触矿料并在矿料表面扩散的过程。由于沥青刚滴下液滴形态不 稳，沥青在矿料表面扩散时间过长又会使接触角过小，测量平行性变差，因此本发明由计算 机处理得到沥青滴下后稳定Is的接触角。沥青与石灰岩接触角数据如表3。
[0041] 表3:70財历青与石灰岩接触角数据
[0043] (3)沥青与矿料粘附功计算
[0044] 根据粘附功计算公式1，结合沥青表面张力和接触角试验数据计算沥青与矿料粘 附功结果如表4:
[0045] 表4:沥青与石灰岩粘附功数据
[0047] 粘附功的大小及可定量评价沥青与矿料的粘附性能，反映高温条件下沥青对矿料 的润湿、铺张状态。
[0048] (4)小结
[0049] 基于润湿理论的沥青与矿料粘附性评价方法，它是一种在高温条件下评价沥青与 矿料粘附性能的方法，通过悬滴法测得沥青在高温呈液体状态下的表面张力及躺滴法测得 在同一温度下沥青在矿料表面的接触角，可以计算得到沥青与矿料的粘附功，以评价沥青 与矿料的粘附性能，使用本方法评价沥青与矿料在高温条件下的粘附性能可以反映出沥青 在高温呈液态时对矿料的润湿能力及对沥青混合料的稳定性的影响。
【主权项】
1. 基于润湿理论的沥青与矿料粘附性评价方法，包括如下步骤： 1) 、选用待测沥青和矿料； 2) 、按照下列方法测定高温条件下沥青与矿料的粘附功； (A) 沥青表面张力测定，基于悬滴法理论，测定温度为沥青拌合温度±10°C下的沥青表 面张力； (B) 在温度为沥青拌合温度± 10°C下，采用躺滴法测定沥青与矿料接触角； (C) 根据润湿理论中粘附功计算公式1，结合沥青表面张力和接触角试验数据计算沥青 与矿料粘附功； ffsi= γ i(l+c〇s0)(公式 1) 式中： γ 1-液体表面张力，mj/m2; Wsi-液固粘附功，mj/m2; Θ-沥青与矿料接触角。2. 根据权利要求1所述的评价方法，所述步骤(B)沥青滴定控温装置及矿料恒温室设定 在沥青拌合温度±l〇°C进行恒温，将沥青于恒温下滴于矿料表面，测定液滴稳定Is时的接 触角数值。3. 根据权利要求2所述的评价方法，所述步骤(B)中矿料被切割成2-3mm厚的薄片。4. 根据权利要求1所述的评价方法，所述步骤(A)使用DSA4(Drop Shape Analyzer 4) 接触角测量仪通过计算机自动图像采集及处理可直接得出沥青的表面张力。5. 根据权利要求1所述的评价方法，所述沥青拌合温度通过测定不同温度下的沥青粘 度，作出粘-温曲线，以沥青粘度0.17±0.02P a · s时对应的温度作为拌和温度。
【专利摘要】本发明涉及基于润湿理论的沥青与矿料粘附性评价方法，属于公路性能测定技术领域。本发明方法是一种在高温条件下评价沥青与矿料粘附性能的方法，通过悬滴法测得沥青在高温呈液体状态下的表面张力及躺滴法测得在同一温度下沥青在矿料表面的接触角，可以计算得到沥青与矿料的粘附功，以评价沥青与矿料的粘附性能，使用本方法评价沥青与矿料在高温条件下的粘附性能可以反映出沥青在高温呈液态时对矿料的润湿能力及对沥青混合料的稳定性的影响。
【IPC分类】G01N19/04
【公开号】CN105572038
【申请号】CN201610157423
【发明人】王筵铸, 王旭东, 张玉贞, 张蕾, 周兴业, 杨光, 张岩
【申请人】交通运输部公路科学研究所, 中国石油大学(华东)
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月18日