[发明专利]道路沥青混合料界面粘结性能的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料粘结性能的测试方法，具体是沥青混合料界面粘结性能的测试方法。包括普通沥青及改性沥青混合料在旋转薄膜烘箱老化、压力老化、紫外线老化、水冻及除冰盐侵蚀冻融循环作用下的沥青与骨料界面断裂能、断裂韧性指标的测试。属于道路施工领域。

背景技术

沥青混合料是铺筑沥青路面的基本材料，沥青与骨料的界面粘结性能直接影响着沥青路面的使用性能与使用寿命。沥青混合料是一种复杂的多相、多尺度非均质的颗粒增强复合材料，由沥青胶结料、骨料组成，其各成分尺度从微米到厘米不等。沥青路面的性能主要取决于沥青胶结料与骨料间的界面粘结性能以及沥青胶结料自身性质。

寒冷地区沥青路面在荷载、老化作用、冻融循环及除冰盐侵蚀作用下容易出现开裂现象，最终导致路面的破坏。沥青路面的破坏实质是材料内部微观损伤的累积以及内部组成结构劣化的结果，主要是由于沥青与骨料界面粘结劣化引起的。沥青与骨料界面粘结和界面效应是影响沥青混合料性能的重要因素，不仅影响沥青混合料的变形，同时也对其低温抗裂性、高温稳定性、水稳定性以及抗疲劳性能和其他工程特性具有直接的影响。常见的一些沥青路面的病害，包括路面的开裂、掉粒和剥落等现象都被认为是与沥青与骨料界面的粘结性能有着密切的关系。

我国北方寒冷地区冬季气温低，在遭遇突变天气，如低温冰雪天气时，路面材料长时间处于荷载作用、雪水侵蚀、低温冰冻状态及温度交替变化过程中，由于水分、温度以及荷载共同作用引起的道路冻融破坏现象较为普遍。一般认为，低温开裂主要是由于温度骤降引起沥青混合料低温脆化产生的拉应力所致，沥青混合料低温抗裂主要依靠沥青胶结料与骨料的界面粘结力。在冬季除冰雪养护过程中，通过撒布除冰盐来降低水的结冰点,以达到自动融化冰雪的目的。在融雪化冰过程中，路面会积聚大量的水，在行驶车辆碾压下进入路面沥青混合料空隙进一步造成路面水损害，水损害主要是由于水分侵蚀沥青和骨料的界面，使得沥青粘附性降低而逐渐丧失粘结力，造成沥青薄膜从骨料的表面脱落而损坏。目前预测水损害和减轻这种损害还存在较大的困难，原因是水分与沥青及骨料界面粘结作用是在厘米和纳米量级，而如何在这样一种细观尺度上测试界面粘结作用还是一个技术难题。  

目前对沥青混合料中沥青与骨料界面粘结性能的测试方法有很多种，大多是通过宏观测试来间接反映界面破坏状况。主要包括水煮法、水浸法、光电比色法、净吸附法以及应变片法等。水煮法和水浸法原理是通过测试沥青与骨料剥离面积的百分率来反映界面粘结性能，这种方法存在以下问题：主观因素多，操作复杂，误差较大，由于骨料面积小，不规则面积情况复杂，所以较难测出剥离面积的百分率，由于此方法是在一定条件的恒温水中进行，由于水的折射使对剥离面积的测试更加困难，因此水煮法和水浸法并不可取；光电比色法是将一定数量的沥青混合料样品置于已知浓度的染料水溶液中，因水浸而剥落的骨料表面裸露将吸附染料，使水溶液中染料浓度下降，通过分光光度计测试染料浓度变化，从而判断界面粘结状况。这种方法只是水煮法和水浸法的一种改进，只能对界面的破坏程度做出判断，对界面的破坏过程以及界面发生破坏时的变化不能进行测试；净吸附法也是采用分光光度计测试界面粘结性能，它利用在水-沥青-骨料体系中骨料表面对沥青有吸附作用，使沥青甲苯溶液中的沥青浓度发生改变，用分光光度计测出浓度，即可算出骨料对沥青的吸附量及加水后沥青的剥落量，从而得出骨料表面上沥青的剥落率或吸附率，以显示沥青与骨料的界面粘结性。这只是一种确定破坏结果的宏观测试方法，不适用于对沥青混合料微观结构进行分析研究；应变片法是在试件表面贴应变片从而对沥青混合料变形进行测试，但应变片只能提供小区域内的变形信息，当将其用于大区域变形测试时，不能完成对全场应变峰值及高分辨率的图像进行捕获，因此该方法对沥青混合料的变形场分析存在很多局限性。 

综上所述，目前宏观测试方法对沥青混合料界面研究存在不足，主要是不能对沥青混合料破坏的过程进行实时分析研究，以及测试结果不能真实的反映破坏时微观结构的变化。