[发明专利]一种沥青混合料微观三相介质区分与特性参数评定方法

说明书

一种沥青混合料微观三相介质区分与特性参数评定方法，其步骤包括制备试样，对试样进行微米划痕试验，获取不同区域的压入深度、摩擦系数、摩擦法向力和侧向力以及残余深度和表面信息，将各参数带入公式后分析得到ITZ厚度，从而对集料、界面过渡区与沥青进行三相介质的区分；对试样进行纳米压痕试验，验证微米划痕实验的准确性。本发明通过微米划痕试验以及纳米压痕试验，准确获取沥青混合料相关力学参数及其分布规律，有助于理解微观尺度下沥青混合料的各项力学性能，准确得到ITZ厚度，并据此对集料、界面过渡区与沥青进行三相介质区分。

技术领域

本发明涉及沥青路面性能测试与评定技术领域，尤其涉及一种沥青混合料微观三相介质区分与特性参数评定方法。

背景技术

沥青路面因其噪音低、安全性高、行驶舒适性高及优异的服役性能等优点，我国近80％公路及城市路面采用沥青材料进行铺设，应用十分广泛。沥青路面的使用性能主要受其力学性能影响，而区分沥青混合料微观各相介质对研究沥青混合料的力学性能至关重要，目前针对沥青路面的研究多从宏观视角出发，将沥青混合料作为整体去测量弹模、摩擦系数、断裂韧度等。但沥青混合料作为一个广义复合材料，宏观性能并不能真正揭示其机理。区分沥青混合料的三相介质材料如集料、沥青胶浆、界面过渡区及其参数特性，有助于理解微观尺度下沥青混合料的各项力学性能。目前，在沥青路面及沥青混合料的相关研究中，由于沥青混合料中界面过渡区的尺度达到微/纳米级别，传统的力学性能试验不再适用，且尚未见到如何区分沥青混合料微观各相介质的全面总结。随着纳米压痕、微米划痕等微观力学性能测试技术的出现，有望突破现有试验技术局限，促进沥青材料研究在微观界面领域的应用和发展。

划痕试验被广泛用于薄膜材料、金属和非金属固体材料，利用探针在一定法向力的作用下沿试样表面划过，通过划痕信息提供评估相关材料的力学性能。在结构材料领域，划痕试验经常被用于表征薄膜材料的表面镀层和基体材料的粘结强度、摩擦系数和断裂韧性等微细观力学性能。在复合材料的界面研究中，如探索两相材料的界面失效机理，划痕技术的应用更为广泛。利用微米划痕可以有效获取界面区相关力学属性。相比于压痕技术的单点数据获取，划痕的不间断实时数据反馈，能提供更为完备的测试属性描述。

但目前划痕试验极少应用在沥青混合料微观力学试验上，也缺乏相应的规范、试件制备以及试验方法。尤其需要指出的是，如何通过微米划痕试验结果区分界面过渡区几何范围，定量分析微观尺度的弹模、摩擦系数、断裂韧度等重要基础参数，尚无相关研究方法和专利报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出沥青混合料微观三相介质区分与特性参数评定方法，具体技术方案为：

一种沥青混合料微观三相介质区分与特性参数评定方法，包括以下步骤：

(1)制备符合标准的微观材料试验试样；

(2)在试样的测试区进行微米划痕试验，获取不同区域的压入深度、摩擦系数、摩擦法向力和侧向力以及残余深度和表面信息；

(3)将微米划痕试验获取的各项参数利用公式得到不同区域的断裂韧度以及摩擦系数与断裂韧度在沥青混合料微观尺度下的分布规律，根据划痕长度与上述分布规律的变化情况，分析得到沥青﹣集料过渡界面的厚度，从而对集料、界面过渡区与沥青进行三相介质的区分；

(4)在试样的测试区进行纳米压痕试验，并获取试样测试点的硬度与弹性模量；

(5)根据纳米压痕的试验结果，分析试样测试区的微观力学性能，并根据各测试点的间距得到沥青﹣集料过渡界面的厚度；

(6)将纳米压痕试验所得到沥青﹣集料过渡界面的厚度与微米划痕试验进行对比，验证微米划痕试验的准确性。

进一步地，所述试样的制备包括以下步骤：

(1)选用表面清晰完整地包裹集料相、沥青胶浆相和集料﹣沥青过渡界面相的沥青混凝土，切割成边长为1.5cm的正方体试块，在无水乙醇中浸润24小时；