填料种类和粉胶比对沥青胶浆内聚结合能的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.绪论

1.1研究目的与意义

沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，具有表面平整、行车舒适、振动小、噪音低、工期短、养护方便且可再生利用等特点，因而在公路建设中占据重要地位。全世界约80%的路面为沥青路面，也是我国高速公路最常用的结构形式之一，近年来我国新建高速公路中90%以上为沥青路面，具有十分重要的意义。由于国民经济的快速增长，在沥青路面全天候服役过程中，道路所承受的交通荷载不断增加，往往会出现松散、剥落、坑槽等一系列道路病害，这些病害与水损害息息相关，影响着沥青路面服役寿命。水损害是指沥青混合料在水的作用下，使沥青与集料、填料之间的黏结力逐渐减小，致使沥青从集料、填料表面脱落，在车辆荷载的作用下导致沥青面层损坏。在过去的研究表明，沥青混合料抗水损害性能取决于沥青与填料组成的沥青胶浆与集料干湿条件下的黏结强度。如何提高路面抵抗水损害的性能，以满足我国交通发展的需要，是我国交通工作者面临的重要课题。

沥青混合料是由集料、沥青、填料三种材料多尺度不规则粒子堆积在一起混合而成的具有流变特性的复合材料。现阶段研究中主要集中在粗集料颗粒与沥青之间的黏附性能，在我国交通运输部发布的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011中对沥青与集料之间的黏附性测定有相应的测试方法。随着对表面能理论的重视程度愈来愈高，基于表面能理论的定量评价方法来量化沥青与集料之间的黏附性能的技术也愈来愈成熟。将集料和沥青分开进行黏附性评价试验也同样得到广泛认可。对集料试验有碱值试验、集料表面粗糙度试验、表面电荷试验等；对沥青试验有酸值试验、沥青与集料接触角试验等。而在沥青与填料之间的黏附性能方面研究较少。在过去的研究表明，Puzinauskas在上世纪中期对填料在沥青混合料的作用开展研究，认为填料在沥青混合料中具有双重作用，即填充集料骨架空隙和与沥青形成高黏度的沥青胶浆，使沥青胶浆和集料黏结在一起。同时现阶段研究表明，按照近代胶浆理论，以填料作为分散相，沥青作为分散介质形成的沥青胶浆尤为重要，对沥青混合料相关性能起决定性因素。由于填料与粗集料在表观特性上相差巨大，导致沥青胶浆黏附性、粗集料与沥青黏附性的差异（如图一），这使得沥青与集料的界面开裂和沥青胶浆内部开裂性能不同。故探究集料-沥青界面的抗开裂性能与沥青胶浆的抗开裂性能具有明显差别的根源，具有重要意义。

图一 粗集料与细集料在沥青包裹下的差异

现阶段虽然对影响沥青胶浆黏附性能的因素争议较大，但粉胶比和矿粉类型是影响沥青胶浆黏附能的主要因素已经被大多数交通工作者认同。并通过试验进行验证，但大都是经验性的定性分析，并没有定量评价沥青胶浆抵抗内部开裂的性能，本研究将通过表面能理论的定量指标来评价沥青胶浆的内部开裂性能，找到影响沥青胶浆黏附性能的关键影响因素，并对界面黏附性，沥青混合料抗水损害性能进行分析。

1.2.国内外研究现状与分析

1.2.1沥青混合料粉胶比对沥青混合料抗水损害性能影响

现阶段研究表明沥青胶浆的构成，粉胶比即沥青与填料的相对比例，影响着沥青胶浆的性质。粉胶比改变时，沥青胶浆的黏弹性能也会发生变化，进而也会影响沥青混合料的相关性能，如高温稳定性、低温抗裂性、疲劳耐久性，水稳定性能。

早期对沥青胶浆的研究主要是通过沥青混合料性能试验来确定不同粉胶比对沥青混合料力学性能的影响，主要研究成果如下表1所示：

表1 通过沥青混合料性能试验得到的研究成果

试验方法	规范	试验过程	试验结果
浸水马歇尔稳定度试验 [参考文献：王捷, 龚涌峰. 粉胶比对沥青胶浆和沥青混合料性能的影响]	《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011	放入恒温（60℃）水槽中48h，通过马歇尔稳定度仪测量试件的稳定度和流值并计算试件浸水马歇尔试验残留稳定度。	随着粉胶比增大，起初沥青混合料抗水损害性能随粉胶比增大而变好，而后沥青混合料抗水损害性能随粉胶比增大而变坏，当粉胶比在1.3附近时，抗水损害性能最好。
AASHTOT283 试验 [参考文献：王捷, 龚涌峰. 粉胶比对沥青胶浆和沥青混合料性能的影响]	《美国国家高速公路和交通运输协会标准》	分为两组，一组室温下，另一组在真空饱水环境下同时进行规定的温度处理，最后同时浸入25℃水中保温2小时。
冻融劈裂试验 [参考文献：刘玉龙, 王旭, 李洪峰. 粉胶比对沥青混合料路用性能影响的试验研究]	《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011	试验温度为25摄氏度，加载速率每分钟50mm；分为两组，一组未冻融循环，一组冻融循环，测试二者的劈裂抗拉强度。	认为粉胶比在一定范围时，劈裂强度会随着粉胶比的上升呈现递增趋势，出现峰值后会递减，并在1.1~1.2之间劈裂强度最大且趋于稳定。此时的沥青混合料水稳定性较好。

之后，研究者们逐步开始对沥青胶浆本身开展研究，分析不同粉胶比下沥青胶浆本身的性能，进而评价相应的沥青混合料抗水损害性能影响。主要研究成果如下表2所示：

表2 通过对沥青胶浆本身试验得到的研究成果

试验方法	规范	试验结果
布氏黏度计 [参考文献：李平, 芦军, 张争奇.沥青混合料用矿粉性能指标研究.]	《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011	矿粉能够改善沥青胶浆的感温性，并随着剪切时间的延长，沥青胶浆的黏度在逐渐降低，粉胶比在1.2~1.6衰减幅度达到最大。该试验为确定沥青混合料施工温度应基于沥青胶浆的黏度，从而影响沥青混合料的抗水损害性能。
针入度、软化点、延度三大指标试验 [王超磊, 符浩. 不同粉胶比对钢渣沥青胶浆性能影响]	《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011	该试验确定了在粉胶比为1.0时钢渣沥青胶浆的性能相对较好，相应沥青混合料的抗水损害性能也较好。

现如今，探究沥青胶浆的微观特性和机理逐渐被研究人员重视。对于沥青与填料的交互作用理论模型一直沿用前苏联J.A列宾捷尔提出的，即沥青与填料交互后形成一层膜，在膜内的沥青称为结构沥青，以外称为自由沥青。哈尔滨工业大学硕士研究生郭猛总结前人研究并证实了沥青胶浆存在临界体积分数，当粉胶比超过该比例时，矿粉颗粒就不会被完全润湿，导致没有自由沥青，影响形成的沥青胶浆与集料的黏附性，因而影响沥青混合料的抗水损害性能。邵显智等人通过扫描电子显微镜观察分析沥青胶浆的微观特性，并通过材料微观形貌学，观察不同粉胶比下的沥青胶浆的界面形貌，起初随着粉胶比上升沥青胶浆的结合界面趋于稳定，矿粉被沥青包裹良好，粉胶比进一步增加时，矿粉不易分散到沥青中，会导致部分矿粉之间抱团，使黏附性变差，最佳粉胶比在0.8左右。

综上所述，沥青混合料粉胶比是沥青混合料抗水损害性能得重要因素，且大部分研究都是经验性的定性分析，且个别试验较为复杂，试验仪器昂贵，试验结果直观程度良好，因此本论文将通过定量指标来量化不同粉胶比下沥青胶浆抗内部开裂性能，进而评价沥青混合料得抗水损害性能。

1.2.2矿粉类型对沥青混合料抗水损害性能影响

1914年《填料在沥青混合料中的作用》在美国出版，提出了填料在沥青混合料中得重要性，并强调填料种类会对沥青混合料产生影响。在20世纪30年代前后，一些道路工作者们证实了填料在沥青混合料中的作用，说明填料可增大沥青胶结料的劲度，同时说明填料种类对其影响较大。之后经过研究者们的进一步研究，矿粉类型会影响沥青混合料的性能，特别是沥青混合料的水稳定性能造成影响。

表3 矿粉类型对沥青混合料性能影响研究成果

矿粉类型	实验条件	对混合料性能影响
对高温性能影响	车辙因子测试	矿粉类型对车辙因子有很大影响，矿粉类型对其抗车辙性能十分重要
对低温性能影响	BBR试验	不同矿粉类型的低温性能指标有较大差距。
对水稳定性影响	冻融劈裂试验	不同矿粉下的沥青混合料劈裂强度差距较大。

早期对矿粉类型对沥青混合料抗水损害性能验证是选取几种不同种类矿粉，在同一条件下制备沥青混合料试件进行冻融劈裂试验，浸水马歇尔稳定度试验等验证沥青混合料抗水损害性能从而得到结论。之后也有从微观界面结构来分析其沥青胶浆的性能。谭忆秋等人通过采用动态力学分析（DMA）和热力学分析（DSC）来研究石灰岩矿粉，花岗岩矿粉和安山岩矿粉三种矿粉与沥青界面层厚度与交互作用参数进行计算分析，并和沥青与填料的黏附特性进行一致性分析。现如今矿粉类型已经不局限于矿粉种类和化学成分对沥青混合料抗水损害性能进行分析。一些研究者从矿粉的平均粒径、0.02mm以下的颗粒含量、矿粉的比表面积等矿粉指标进行水稳定性能验证，并认为这几项指标可以鉴别矿粉性能的好坏，并对沥青混合料的路用性能具有一定的指导作用。

随着表面能理论的成熟，修正毛细上升法试验可以很好的表征填料等粉末状固体的表面能。相关研究人员通过使用该试验得到不同填料种类的表面能参数，并分析不同填料的极性酸碱分量有很大的差异，非极性分量差异较小。通过计算在干燥环境下和潮湿环境下的黏附功和剥落功，分析填料的水敏感性。

1.3.主要研究内容及创新点

1.3.1主要研究内容

针对现有研究不足，提出关键科学问题：如何定量描述填料种类和粉胶比对沥青胶浆内聚结合能的影响。主要研究了以下几方面内容：

（1）基于表面能理论对比沥青与填料类型的黏附性能。

通过制备不同填料类型沥青胶浆玻片，采用插板法测试其表面能参数，得到沥青胶浆的内聚结合能，分析不同填料类型对沥青胶浆内聚结合能的影响，以此来分析相应的黏附性能。

（2）基于表面能理论对比不同粉胶比的沥青胶浆的黏附性能。

通过制备不同粉胶比下的沥青胶浆玻片，然后采用插板法测试其表面能参数，并通过计算得到沥青胶浆的内聚结合能，分析不同粉胶比对沥青胶浆的内聚结合能的影响，以此来分析相应的黏附性能。

（3）对比沥青胶浆黏附性能和沥青与集料界面黏附性能。

对比分析集料和填料的表面能参数，并通过查阅文献分析沥青胶浆和沥青与集料的界面行为，对比分析二者黏附性能的差异。

1.3.2本文创新点

基于表面能理论，探究集料-沥青界面的抗开裂性能与沥青胶浆的抗开裂性能具有明显差别的根源，确定影响沥青胶浆黏附性能的关键影响因素。

2. 研究的基本内容与方案

2.主要研究内容与思路

2.1沥青混合料粉胶比对沥青抗水损害性能的影响

2.1.1沥青混合料粉胶比的定义与计算方法

现阶段研究沥青混合料粉胶比的定义为以下两种：①沥青混合料中矿粉填料质量与沥青的质量比；②沥青混合料中小于0.075mm的集料质量百分率同有效沥青含量的质量百分率的比值。本文为了能够更好的表征沥青混合料粉胶比对沥青抗水损害性能，采用的是通过0.075mm方口筛的填料质量与沥青的质量比，计算公式如下：

本文先根据我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）推荐的粉胶比范围确定不同比例的粉胶比，在室内实验室使用机械搅拌器倒入约200g沥青并测其质量，通过粉胶比和沥青质量反算需要加入0.075mm方口筛的填料质量，最后得到该粉胶比下的沥青胶浆。

2.1.2沥青混合料粉胶比对沥青与细集料界面黏附性的影响分析

对沥青胶浆的界面机理、沥青与填料的交互作用模型主要采用J.A列宾捷尔提出的，即沥青与填料交互后形成一层膜，在膜内的沥青称为结构沥青，以外称为自由沥青。当粉胶比较小时，结构沥青较少，自由沥青过多，填料被沥青包裹良好，且随着粉胶比的增加，沥青胶浆的结合界面趋于稳定，结构沥青增多，增加了结合强度，因而抗水稳定性提高。但当到达某一峰值，随着粉胶比增加，部分矿粉未被沥青完全包裹，界面黏结环境变差，易出现填料结团现象，起黏结作用的自由沥青很少，黏附效果降低，从而抗水损害能力降低。从界面分析粉胶比对沥青与集料界面黏附性分析可以看出起初随着粉胶比的增大，黏附性能逐渐提高，之后会存在一个峰值，粉胶比超过该峰值随着粉胶比增大，黏附性能逐渐降低，因此找到合适得粉胶比对道路工程具有重要意义。

（1）试验方案

根据我国规范推荐适合粉胶比范围为0.8-1.2，故确定粉胶比为0.6、0.8、1.0、1.2五档变量进行试验分析。

表4 试验材料选用

矿粉类型	沥青类型	粉胶比
石灰岩矿粉	70号基质沥青	0.6、0.8、1.0、1.2
花岗岩矿粉	SBS改性沥青

（2）沥青胶浆的制备及注意事项

沥青胶浆的制备方案对沥青胶浆的成品性质有很大影响，保证沥青胶浆的成品，使矿粉在沥青中分布均匀，防止矿粉结块，其制备工艺很重要，制备过程如下：

①确定粉胶比和沥青胶浆的质量，计算出需要的沥青质量和填料质量。将本文采用的沥青放入旋转恒温烘箱中（基质沥青加热温度为135℃；SBS改性沥青加热温度为170℃）加热一小时左右，使沥青流动性比较完好，将所需质量的沥青导入金属容器中，并称量质量。

②在沥青加热过程中将所需填料过0.075mm的方孔筛，放入金属容器中并放到烘箱中加热1h（加热温度同沥青加热温度一致），填料的粒径较小，更容易吸收空气中的水分，加热的目的是烘干填料中的水分，防止水分影响沥青胶浆的黏结性，影响填料在沥青中的均匀分布。

③将称好质量的沥青放入机械搅拌器（如图2）内，设置机械搅拌器的保温温度和转数（1000r/min），少量、多次加入填料，每次加入前应保证沥青表面没有浸没的填料再加入。待所有矿粉加入到沥青后，继续搅拌15分钟，以使沥青和矿粉完全混合均匀（如图3）。

图2 机械搅拌器实物图

图3 搅拌过程中的沥青胶浆

（3）沥青胶浆的表面能试验

对混合好的沥青胶浆进行表面能测定试验，采用的方法为插板法，该方法选取4种已知表面能参数测试试剂，运用力学平衡原理（图4）测试浸入测试试剂前后的受力变化，计算沥青浸入和撤出测试试剂过程中分别形成的前进接触角与后退接触角。通过联立Young-Dupre方程求解得到集料表面能参数，表达式如下：

式中：-涂膜玻片浸入试剂前后张力仪受力变化差值；-涂膜玻片的宽度及厚度；-玻片浸入试剂深度；-试剂与空气密度差值；-试剂的表面张力。

图4 插板法示意图

2.1.3沥青混合料粉胶比对沥青混合料抗水损害性的影响分析

国内外研究表明，沥青混合料水损害主要由两种表现形式：一种是沥青或沥青胶浆的内部产生开裂，即内聚开裂；另一种是沥青与集料界面之间产生的黏聚开裂。再基于表面理论，沥青胶浆的内聚开裂可以用沥青胶浆的内聚结合能来定量表征，内聚结合能越大，沥青胶浆抗内部开裂性能越好。内聚结合能可由试验测得的沥青胶浆的表面能参数带入公式计算可得；沥青与集料界面之间得抗黏聚开裂可以用沥青-集料两相材料的黏附结合能来定量表征，沥青-集料黏附结合能越大，沥青胶浆与填料的抗开裂性能越强。同样通过测得的沥青胶浆与集料得表面能参数进行公式计算。相关表达式如下：

式中：-沥青胶浆的内聚结合能；-沥青-集料的黏附结合能

通过上述方式得到沥青胶浆的表面能参数、沥青胶浆的内聚结合能和沥青胶浆-集料的黏附结合能，并对其进行数据分析，深层次探究沥青混合料粉胶比对沥青混合料抗水损害性能的影响。

一些研究人员通过上述方法测得不同粉胶比的沥青胶浆表面能参数，测试结果如表（5）所示。

表（5）沥青胶浆的表面能参数

沥青 种类	粉胶比
70号基质沥青	0.6	17.66	1.34	5.94	5.65	23.30
0.8	17.67	0.30	10.32	3.52	21.19
1.0	16.86	0.73	9.21	5.19	22.05
1.2	17.88	1.24	5.74	5.34	23.22
SBS改性沥青	0.6	17.50	1.35	7.31	6.29	23.79
0.8	17.32	0.46	7.72	3.78	21.10
1.0	17.75	1.11	5.57	4.97	22.72
1.2	17.97	1.91	3.87	5.43	23.41

2.2.填料种类对沥青水损害的影响

2.2.1沥青混合料常用填料种类对比分析

目前道路沥青混合料拌合工程中常用的填料种类有花岗岩、安山岩、石灰岩、玄武岩等。每一种填料都有他自身的性质和特点才会在工程中得以应用，其性质如下：

表6 不同填料的类型性质和特点

集料名称	酸碱性	特点
花岗岩	酸性	属于岩浆岩，是最常见的岩石之一，结构一般呈斑块状，主要矿物为石英、钾长石、斜长石等。质地坚硬，耐磨性好。相应填料的比表面积较大，表面结构复杂，微孔较多。
安山岩	酸性和中性	安山岩为中性喷出岩，一般为灰绿、紫色主要矿物成分主要为斜长石、辉石、绿泥石﹑安山质玻璃等组成。二氧化硅含量变化较多。
石灰岩	碱性	石灰岩是分布最广的沉积岩之一，主要成分为碳酸盐岩方解石，易溶蚀，二氧化硅含量很低，一般低于10%，硬度不大。颜色一般为灰色或白色，其填料具有较小的比表面积，在质量不变的情况写与沥青的接触面积较小，但黏结性能较强，是工程中最常用的填料。
玄武岩	碱性	玄武岩属于火山岩，是一种喷出岩，其化学成分与辉长岩相似，主要由长石、辉石、橄榄石等主要成分构成，二氧化硅含量为45%-52%，形状多为气孔、斑状。安山岩与玄武岩常不易区别﹐一般认为﹐SiO2含量52%﹐色率(暗色矿物在火成岩中的含量通常称为色率)40%的为安山岩；反之为玄武岩。

本文主要用以上四种填料分析不同填料种类对沥青胶浆的黏附性能和对沥青混合料抗水损害性能进行分析。

2.2.2填料种类对沥青与细集料界面黏附性的影响分析

填料种类决定了填料的很多特性，每一个特性都会影响沥青与细集料界面黏附性能，本文将对由填料种类决定的每一个特性进行阐述分析：

（1）矿物成分：不同填料的矿物成分不同，矿物成分的不同会导致沥青的黏附性能不同，沥青属于酸性材料，故与碱性填料的黏附性能高于酸性填料的黏附性能。

（2）填料表面构造：矿粉类型决定了填料的表面构造。从微观角度分析，不同类型填料的粗糙程度不同，当填料粗糙且高低不平时，相当于增加了填料的表面积，即当填料与沥青混合时，填料与沥青的黏结面积较大，这样的黏结力更大。填料的表面结构还包括空隙与裂缝，会通过毛细效应吸入沥青，使沥青渗入填料内部，增加了总黏结面积。而表面较为光滑的填料黏结面积小，故黏附性能也弱。

（3）填料形状：在同一加工工艺下会由于填料种类得不同导致矿粉形状不同。当矿粉为块状、富有棱角得形态，黏结性能较强，而呈现针片状、棱角较少的矿粉不利于和沥青进行黏结。

（4）细度：细度是指填料的总体粗细程度，虽然填料的细度和加工工艺有必不可少的关系，但也和填料种类是分不开的。细度不同，平均粒径不同，比表面积就会不同，影响与沥青的界面黏结。

综上所述，填料种类是决定沥青与填料界面黏附性的重要因素之一，选择良好的填料，有利于提高沥青与填料的黏结程度，可通过沥青与填料的黏附结合能来定量表征。

2.2.3填料种类对沥青混合料抗水损害性的影响分析

填料种类对沥青混合料抗水损害性能分析类比粉胶比对沥青混合料抗水损害性能分析，分析不同填料的不同特性对黏附性能的影响。同样通过沥青胶浆的表面能参数，不同填料种类下沥青胶浆的内聚结合能和沥青胶浆-集料的黏附性能，并结合先研究阶段对沥青胶浆的微观界面进行系统分析，寻找性能良好的填料，为工程中选用填料提高有价值的参考意见。

本文讨论的填料类型为石灰岩、安山岩、花岗岩三种矿粉，分别制成粉胶比为0.8、1.0、1.2三种粉胶比下的沥青胶浆，通过插板法测试沥青胶浆的表表没能参数，并带入公式计算评价指标，依据评价指标评价不同填料种类对沥青混合料抗水损害性。

2.3.沥青胶浆与沥青与集料界面黏附性能差异性分析

2.3..1矿粉与粗集料表面能差异性分析

现阶段研究表明集料矿物成分、平均粒径、表面粗糙程度、比表面积等集料指标影响与沥青之间的黏附性能。粗集料与沥青的黏附性能研究较为成熟。我国

现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中“沥青与粗集料的黏附性试验”，对最大粒径大于13.2mm采用水煮法，对于最大粒径小于或等于13.2mm的采用水浸法进行黏附性能验证试验，从而反映试验集料和沥青的水稳定性能。该试验方法虽简便、用时较短、试验结果直观明显，但试验指标不定量，试验条件不易控制，评价主观性较强，评价结果因人而异。且对不同改性沥青之间黏附性大小的灵敏性较差，故该方法存在一定缺陷。国外也有很多方法来验证集料与沥青的黏附性能试验方法。如美国公路战略研究计划（SHRP）采用净吸附法进行黏附性和水敏感性评价，适用于2.36-4.75mm的集料，在沥青-水-集料体系中集料表面对沥青吸附作用以及遇水沥青膜脱落的特性，通过剥落率和吸附率作为评价指标。该方法外界环境干扰小，定量指标误差小，但操作较为复杂，且要求较高。光电比色法，适用于2.5-5mm的集料，同样通过计算沥青膜的剥落率作为评价指标。该方法人为因素影响小，定量描述黏附性，但是试验操作较高，且因为试验结果还包括沥青从集料剥离但没剥落的部分，故评价指标普遍偏大，数据重视程度不高等。

针对以上试验方法的种种缺陷，表面能理论的成熟和表面能指标测定试验的成熟，逐渐被大家广泛接受，并对沥青与集料的界面从微观上进行深入研究，利用表面自由能理论来研究沥青混合料，取得一些科研成果。该方法操作简单，可定量评价试验指标，试验结果准确。本文将运用表面能理论测得填料与同样矿物得集料表面能参数，分析矿粉与粗集料差异性。

测定粗集料表面能参数的试验方法主要有静滴法和蒸气吸附法。其中静滴法是早不然温度湿度下，通过光学影响捕捉试剂滴落在表面抛光处理的集料样品形成的接触角，由于集料的表观特性，很难在集料表面抛光出光滑的表面，同时抛光还会改变集料天然的表观特性，导致评价结果出现误差。蒸气吸附法操作简单，因为试验环境密封，故不受外界因素影响，保留集料天然表观性能，试验结果可靠，国际认可度高。本文采用蒸气吸附法测定粗集料表面能参数。该方法通过选取三种试剂，向集料中通入试剂蒸气，通过吸附蒸气能量平衡建立方程，通过联立Young-Dupre方程求解得到集料表面能参数，表达式如下：

式中：-集料与测试试剂黏附能；-集料表面吸附试剂后表面能减少量（扩散压力）；-集料的表面能非极性色散分量；-集料的表面能极性酸分量；-集料的表面能极性酸分量；-测试试剂的表面能非极性色散分量；-测试试剂的表面能极性酸分量；-集料的表面能极性碱分量。

试验仪器采用DMA，即磁悬浮重量平衡系统（如图5），试验前应保证集料预处理充分，减小误差，并保证试验过程中集料达到饱和平衡状态。

图5 磁悬浮重量平衡系统实体图

测量填料表面能本文采用改进毛细上升法，试验仪器采用全自动表面张力仪（如图6）。选取四种测试试剂，先得到测试样品时间t与质量变化量的平方关系曲线，之后通过计算测试试剂与固体之间的扩散压力，联立方程组得到填料的表面能参数（表达式如下）。试验过程中应注意填料充分加热干燥，避免水分对试验产生作用力干扰。填料装样密实度尽量一直，以免测试得到毛细管半径不同，影响试验准确性。

式中：-毛细管有效半径；-试剂黏度；-试剂密度。

图6 全自动表面张力仪实体图

一些研究人员通过以上两种方法分别测得不同矿物成分集料和填料的表面能参数，测试结果如表8所示。

类型	表面能参数
角闪岩（矿粉）	76.54	9.39	1647.60	248.71	325.25
角闪岩	85.04	0.39	373.22	24.24	109.27
辉绿岩（矿粉）	71.28	2.66	1512.74	126.81	198.10
辉绿岩	81.78	3.88	109.5	41.21	122.99
花岗岩（矿粉）	48.37	0.67	1137.90	55.11	103.47
花岗岩	85.82	3.03	211.32	50.57	136.39
砾石（矿粉）	70.96	11.14	919.80	202.41	273.37
砾石	84.32	5.76	274.06	79.49	163.81
石灰岩（矿粉）	94.69	2.09	1032.36	92.93	187.62
石灰岩	155.28	1.52	348.64	46.04	201.32

表8 填料与集料的表面能参数

通过观察对比同一矿物的集料和填料的表面能参数，可以看出同一矿物成分的集料和填料集料的表面能参数差距较大，其中集料的表面能非极性色散分量普遍比填料的表面能非极性色散分量大，集料的表面能极性酸碱分量普遍比填料的表面能极性酸碱分量小。从表面能角度可知由于集料和填料的表观特性等不同，二者与沥青之间的黏附性能不能相提并论，无法通过集料的黏附性能推出填料的黏附性能。

2.3.2沥青胶浆和沥青与集料界面黏附性能差异性分析

通过一系列的表面能试验和表面能参数数据分析，可知集料与填料的表面能参数差异较大，二者与沥青之间的黏附性能不能相提并论，无法通过集料的黏附性能得到填料的黏附性能。而集料与填料的主要差别为表观特性的不同，即集料与填料的粒径大小，表面粗糙程度等不同，一些研究人员采用电子显微镜观察填料和集料在沥青中的界面情况，发现集料与沥青形成的结构沥青的沥青油膜厚度低于集料粒径，填料与沥青形成的结构沥青的沥青油膜厚度大于填料粒径，这也是造成界面黏附性差异的原因之一。由于沥青与集料、沥青胶浆的界面结合能是在完全干燥及有液态水条件下分析，并未设计不同相对湿度下的结合能研究，一些研究者采用水汽运动与表面能结合进行分析气态水通过扩散作用将沥青膜与集料分离的研究来分析界面黏附性能差异得到一定成就。

3. 研究计划与安排

2020.1.20——2020.3.1	开展论文前期工作，包括收集，准备参考资料，查询文献并且熟悉题目要求，形成实习任务书及计划分解。
2020.3.1——2020.3.25	完成毕业论文开题报告的撰写与英文文献的翻译任务，经指导老师签字认可，由系审定后进入下一阶段。
2020.3.25——2020.4.5	分析不同粉胶比下沥青胶浆插板法测试其表面能参数，并进行数据处理，分析不同粉胶比下沥青胶浆的黏附性能。
2020.4.5——2020.4.15	分析不同填料下沥青胶浆插板法测试其表面能参数，并进行数据处理，分析不同填料类型下沥青胶浆的黏附性能。
2020.4.15——2020.4.25	分析填料和集料表面能参数的差异，得到填料
2020.5.1	根据之前的试验分析，完成毕业论文初稿
2020.6.1	形成完善的论文,并完成毕业设计答辩工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] bhasin a,little d n. characterization of aggreate surface energy using the universalsorption device [j]. journal of materials in civil engineering, 2007,19(8):634-641.

[2] tan y, guo m.using surface free energy method to study the cohesion and adhesion of asphaltmastic[j]. construction building materials, 2013, 47(5):254-260.

[3] kong l, mo s,wang n. high-temperature performance of asphalt mortar using surface andinterface theory[j]. journal of materials in civil engineering, 2014, 27(8).