一种表征集料与沥青粘附作用的方法技术

本发明专利技术涉及一种表征集料与沥青粘附作用的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将沥青放入烘箱中，加热至液态，基质沥青加热至120℃，改性沥青加热至160℃；步骤2：取少量沥青滴于标准尺寸的载玻片(1)一端，并放回烘箱中约10分钟，便于沥青充分散开，形成平整的沥青试样(2)；步骤3：将试样取出冷却至室温，用于试验；步骤4：选择合适的探针(3)并进行校准；步骤5：规定试样中间一块40μm×40μm的正方形区域为扫描区域，并选取正方形区域内的九个测试点；步骤6：利用原子力显微镜设备对测试点逐一测量粘附力，并计算粘附功。得到的试验指标可用于比较不同种类沥青与集料的粘附性能的好坏以及作为粘附性要求的规范标准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于道路工程沥青试验领域，涉及一种表征集料与沥青粘附作用的方法。
技术介绍
沥青混凝土的抗水损伤能力是影响沥青路面水稳定性的根本性因素。水稳定性不足会导致集料从路面剥离，并逐步形成坑洼，严重影响了路面的行驶质量和交通安全。路面研究人员对于沥青路面水损伤机理的研究还在不断深入，一般认为沥青与集料之间粘附作用的损失和沥青粘合剂的内聚力弱化是导致水损伤的主要原因。沥青与集料之间的粘附机理主要与以下两个方面有关：(1)沥青与集料之间的吸附作用和表面相互作用，主要受沥青与集料的化学活性，集料表面的粗糙程度及孔隙的影响；(2)沥青本身的内聚力，与沥青的粘度相关。因此，考虑沥青与集料之间的粘附性能是十分必要的。然而，现有的各种评价和分析沥青与集料粘附作用的试验方法都存在各种各样的问题，这里对主要的评价方法进行综述。(1)水煮法。用高温度的水(100℃左右)及较短的时间(3分钟左右)作为剥离裹附于集料表面沥青膜的手段，可用于检验粗集料与沥青粘附作用强弱，试验时间短，设备简单，沥青膜的剥落直观明显。然而，该方法的指标不定量，实验条件难以精确掌握，并且粘附等级的评定受人为因素影响大，主观性太强。对不同改性沥青之间粘附性大小的评定灵敏性差。(2)静态浸水法。用较高温度的水(80±1℃)及较长的时间(30分钟)作为剥离裹附于集料表面沥青膜的手段来评价粘附性。该试验采用的集料数量较水煮法多，实验结果较准确。但是与水煮法一样需要用肉眼判断剥落率的大小，人为因素影响较大。(3)光电比色法。将一定数量的裹附沥青的集料浸置于60℃的染料水溶液中，溶液的浓度已知，2小时后，因水浸而剥落的集料表面将吸附染料，使水溶液中染料浓度下降。染料浓度的下降可用分光光度计测定，从而计算出沥青膜的剥落率。该方法的粘附性指标完全量化，实验过程中人为因素影响较小。但是该方法的试验操作要求较高，并且数据偏大，因为实验结果不仅包括了沥青自矿料表面剥落缺点的百分率，也包括了沥青自矿料表面剥离但未剥落的百分率。此外，试验结果不仅与集料的品种、二氧化硅的含量有关，还受集料表面组织及结构的影响。(4)SHRP净吸附法。此方法是基于在沥青-水-矿料体系中，矿料表面对沥青有吸附作用以及遇水后水对沥青的置换作用使沥青薄膜剥落这一特性，将一定粒级的矿料放入沥青-甲苯溶液中一段时间，则会有一部分沥青吸附在矿料表面上，之后向沥青-甲苯溶液中加入一定量的水，那么水就会对吸附在矿料表面上的沥青进行置换。用分光光度计测出浓度，即可算出矿料对沥青的吸附量及加水后沥青的剥落量，从而可以计算出矿料表面上的沥青的剥落率或吸附率，以表征沥青与矿料的粘附性。相对于使用染料示踪，该方法直接用沥青-甲苯溶液中沥青浓度的改变来计算剥落率。误差小，外界干扰因素小，数据客观、重现性好。但是试验操作复杂，要求高，耗时长。上述的几种评价沥青与集料粘附作用的试验方法都是从宏观角度进行分析，且主要是考虑水对集料和沥青粘附作用的破坏，然而沥青与集料的分离还应考虑沥青本身内聚力损失的影响。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种操作简单，材料耗费少，测试结果准确直观的表征集料与沥青粘附作用的方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术表征集料与沥青粘附作用的方法采用的技术方案是：步骤1：将沥青放入烘箱中，加热至液态；步骤2：取沥青滴于标准尺寸的载玻片一面，并放回烘箱中约10分钟，便于沥青充分散开，形成平整的沥青试样；步骤3：将试样取出冷却至室温，用于试验；步骤4：选择探针并进行校准；步骤5：规定沥青试样中间一块40μm×40μm的正方形区域为扫描区域，并选取正方形区域内的九个测试点；步骤6：利用原子力显微镜设备对测试点逐一测量粘附力，分别测量探针针尖逐步接近沥青试样以及探针针尖逐步撤离沥青试样(2)两次过程的力学响应，并计算粘附功。其中，所述步骤2的沥青试样铺满于载玻片的一面。将沥青放入烘箱中加热至液态，其中，基质沥青加热至120℃，改性沥青加热至160℃。所述的探针为ScanAsyst-AIR探针。所述的探针的针尖选用氮化硅Si3N4针尖。所述步骤5的选取正方形区域内的九个测试点，其九个测试点测量位置为正方形的四条边和其中心；粘附力取九次测量的平均值。所述步骤6的粘附作用计算公式如下：γ=12Wadh=Dk4πR=F4πR]]>式中：γ——粘附功，单位dyne/cm，Wadh——粘附作用，单位dyne/cm，D——微悬臂的垂直变形，单位nm，k——微悬臂的刚度，单位nN/nm，F——粘附力，单位nN，R——针尖半径，单位μm。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)沥青的样品少，不需要制备沥青混合料，。(2)试验简单方便，减少人为操作。(3)直接量化粘附性测试的指标，直观地表征集料与沥青粘附作用的强弱。(4)采用的试验设备和测量技术属于纳米级，操作精细，数值精确。(5)从微观角度(纳米级)表征集料界面与沥青之间的粘结强度。(6)从微观角度(纳米级)表征集料界面与沥青之间的粘结-愈合能力。附图说明图1为沥青试样外观示意图；载玻片1、沥青试样2。图2为原子力显微镜探针外观示意图；探针3、针尖4、微悬臂5。图3为扫描探针原子力显微镜结构示意图；探针3、微悬臂5，激光二极管6，光电二极管7。图4为扫描区域示意图。具体实施方式本专利技术表征集料与沥青粘附作用的方法包括如下步骤：步骤1：将沥青放入烘箱中，加热至液态，基质沥青加热至120℃，改性沥青加热至160℃；步骤2：取少量沥青滴于标准尺寸的载玻片1一端，并放回烘箱中约10分钟，便于沥青充分散开，形成平整的沥青试样2；步骤3：将试样取出冷却至室温，用于试验；步骤4：选择合适的探针3并进行校准；步骤5：规定试样中间一块40μm×40μm的正方形区域为扫描区域，并选取正方形区域内的九个测试点；步骤6：利用原子力显微镜设备对测试点逐一测量粘附力，并计算粘附功。本专利技术的方案中所采用的粘附力测量设备为扫描探针原子力显微镜，属于纳米级的实验仪器，测量精度高。本专利技术的方案中所采用的探针针尖为氮化硅Si3N4针尖，探针与沥青的接触可以模拟集料-沥青的粘附作用。选取正方形区域内的九个测试点，其九个测试点测量位置为正方形的四条边和其中心；粘附力取九次测量的平均值。所述粘附作用计算公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表征集料与沥青粘附作用的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将沥青放入烘箱中，加热至液态；步骤2：取沥青滴于标准尺寸的载玻片(1)一面，并放回烘箱中约10分钟，便于沥青充分散开，形成平整的沥青试样(2)；步骤3：将试样取出冷却至室温，用于试验；步骤4：选择探针(3)并进行校准；步骤5：规定沥青试样中间一块40μm×40μm的正方形区域为扫描区域，并选取正方形区域内的九个测试点；步骤6：利用原子力显微镜设备对测试点逐一测量粘附力，分别测量探针针尖(4)逐步接近沥青试样(2)以及探针针尖(4)逐步撤离沥青试样(2)两次过程的力学响应，并计算粘附功。

【技术特征摘要】
1.一种表征集料与沥青粘附作用的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：将沥青放入烘箱中，加热至液态；
步骤2：取沥青滴于标准尺寸的载玻片(1)一面，并放回烘箱中约10分钟，便于沥
青充分散开，形成平整的沥青试样(2)；
步骤3：将试样取出冷却至室温，用于试验；
步骤4：选择探针(3)并进行校准；
步骤5：规定沥青试样中间一块40μm×40μm的正方形区域为扫描区域，并选取正方
形区域内的九个测试点；
步骤6：利用原子力显微镜设备对测试点逐一测量粘附力，分别测量探针针尖(4)逐
步接近沥青试样(2)以及探针针尖(4)逐步撤离沥青试样(2)两次过程的力学响应，并计算
粘附功。
2.如权利要求1所述的表征集料与沥青粘附作用的方法，其特征在于，所述步骤2
的沥青试样(2)铺满于载玻片的一面。
3.如权利要求1所述的表征集料与沥青粘附作用的方法，其特征在于，将沥青放入
烘箱中加热至液态，其中，基质沥青加热至120℃，改性沥青加热至160℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，廖辉，龚明辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32