基于AFM与表面能原理的沥青与集料粘附特性分析

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1、硕士学位论文基于AFM与表面能原理的沥青与集料粘附特性分析ASPHALTANDAGGREGATEADHESIONCHARACTERISTICSANALYSISBASEDONTHEPRINCIPLEOFAFMANDTHESURFACEENERGY庞骁奕哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：U416.217学校代码：10213国际图书分类号：625.8密级：公开工程硕士学位论文基于AFM与表面能原理的沥青与集料粘附特性分析硕士研究生：庞骁奕导师：冯德成教授申请学位：工程硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:U416.217U.D.C:625.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringASPHALTANDAGGREGATEADHESIONCHARACTERISTICSANALYSISBASEDONTHEPRINCIPLEOFAFMANDTHESURFACEENERGYCandidate：PangXiaoYiSupervisor：Prof.FengDeChengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Comm

3、unicationandtransportationEngineeringAffiliation：SchoolofTransportationScienceAndEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要沥青与集料之间的粘附性在沥青路面的高温抗车辙、低温抗裂、水损害乃至疲劳微裂纹的萌发等方面具有至关重要的作用，对路面的使用品质与寿命，以及行车的安全性与舒适性也有一定影响。随着表面能理论的发展与应用，其在研究沥青与集

4、料的粘附性、沥青混合料的水损害等方面有着明显的有效性与可行性。由于近几年材料微观研究的快速发展，AFM测试技术日趋成熟，并且在分析材料微观物理力学性质方面优势明显。因此，本文以表面能理论为基本分析原理，采用AFM作为主要研究手段，通过微观与宏观相结合的方式研究沥青与集料的粘附特性，以期为沥青混合料的材料设计与耐久性评价提供一定的技术指导。首先，针对沥青与集料试样的特性，提出了适用于原子电力显微镜测试技术的试样制备和试验方法，并通过样品测试数据稳定性分析，验证了试验方法的有效性。其次，对不同油源、标号、老化状态的沥青和不同种类的集料开展了表面微观构造测试。根据沥

5、青与集料的表观形貌测试结果，定性的评价沥青与集料的表面微观构造特点。利用MATLAB区分沥青表面特征结构，并结合SPSS统计分析结果与沥青三维形貌图分析沥青表面微观构造在老化前后的变化规律。结合沥青在不同老化程度下的化学四组分变化规律，定量研究沥青表面微观构造的影响因素与形成原因。然后，在AFM不同测试模式下有针对地获取集料与沥青表面的力曲线，结合选定的表面能模型与相关计算理论，确定集料与沥青表面各区域的表面能，并分析不同模型的适用性和可行性。将得到的表面能与常规座滴法的计算结果进行比较，分析新旧方法的差异来源。根据沥青的微观特征构造与化学组分信息，研究其与沥

6、青表面能之间的相关性，并分析表面能的影响因素。最后，将不同沥青与不同集料进行宏观拉拔试验，从而评定沥青与集料间的宏观粘附力学特性。根据拉拔试验结果，综合分析沥青与集料的表面能参数、表面微观构造信息与宏观粘附力学特性的相互联系，进而在微观层面上探讨粘附性形成机理与改善粘附性的方法。根据研究成果，综合拟定一套沥青与集料粘附特性的预估与评价指标。关键词：界面粘附特性；表面能；原子力显微镜；微观构造；力曲线-I-AbstractAbstractAsfortheasphaltpavement,theadhesionbetweenasphaltandaggregatein

7、terfacehasanapparentinfluenceonhigh-temperaturerutting,low-temperaturecrackresistance,moisturedamageandeventhegerminationoffatiguecracks.Furthermore,itwillaffectthequality,durability,safetyaswellascomfort.Withthedevelopmentandapplicationofthesurfaceenergytheory,itseemsthatthistheory

8、hasanobviouseffecti