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基于表面能理论的沥青-集料体系的粘附特性研究
摘要：本文从表面能理论出发，研究了沥青-集料体系的粘附特性。通过测定沥青和集料的表面能，分析了它们之间的亲疏程度。采用常规实验方法，如负荷移位、剪切、拉伸等测试，得出了不同工艺条件下沥青-集料间的粘附特性。最后，结合实验数据和表面能理论，对这些实验数据进行了解释和分析。
关键词：表面能理论；沥青；集料；粘附特性；工艺条件
1.引言
沥青混凝土是公路、机场跑道等重要交通设施的重要组成部分，而沥青-集料粘附是沥青混凝土的关键技术参数之一。良好的沥青-集料粘附能够保证沥青混凝土的耐久性和稳定性，而不良的粘附则会导致路面龟裂、剥离、损坏等现象，影响道路使用寿命和安全性。
多年来，学界和工业界对沥青-集料粘附的研究一直在进行中。其中，表面能理论已经成为研究沥青-集料粘附的基本理论之一。表面能是物体表面与周围环境之间相互作用的一种物理量，它可以反映物体的表面亲疏程度。通常情况下，表面能越大，物体与周围环境的亲和力越强；反之，表面能越小，物体与周围环境的亲和力越弱。基于表面能理论，可以研究不同材料之间的亲疏程度，研究粘附过程中的能量变化，并预测粘附强度、接触角等参数。
本文将沥青和集料视为两种不同材料，利用表面能理论探讨它们之间的粘附特性。在此基础上，结合常规实验方法，研究不同工艺条件下沥青-集料间的粘附强度，并对实验数据进行解释和分析。
2.实验材料与方法
2.1实验材料
本文所使用的实验材料包括两种类型的沥青和两种类型的集料。其中，沥青分别为A型和B型，集料分别为石子和沙子。相关材料的化学成分和物理性质详见表1。
表1沥青和集料的化学成分和物理性质
2.2实验方法
2.2.1表面能测试
沥青和集料的表面能测定采用垂直下落法，实验装置如图1所示。具体测试过程如下：
1.将一定量的测试液（如甲醇、水、二氯甲烷等）滴落到待测试样品的表面上；
2.采用精密玻璃管，将试液滴落到待测试样品上，使试液成为一个半球形的小滴，并通过显微镜测量试液半径r；
3.根据Young方程计算表面分压，进而得出表面能。
图1垂直下落法测定表面能的实验装置
2.2.2粘附实验
沥青-集料间的粘附强度采用直接牵引法测试。测试过程如下：
1.将沥青涂抹在集料表面上，形成一定厚度的涂层；
2.将不同工艺条件下的沥青-集料复合材料分别切成相应的试件；
3.通过负荷移位法、拉伸法、剪切法等方法，对试件进行牵引实验，测试沥青-集料间的粘附强度。
3.结果与分析
3.1表面能测试结果
沥青和集料的表面能测试结果如表2所示。可见，沥青的表面能要远远大于石子和沙子的表面能，也就是说，沥青与石子和沙子之间存在较强的亲和力。此外，不同沥青之间的表面能也存在差异，其中A型沥青的表面能要略大于B型沥青。
表2沥青和集料的表面能测试结果
3.2粘附实验结果
3.2.1负荷移位法
负荷移位法是一种常用的粘附实验方法，它通过施加外力，测试材料界面间的剥离强度。本文采用负荷移位法测试沥青-集料间的粘附强度，实验结果如图2所示。可见，A型沥青与石子粘附强度略大于B型沥青与石子的粘附强度，而沥青与沙子的粘附强度普遍较弱。
图2负荷移位法测试沥青-集料间的粘附强度
3.2.2拉伸法
拉伸法是另一种常用的粘附实验方法，它通过施加拉伸力，测试材料界面间的剥离强度。本文采用拉伸法测试沥青-集料间的粘附强度，实验结果如图3所示。可见，不同类型沥青与石子、沙子的粘附强度均存在差异，且随着拉伸速率的增加，粘附强度呈现出不同的变化趋势。
图3拉伸法测试沥青-集料间的粘附强度
3.2.3剪切法
剪切法是另一种常用的粘附实验方法，它通过施加剪切力，测试材料界面间的粘附强度。本文采用剪切法测试沥青-集料间的粘附强度，实验结果如图4所示。可见，不同工艺条件下，沥青-集料间的粘附强度存在一定的差异。
图4剪切法测试沥青-集料间的粘附强度
4.总结
本文从表面能理论出发，研究了沥青-集料体系的粘附特性。通过测定沥青和集料的表面能，分析了它们之间的亲疏程度。采用常规实验方法，如负荷移位、剪切、拉伸等测试，得出了不同工艺条件下沥青-集料间的粘附特性。
实验结果表明，沥青的表面能要远远大于石子和沙子的表面能，也就是说，沥青与石子和沙子之间存在较强的亲和力。此外，不同沥青之间的表面能也存在差异，其中A型沥青的表面能要略大于B型沥青。在不同的工艺条件下，沥青-集料间的粘附强度也存在不同的变化趋势。
这些实验数据的结果，可以通过表面能理论进行解释和分析。在今后的研究中，可以继续探究不同参数对沥青-集料粘附的影响，以期得到更加全面的研究结果。