一种基于动态剪切流变试验的集料‑胶浆弱边界层性能测试方法技术

一种基于动态剪切流变试验的集料‑胶浆弱边界层性能测试方法，本发明专利技术涉及一种路面材料性能测试方法。解决现有沥青混合料多尺度力学特性研究中缺少对集料‑胶浆界面弱边界层性能表征的问题。方法：首先将粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板安装在动态剪切流变仪内，然后将试验环境仓温度升温，再将胶浆试件置于流变仪下基板的岩石基板上，将胶浆试件厚度压缩至L1，试验测试胶浆试件的动态剪切复数模量G1，测试其他待测胶浆厚度Li的动态剪切复数模量Gi，通过L1～Li、G1～Gi计算各L/G比值，绘制L/G‑L曲线图，并按照公式进行非线性拟合，然后得到岩石集料‑胶浆弱边界层性能表征参数α、A。

A mortar aggregate dynamic shear rheological tests based on weak boundary layer performance test method

A mortar aggregate dynamic shear rheological tests based on weak boundary layer performance test method, the invention relates to a method for pavement performance test. To solve the existing asphalt mixture on mechanical properties of multi scale in the lack of mortar interface set material characterization of weak boundary layer. Methods: firstly, stick on substrate and substrate sticky rock rock substrate under the substrate mounted on the dynamic shear rheometer, then test the temperature environment room temperature, test piece is placed in the mortar rock substrate on the lower substrate rheometer, the mortar specimen thickness to L1 compression test, dynamic shear test of mortar. Modulus of G1 parts, test the other tested Li mortar thickness dynamic shear complex modulus Gi by L1 ~ Li, G1 ~ Gi to calculate the ratio of L/G, L/G drawing L curve and nonlinear fitting according to the formula, and then get the rock aggregate mortar weak boundary layer characterization parameter, A.

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态剪切流变试验的集料-胶浆弱边界层性能测试方法
本专利技术涉及一种路面材料性能测试方法。
技术介绍
沥青路面凭借其优良的路用性能与耐久性广泛应用于高速公路建设中，作为路面材料的沥青混合料是一种典型非均匀各向异性的多相颗粒复合材料，其整体宏观物理力学特性取决于各组成材料细微观力学行为以及各组成间交互作用，具有显著的多尺度特性。沥青混合料多尺度力学特性研究对于路面材料性能预测、组成设计以及高性能材料研发都具有重要推动作用，因而其受到国内外学者的广泛关注。而其中对于沥青混合料中集料与沥青胶浆粘附特性的研究成为沥青混合料多尺度力学特性研究的热点，这也是实现混合料微观-宏观力学特性研究与尺度跨越机制的关键之一。由于集料与沥青胶浆具有完全不同的化学组成与物理力学特性，其集料-胶浆粘附界面也就成为性质相异的两相过渡区，这往往成为沥青混合料变形破坏的薄弱区。集料-胶浆界面粘附行为极为复杂，不仅受到二者表面物理化学性质的影响，而且对界面交互作用与粘附特性十分敏感，因此通常将在集料-胶浆界面处与粘附两相性质不同的区域称为弱边界层。集料-胶浆界面弱边界层结构示意图如图1所示，1为沥青胶浆，2为集料-胶浆交互作用，3为粘附界面，4为粘附缺陷，5为集料表面；从图中可以看出：由于沥青胶浆中极性分子与集料表面活性点位间分子间交互作用，沥青胶浆粘接在具有复杂表面结构的集料表面，但胶浆与集料表面并非紧密完美粘结，而存在机理复杂形式各异的粘附缺陷。这些粘附缺陷主要来自于集料表面难以避免的微裂纹、微气孔以及粘附过程中存在的残余应力等，其导致了集料-胶浆的弱边界层的出现。然而，胶浆酸性沥青酸酐与集料表面碱性矿物间的交互作用为集料-胶浆界面提供了粘附强度，并且分子间的交互作用随着与集料表面距离的增大而衰减，进而使得粘附界面产生了一定厚度的弱边界层。集料-胶浆粘附弱边界层的物理力学特性是产生两相粘结强度本质原因，其对沥青混合料整体的力学特性以及环境耐久性具有重要影响，因此，提出集料-胶浆粘附弱边界层的测试方法，对于沥青混合料的多尺度力学特性分析预测以及性能优异的材料研发设计都具有重要意义。综上所述，本专利技术要解决现有沥青混合料多尺度力学特性研究中缺少对集料-胶浆界面弱边界层性能测试的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决现有沥青混合料多尺度力学特性研究中缺少对集料-胶浆界面弱边界层性能测试的问题，而提供一种基于动态剪切流变试验的集料-胶浆弱边界层性能测试方法。一种基于动态剪切流变试验的集料-胶浆弱边界层性能测试方法是按以下步骤进行：一、将矿粉置于温度为100℃～110℃的烘箱中烘干，然后将烘干后的矿粉与沥青分别置于温度为155℃～165℃的烘箱中，加热4h～6h，得到加热矿粉和加热沥青；二、将加热沥青置于温度为155℃～165℃的恒温容器中，在搅拌速度为350r/min～450r/min的条件下，将加热矿粉逐份加入到加热沥青中，搅拌均匀，得到沥青胶浆；所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为(0.8～1.2):1；三、将沥青胶浆制成圆饼状，然后干燥冷却，得到胶浆试件；当试验测试温度高于35℃时，胶浆试件直径为25mm；当试验测试温度低于35℃时，胶浆试件直径为8mm；四、将天然岩石切割成上下表面平行的岩石板，然后用金刚砂或碳化硅磨料对岩石板上下表面进行精细抛光，得到抛光后的岩石板；所述的抛光后的岩石板厚度为5mm～8mm；五、用电动取芯机对抛光后的岩石板进行取芯，得到芯样，然后用锉手动磨去芯样上不规则残片，得到圆柱形岩石芯样；所述的圆柱形岩石芯样的直径与胶浆试件的直径相同；六、用水清洗圆柱形岩石芯样并常温下干燥，得到水洗后的岩石芯样，然后用易挥发有机溶剂浸泡水洗后的岩石芯样，最后干燥备用，得到岩石基板；七、用环氧树脂胶黏剂将两个岩石基板分别粘接在动态剪切流变仪的上下基板表面，常温固化，得到粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板；八、将粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板安装在动态剪切流变仪内，粘有岩石基板的上基板中岩石基板向下设置，粘有岩石基板的下基板中岩石基板向上设置，且两个岩石基板中心对称，然后对动态剪切流变仪进行惯性矩、摩擦和基板位置矫正后，最后将试验环境仓温度升温至高于胶浆试件中沥青软化点温度；九、将胶浆试件置于动态剪切流变仪下基板的岩石基板上，设待测胶浆厚度为L1，所述的胶浆试件厚度为L1+250μm，首先向下调节动态剪切流变仪的上基板，使得胶浆试件厚度压缩至L1+50μm，再将试验环境仓温度调节至试验测试温度，用酒精灯加热刮刀，用热刮刀刮除边缘挤出的胶浆，直至刮除后的胶浆边缘为平滑圆柱侧面，然后向下调节动态剪切流变仪的上基板，将胶浆试件厚度压缩至L1；所述的L1≤1000μm；十、关闭动态剪切流变仪试验环境仓门，然后将试验环境仓在试验测试温度下保温至少600s，再对动态剪切流变仪设置试验条件，然后试验测试胶浆试件的动态剪切复数模量G1，试验完成后，将试验环境仓温度升温至高于胶浆试件中沥青软化点温度，用易挥发有机溶剂清理两个岩石基板表面；十一、重复步骤九和步骤十测试待测胶浆厚度Li的动态剪切复数模量Gi，所述的i＞1；十二、通过L1～Li、G1～Gi计算各L/G比值，绘制L/G-L曲线图，并按照公式(1)进行非线性拟合，然后得到岩石集料-胶浆弱边界层性能表征参数α、A；L＝待测胶浆厚度，单位μm，G＝胶浆试件的动态剪切复数模量，单位MPa，α＝岩石集料-胶浆交互作用影响因子，单位μm-1，A＝岩石集料-胶浆界面动态模量，单位MPa。当试验测试温度、动态剪切流变仪设置试验条件及胶浆试件相同的情况下，不同的天然岩石，α越大且A越高，表明岩石集料-胶浆粘附效果越好，弱边界层力学性质越优异。本专利技术的有益效果是：由于动态剪切流变仪原装的基板是不锈钢基板，而实际路面材料中是集料与胶浆接触，因此采用天然岩石替代原装不锈钢基板，模拟实际情况。本专利技术针对目前沥青混合料多尺度力学特性研究中缺少对集料-胶浆界面弱边界层性能测试，基于沥青材料常用的室内动态剪切流变试验方法，借助微观力学与粘弹基本原理，建立微观集料-胶浆界面行为与宏观力学行为的关联性，通过测试的宏观力学指标表征了微观的集料-胶浆弱边界层特性，进而实现对弱边界层性能的表征。本专利技术发掘了复杂微观弱边界层的本质机理，采用常规简单易操作、广泛应用的动态剪切流变试验，用简单常用的宏观力学指标提出弱边界层性能表征参数，表征集料-界面粘附界面行为特性，对科学研究与工程应用具有一定的推动作用。试验操作简单易行，试验原理清晰明确，试验数据测试与处理过程简单，对试验方法的推广应用提供了便利。本专利技术通过不同待测胶浆厚度L测试G，计算不同L/G比值，绘制L/G-L曲线图，并按照公式(1)进行非线性拟合，然后得到岩石集料-胶浆弱边界层性能表征参数α、A；L＝待测胶浆厚度，单位μm，G＝胶浆试件的动态剪切复数模量，单位MPa，α＝岩石集料-胶浆交互作用影响因子，单位μm-1，A＝岩石集料-胶浆界面动态模量，单位MPa；所述的岩石集料-胶浆交互作用影响因子α表征了岩石集料-胶浆中活性物质交互作用对界面弱边界层的影响强度，岩石集料-胶浆界面动态模量A表征了岩石集料-胶浆弱边界层在界面处的动态模量；当试验测试温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态剪切流变试验的集料‑胶浆弱边界层性能测试方法，其特征在于一种基于动态剪切流变试验的集料‑胶浆弱边界层性能测试方法是按以下步骤进行：一、将矿粉置于温度为100℃～110℃的烘箱中烘干，然后将烘干后的矿粉与沥青分别置于温度为155℃～165℃的烘箱中，加热4h～6h，得到加热矿粉和加热沥青；二、将加热沥青置于温度为155℃～165℃的恒温容器中，在搅拌速度为350r/min～450r/min的条件下，将加热矿粉逐份加入到加热沥青中，搅拌均匀，得到沥青胶浆；所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为(0.8～1.2):1；三、将沥青胶浆制成圆饼状，然后干燥冷却，得到胶浆试件；当试验测试温度高于35℃时，胶浆试件直径为25mm；当试验测试温度低于35℃时，胶浆试件直径为8mm；四、将天然岩石切割成上下表面平行的岩石板，然后用金刚砂或碳化硅磨料对岩石板上下表面进行精细抛光，得到抛光后的岩石板；所述的抛光后的岩石板厚度为5mm～8mm；五、用电动取芯机对抛光后的岩石板进行取芯，得到芯样，然后用锉手动磨去芯样上不规则残片，得到圆柱形岩石芯样；所述的圆柱形岩石芯样的直径与胶浆试件的直径相同；六、用水清洗圆柱形岩石芯样并常温下干燥，得到水洗后的岩石芯样，然后用易挥发有机溶剂浸泡水洗后的岩石芯样，最后干燥备用，得到岩石基板；七、用环氧树脂胶黏剂将两个岩石基板分别粘接在动态剪切流变仪的上下基板表面，常温固化，得到粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板；八、将粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板安装在动态剪切流变仪内，粘有岩石基板的上基板中岩石基板向下设置，粘有岩石基板的下基板中岩石基板向上设置，且两个岩石基板中心对称，然后对动态剪切流变仪进行惯性矩、摩擦和基板位置矫正后，最后将试验环境仓温度升温至高于胶浆试件中沥青软化点温度；九、将胶浆试件置于动态剪切流变仪下基板的岩石基板上，设待测胶浆厚度为L1，所述的胶浆试件厚度为L1+250μm，首先向下调节动态剪切流变仪的上基板，使得胶浆试件厚度压缩至L1+50μm，再将试验环境仓温度调节至试验测试温度，用酒精灯加热刮刀，用热刮刀刮除边缘挤出的胶浆，直至刮除后的胶浆边缘为平滑圆柱侧面，然后向下调节动态剪切流变仪的上基板，将胶浆试件厚度压缩至L1；所述的L1≤1000μm；十、关闭动态剪切流变仪试验环境仓门，然后将试验环境仓在试验测试温度下保温至少600s，再对动态剪切流变仪设置试验条件，然后试验测试胶浆试件的动态剪切复数模量G1，试验完成后，将试验环境仓温度升温至高于胶浆试件中沥青软化点温度，用易挥发有机溶剂清理两个岩石基板表面；十一、重复步骤九和步骤十测试待测胶浆厚度Li的动态剪切复数模量Gi，所述的i＞1；十二、通过L1～Li、G1～Gi计算各L/G比值，绘制L/G‑L曲线图，并按照公式(1)进行非线性拟合，然后得到岩石集料‑胶浆弱边界层性能表征参数α、A；...

【技术特征摘要】
1.一种基于动态剪切流变试验的集料-胶浆弱边界层性能测试方法，其特征在于一种基于动态剪切流变试验的集料-胶浆弱边界层性能测试方法是按以下步骤进行：一、将矿粉置于温度为100℃～110℃的烘箱中烘干，然后将烘干后的矿粉与沥青分别置于温度为155℃～165℃的烘箱中，加热4h～6h，得到加热矿粉和加热沥青；二、将加热沥青置于温度为155℃～165℃的恒温容器中，在搅拌速度为350r/min～450r/min的条件下，将加热矿粉逐份加入到加热沥青中，搅拌均匀，得到沥青胶浆；所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为(0.8～1.2):1；三、将沥青胶浆制成圆饼状，然后干燥冷却，得到胶浆试件；当试验测试温度高于35℃时，胶浆试件直径为25mm；当试验测试温度低于35℃时，胶浆试件直径为8mm；四、将天然岩石切割成上下表面平行的岩石板，然后用金刚砂或碳化硅磨料对岩石板上下表面进行精细抛光，得到抛光后的岩石板；所述的抛光后的岩石板厚度为5mm～8mm；五、用电动取芯机对抛光后的岩石板进行取芯，得到芯样，然后用锉手动磨去芯样上不规则残片，得到圆柱形岩石芯样；所述的圆柱形岩石芯样的直径与胶浆试件的直径相同；六、用水清洗圆柱形岩石芯样并常温下干燥，得到水洗后的岩石芯样，然后用易挥发有机溶剂浸泡水洗后的岩石芯样，最后干燥备用，得到岩石基板；七、用环氧树脂胶黏剂将两个岩石基板分别粘接在动态剪切流变仪的上下基板表面，常温固化，得到粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板；八、将粘有岩石基板的上基板及粘有岩石基板的下基板安装在动态剪切流变仪内，粘有岩石基板的上基板中岩石基板向下设置，粘有岩石基板的下基板中岩石基板向上设置，且两个岩石基板中心对称，然后对动态剪切流变仪进行惯性矩、摩擦和基板位置矫正后，最后将试验环境仓温度升温至高于胶浆试件中沥青软化点温度；九、将胶浆试件置于动态剪切流变仪下基板的岩石基板上，设待测胶浆厚度为L1，所述的胶浆试件厚度为L1+250μm，首先向下调节动态剪切流变仪的上基板，使得胶浆试件厚度压缩至L1+50μm，再将试验环境仓温度调节至试验测试温度，用酒精灯加热刮刀，用热刮刀刮除边缘挤出的胶浆，直至刮除后的胶浆边缘为平滑圆柱侧面，然后向下调节动态剪切流变仪的上基板，将胶浆试件厚度压缩至L1；所述的L1≤1000μm；十、关闭动态剪切流变仪试验环境仓门，然后将试验环境仓在试验测试温度下保温至少600s，再对动态剪切流变仪设置试验条件，然后试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：董泽蛟，刘志杨，周涛，杨晨辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23