基于胶浆-集料界面区结构优化的复合沥青混合料高性能化机理研究

针对胶浆与集料界面区微观结构对复合沥青混合料路用性能的直接影响，采用微观定量试验和数值模拟分析，通过集料种类选择、结合料用量设计以及超细矿渣粉和偶联剂等外掺剂的比例搭配，研究了胶浆与集料界面区的粘附性能，提出了界面区微观结构优化的材料技术途径；借助电子探针（EPMA）和Computerized Tomography（CT）等微观技术手段，揭示了界面区的产物构成和整体结构，构建了优化的界面区三维微观结构模型；根据界面区微观结构模型，结合界面区粘附性能试验最佳材料组成设计，明确了复合沥青混合料路用性能高性能化的技术和机理；组建结合料用量等关联因子，采用关联分析，阐析了界面区微观结构与混合料高性能化的关联性，建立了有效的通过界面区结构优化来改善混合料路用性能的材料组成体系；奠定了复合沥青混合料路用性能改善的理论基础。

本项目针对胶浆与集料界面区微观结构对复合沥青混合料路用性能的影响，借助于微观设备、模拟技术和关联性分析方法，研究了集料类型、水泥乳化沥青胶浆组成对胶浆与集料界面区粘附性能影响，分析了复合沥青混合料内部结构特征，优化并构建了混合料界面区微观结构模型，建立了混合料组成材料和微观结构与复合沥青混合料路用性能的关联性，提出高性能化技术途径。项目研究完成了计划的全部研究内容，未进行调整和变动。. 研究结果表明，水泥影响乳化沥青破乳，乳化沥青影响水泥水化，最终形成水泥、水化产物和沥青膜的互穿体系并逐渐硬化；水泥颗粒粒径尺寸与乳化沥青粒径尺寸差别较大，两者吸附程度差别较大。水泥乳化沥青胶浆由矿粉与未水化水泥和纤维状水泥水化产物C-S-H凝胶、CH等构成；矿粉、C-S-H凝胶和自由沥青相互交织，构成一种网络结构。粉胶比为1.1含石灰岩矿粉的胶浆表面C-S-H凝胶较多，胶浆结构致密。水泥利于乳化沥青胶浆微观结构的改善。. 界面区结构状况、水泥水化程度、水化产物及矿粉与沥青分布情况是决定界面区结构特征的关键，构建了界面区微观结构模型。复合沥青混合料试件两端空隙率大而中间小，最大空隙率为12.8%，最小空隙率为5.0%，与相同级配沥青混合料空隙特征差别较大；一定条件下，掺加水泥或增加乳化沥青用量有利于降低混合料的空隙率。悬浮密实和骨架密实结构的空隙率界限为6.0%，骨架密实和骨架空隙结构的空隙率界限为9.0%。. 分析了乳化沥青用量、水泥用量、龄期与混合料稳定度、静压强度、动稳定度、低温劈裂强度和冻融劈裂强度比的关联性，提出了复合沥青混合料性能的主要影响因素。水泥和乳化沥青掺量明显影响混合料的路用性能，结合料对混合料性能的作用机理为：水泥加速乳化沥青破乳、水泥水化产物改善胶浆结构、水化产物提高界面粘结和乳化沥青延缓水泥水化等4个方面。硅烷偶联剂可改善混合料的路用性能，0.6％硅烷偶联剂为最佳用量。复合沥青混合料的最佳成型工艺为“四步”，即先将粗集料、细集料与乳化沥青拌和，再加入水泥与矿粉，然后加入水并拌和均匀，最后双面各击实75次成型。采用悬浮密实型集料结构的复合沥青混合料具有较好的路用性能，优于采用骨架密实型和骨架空隙型集料结构的混合料的。