CN107843504B - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及一种路面材料性能测试方法。
背景技术
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，本发明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。
发明内容
本发明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。
本发明的有益效果是：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。
本发明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。本发明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。
本发明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、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，这是由于当岩石集料-胶浆交互作用影响因子α较大时，岩石集料-胶浆交互作用对弱边界层性能的影响较大，说明岩石集料与胶浆间具有较强的交互作用；当岩石集料-胶浆界面动态模量A较大时，反映了岩石集料-胶浆粘附较好。
例如当测试温度为20℃，动态剪切流变试验控制模式为应变控制模式，施加动态应变幅值为0.25％，荷载频率为10Hz，不同的岩石集料，α(花岗岩)＜α(安山岩)＜α(石灰岩)，A(花岗岩)＜A(安山岩)＜A(石灰岩)；
| 花岗岩 | 安山岩 | 石灰岩 | |
| α(×10<sup>-3</sup>μm<sup>-1</sup>) | 0.992 | 1.02 | 2.027 |
| A(MPa) | 10.481 | 11.802 | 15.551 |
满足高速公路建设粗集料选材上公认与沥青胶浆的粘结性效果是：花岗岩<安山岩<石灰岩。可证明当试验测试温度、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。
本发明用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。
附图说明
图1为集料-胶浆界面弱边界层结构示意图，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；
图2为实施例一不同厚度下胶浆试样的L/G-L曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的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。
本实施方式步骤四中所述的天然岩石为一定体积、表面洁净、物相均匀及坚硬未风化的天然岩石；
本实施方式步骤四中用金刚砂或碳化硅磨料对岩石板上下表面进行精细抛光，确保各表面粗糙度相近。
本实施方式步骤五中用电动取芯机对抛光后的岩石板中心区域进行取芯，取芯过程中紧密固定岩石并缓慢下移钻头，尽量减少取出芯样边角破碎，然后用锉手动磨去芯样上不规则残片，保证岩石芯样规则圆滑。
本实施方式的有益效果是：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。
本实施方式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。本实施方式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。
本实施方式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、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，这是由于当岩石集料-胶浆交互作用影响因子α较大时，岩石集料-胶浆交互作用对弱边界层性能的影响较大，说明岩石集料与胶浆间具有较强的交互作用；当岩石集料-胶浆界面动态模量A较大时，反映了岩石集料-胶浆粘附较好。
例如当测试温度为20℃，动态剪切流变试验控制模式为应变控制模式，施加动态应变幅值为0.25％，荷载频率为10Hz，不同的岩石集料，α(花岗岩)＜α(安山岩)＜α(石灰岩)，A(花岗岩)＜A(安山岩)＜A(石灰岩)；
| 花岗岩 | 安山岩 | 石灰岩 | |
| α(×10<sup>-3</sup>μm<sup>-1</sup>) | 0.992 | 1.02 | 2.027 |
| A(MPa) | 10.481 | 11.802 | 15.551 |
满足高速公路建设粗集料选材上公认与沥青胶浆的粘结性效果是：花岗岩<安山岩<石灰岩。可证明当试验测试温度、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。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤六中所述的易挥发有机溶剂为汽油或石油醚；步骤十中所述的易挥发有机溶剂为汽油或石油醚。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤十中对动态剪切流变仪设置试验条件具体为设置动态剪切流变试验控制模式为应变控制模式，施加动态应变幅值为0.25％，荷载频率为10Hz。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤十中对动态剪切流变仪设置试验条件具体为设置动态剪切流变试验控制模式为应力控制模式，施加的应力幅值为0.09MPa。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为0.8:1。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为1:1。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中将矿粉置于温度为105℃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160℃的烘箱中，加热5h，得到加热矿粉和加热沥青。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中所述的矿粉为石灰岩矿粉。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中所述的沥青为70#基质沥青。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中所述的天然岩石为花岗岩、安山岩或石灰岩。其它与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤十中对动态剪切流变仪设置试验条件具体为设置动态剪切流变试验控制模式为应变控制模式，施加动态应变幅值为0.25％，荷载频率为1Hz。其它与具体实施方式一至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤九中所述的试验测试温度为25℃。其它与具体实施方式一至十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤三中所述的胶浆试件直径为25mm。其它与具体实施方式一至十二相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
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105℃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160℃的烘箱中，加热5h，得到加热矿粉和加热沥青；
所述的矿粉为石灰岩矿粉；所述的沥青为70#基质沥青；
二、将500g加热沥青置于温度为160℃的恒温容器中，在搅拌速度为400r/min的条件下，将400g加热矿粉平均分成8份并逐份加入到加热沥青中，搅拌均匀，得到沥青胶浆；
三、利用硅胶模具将沥青胶浆制成圆饼状，然后干燥冷却，得到胶浆试件；
所述的胶浆试件直径为8mm；
四、将天然岩石切割切成上下表面平行的岩石板，然后用1200目的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；
所述的天然岩石为安山岩；
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1200目的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24h，最后干燥备用，得到岩石基板；
所述的易挥发有机溶剂为汽油；
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，常温固化不小于12h，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60℃；
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＝225μm，所述的胶浆试件厚度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为20℃，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＝225μm；
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温度为20℃的条件下保温600s，再设置动态剪切流变试验控制模式为应变控制模式，施加动态应变幅值为0.25％，荷载频率为10Hz，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60℃，用易挥发有机溶剂清理两个岩石基板表面；
所述的易挥发有机溶剂为汽油；
十一、重复步骤九和步骤十测试待测胶浆厚度L2＝500μm和L3＝1000μm的动态剪切复数模量G2及G3；
十二、通过L1、G1、L2、G2、L3、G3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；
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。
本实施例步骤四中所述的天然岩石为体积为1000cm3、表面洁净、物相均匀及坚硬未风化的天然岩石；
本实实施例步骤四中用金刚砂或碳化硅磨料对岩石板上下表面进行精细抛光，确保各表面粗糙度相近。
本实施例步骤五中用电动取芯机对抛光后的岩石板中心区域进行取芯，取芯过程中紧密固定岩石并缓慢下移钻头，尽量减少取出芯样边角破碎，然后用锉手动磨去芯样上不规则残片，保证岩石芯样规则圆滑。
本实施例步骤七中所述的动态剪切流变仪的上下基板为原装不锈钢基板。
本实施例步骤十中试验完成后，将试验环境仓温度升温至60℃，用脱脂面纱轻轻擦除已测的胶浆试样，再用蘸有易挥发有机溶剂的脱脂棉反复轻轻擦拭岩石基板表面，确保岩石基板表面无残留胶浆试样后，用电吹风吹干基板表面残余的有机溶剂。
通过非线性拟合得到图2，图2为实施例一不同厚度下胶浆试样的L/G-L曲线图，得到集料-胶浆弱边界层性能表征参数α、A，α＝1.02×10-3μm-1，A＝11.80MPa。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤四中所述的岩石集料为花岗岩。其它与实施例一相同。
通过非线性拟合得到岩石集料-胶浆弱边界层性能表征参数α、A，α＝0.992×10-3μm-1，A＝10.481MPa。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是：步骤四中所述的岩石集料为石灰岩。其它与实施例一相同。
通过非线性拟合得到岩石集料-胶浆弱边界层性能表征参数α、A，α＝2.027×10-3μm-1，A＝15.551MPa。
由本领域公知可知，高速公路建设粗集料选材上公认与沥青胶浆的粘结性效果是：花岗岩<安山岩<石灰岩，而由实施例一至三得出集料-胶浆弱边界层性能表征参数α、A如下表1所示：
表1：
| 花岗岩 | 安山岩 | 石灰岩 | |
| α(×10<sup>-3</sup>μm<sup>-1</sup>) | 0.992 | 1.02 | 2.027 |
| A(MPa) | 10.481 | 11.802 | 15.551 |
由此可知，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(花岗岩)＜α(安山岩)＜α(石灰岩)，A(花岗岩)＜A(安山岩)＜A(石灰岩)，满足高速公路建设粗集料选材上公认与沥青胶浆的粘结性效果是：花岗岩<安山岩<石灰岩。可证明当试验测试温度、动态剪切流变仪设置试验条件及胶浆试件相同的情况下，不同的岩石集料，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。
Claims (10)
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。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤六中所述的易挥发有机溶剂为汽油或石油醚；步骤十中所述的易挥发有机溶剂为汽油或石油醚。
3.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤十中对动态剪切流变仪设置试验条件具体为设置动态剪切流变试验控制模式为应变控制模式，施加动态应变幅值为0.25％，荷载频率为10Hz。
4.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤十中对动态剪切流变仪设置试验条件具体为设置动态剪切流变试验控制模式为应力控制模式，施加的应力幅值为0.09MPa。
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二中所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为0.8:1。
6.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二中所述的加热矿粉与加热沥青的质量比为1:1。
7.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤一中将矿粉置于温度为105℃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160℃的烘箱中，加热5h，得到加热矿粉和加热沥青。
8.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤一中所述的矿粉为石灰岩矿粉。
9.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤一中所述的沥青为70#基质沥青。
10.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤四中所述的天然岩石为花岗岩、安山岩或石灰岩。
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