CN110092604B - 一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法 - Google Patents

一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法，包括以下步骤：S1：将集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中，至集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出干燥，使集料表面形成聚多巴胺涂层，得到改性集料；S2：将步骤S1所得的改性集料与熔化的沥青混合，使改性集料表面完全裹附沥青。本发明通过设计新型的表面改性集料，充分利用聚多巴胺涂层的优点，可以在潮湿的环境中使用，实现聚多巴胺与沥青的相互作用。通过简单的功能涂层构建策略，对沥青集料进行表面改性，增加集料与沥青界面之间的黏附性，提高集料的黏附等级，从而增强沥青混合料的水稳定性，可有效提升沥青路面质量及延长沥青路面的使用寿命。

Description

一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法。
背景技术
在早期沥青路面破坏中，水损坏是最常见的病害之一。当水反复渗入沥青-集料界面时，沥青将逐渐从集料表面剥落，使路面强度和稳定性降低，导致路面出现松散、坑洞和龟裂。沥青与集料的黏附性能一直是沥青路面原材料设计中较为关键的影响因素，黏附性能的好坏与沥青混合料的水稳定性紧密相关，并直接影响到沥青路面的服役性能与使用寿命。
现有改善沥青与集料之间的黏附性的方法，主要分为对沥青的改性和对集料的改性。对沥青的改性，首先是在沥青中添加改性剂，如橡胶粉，高分子聚合物、金属皂化物、表面活性剂、高分子抗剥落剂、硅烷偶联剂(SCA)等，以提高沥青与集料的黏附性，从而提高沥青混合料抗剥落性能。如适量SCA和钛酸酯偶联剂混合加入沥青，可将沥青和花岗岩之间的黏附等级从2增加到5。然而，此类方法因污染环境，改性效果差及影响沥青性能等缺点导致应用较少。
集料改性方面，首先选择与沥青之间有较好黏附性的碱性集料，如石灰岩，沥青中的酸性成分容易与其发生化学反应，进而生成难溶于水的物质，增加了沥青与集料界面之间的化学黏附作用(Construction and building material,2013,38:423-442)；其次是将SCA与蒸馏水及无水乙醇配置成的溶液通过浸泡、喷洒等方式对集料进行改性，SCA中的Si与集料表面的Si形成Si-O-Si键，有利于集料与沥青间的黏结。中国发明专利(CN106587742B)中公开了一种利用纳米氧化铁改善玻璃集料与沥青之间界面黏附力的方法。纳米氧化铁为碱性材料，不改变玻璃集料性能且容易黏附在玻璃表面，增大表面粗糙程度，从而增强玻璃集料与沥青之间的界面黏附力，提高了玻璃集料利用率，且黏附性，耐久性良好，对能源消耗小，对环境无污染。中国发明专利(CN 102515598 B)通过硅溶胶和水泥完全水化在花岗岩表面形成两层改性膜，内层是厚度为0.1-0.2mm的硅溶胶层，外层是厚度为0.1-0.2mm的硅-磷-铝凝胶层。集料的包裹改性，使其可以同时与水溶性环氧树脂和磷铝酸盐水泥紧密结合，使混凝土的空隙率低至10.32％。然而，如铝酸盐偶联剂虽能提高沥青与集料间的黏附性，但降低了混合料在高温下的抗车辙性能。
无机抗剥落剂，如石灰和水泥也能提高沥青与集料之间的黏附性。石灰对集料表面进行改性，使其表面形成粗糙多孔的结构，增强多孔吸附，以提高沥青混合料的水稳定性；水泥既可以掺入沥青形成沥青胶浆，与沥青中的有机酸反应，生成吸附能力强的物质，提高沥青混合料水稳定性，又可代替矿粉作为填料与集料进行拌和，提高沥青混合料水稳定性。然而，由于石灰和水泥呈粉末状，难以拌和过程中拌和均匀，导致抗剥落作用效果差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法，增强沥青混合料的水稳定性，提升沥青路面质量及延长沥青路面的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种提高沥青与集料界面黏附性能的方法，所述集料和沥青之间设有聚多巴胺涂层。
优选的，所述聚多巴胺层通过酚羟基与沥青中的极性分子产生作用力。
优选的，所述方法包括以下步骤：
S1：将集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中，至集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出干燥，使集料表面形成聚多巴胺涂层，得到改性集料；
S2：将步骤S1所得的改性集料与熔化的沥青混合，使改性集料表面完全裹附沥青。
本发明通过在弱碱性条件下诱导多巴胺氧化，形成的聚多巴胺层保留有大量的酚羟基并沉积于集料表面，沥青裹覆集料时，聚多巴胺层中的酚羟基与沥青中极性分子的作用力强于集料中硅羟基与沥青中极性分子的作用力，从而形成超强黏附性的结果。集料通过盐酸多巴胺溶液改性后，提高了沥青与集料界面之间的黏附性，从而增强了沥青混合料的水稳定性。
本发明所制备的改性集料在潮湿的环境中使用，可以实现聚多巴胺与沥青的相互作用，因而沥青难以从集料表面剥落，从而增强了沥青混合料的水稳定性，提升了沥青路面质量及延长了沥青路面的使用寿命。
本发明利用简单的一步浸渍沉积，通过在集料表面沉积聚多巴胺涂层，提高沥青与集料界面的之间的作用力，提高沥青路面的抗水损坏能力。此方法操作简单，绿色环保，改性效果好，具有广阔的推广应用前景。
优选的，所述步骤S1之前，还包括以下步骤：
为使盐酸多巴胺溶液较快的沉积在集料表面形成聚多巴胺涂层，将集料浸泡于水中，至集料吸水达到饱和状态。
盐酸多巴胺溶液与集料中的水为液相与液相之间的相互交换，加快了盐酸多巴胺溶液在集料表面的沉积速度。
集料在浸泡之前，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，选取13.2-19mm的集料用蒸馏水超声清洗，去除集料表面的粉尘，100℃烘干至质量不再发生变化。
优选的，所述盐酸多巴胺溶液中，溶剂为Tris-HCl缓冲液，所述盐酸多巴胺溶液的pH值为8～9.5。选用该缓冲液，可使多巴胺在合适的溶液环境中发挥出其作用，通过盐酸以调节PH至所需值，即弱碱性环境。
所述盐酸多巴胺溶液的质量分数为0.8％～2.4％。在该范围内，盐酸多巴胺溶液浓度越大，对集料的改性效果越好。综合考虑工程实际经济型和生态效益最大化的要求，采用盐酸多巴胺溶液的质量分数最优为1.6％。
所述步骤S1中，所述盐酸多巴胺溶液的温度为20℃～25℃，所述集料的浸泡时间为8h～38h。
所述步骤S1中，从改性效果和成本角度考虑，更优选所述盐酸多巴胺溶液的温度为40℃～80℃，所述集料的浸泡时间为2h～8h。
优选的，所述集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、花岗岩、石英岩、砂岩中的一种或多种。
优选的，所述集料为矿粉、细集料、粗集料、再生集料中的一种或多种。
其中，细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂(包括机制砂)及石屑等；粗集料是指粒径大于2.36mm以上的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等。
优选的，所述步骤S1中，所述干燥的过程为：先自然晾干，再在50℃～80℃下烘干4h～5h。烘干的作用是除去集料吸附水分，上述温度范围可避免多巴胺在长时间的高温条件下热分解。
采用以下三种方法测定本发明制备的改性集料与沥青的粘附性能：
方法一：根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将裹附沥青的改性集料浸煮3min后，取出观察矿料表面沥青膜的剥落程度，评定其黏附性等级。
方法二：参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min，故将裹附沥青的改性集料置于163℃的烘箱3min，取出冷却，观察集料表面的沥青残留剥落程度，以对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性。
目前，我国规范关于水稳定性的测试方法，主要分为定性分析和定量计算两类。定性分析如水煮法、水浸法，操作简单方便，试验耗时短，但受主观因素影响较大；定量计算如浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等，试件采用击实成型，间接模拟路面车轮碾压作用，但现场再现性差，不能较好的模拟实际情况。本发明还通过以下方法三，具体地，通过沥青、集料的表面自由能来表征沥青与集料间的黏附性，测定沥青和集料的表面能参数，进行黏附功等参数的计算，能准确对沥青-集料黏附性进行定量分析。
方法三：为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制成盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(b)处理后的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出烘干；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角，以及蒸馏水在集料表面的接触角(室温下测得)，基于表面能理论分析沥青与集料黏附功和剥落功随盐酸多巴胺掺量和沉积时间的变化规律。
优选地，步骤(c)中所述的盐酸多巴胺溶液的质量浓度为0.8％～2.4％；更优选地，在一定范围内，盐酸多巴胺溶液浓度越大，对集料的改性效果越好，综合考虑工程实际经济型和生态效益最大化的要求，采用盐酸多巴胺溶液的质量分数为1.6％；
优选地，步骤(d)中所述的集料在常温条件下浸泡的时间为8h～38h；更优选地，从改性效果和成本角度考虑，集料在40℃～80℃条件下的盐酸多巴胺溶液中浸泡的优选时间为2h～8h；
优选地，步骤(d)中所述的改性后的集料先自然晾干，然后50℃～80℃烘干4～5h。
与现有改性集料提高沥青与集料之间黏附性的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明制备的改性集料中，具有强黏附性的聚多巴胺涂层可在潮湿环境中增强沥青与集料界面之间的黏附力，提高沥青混合料水稳定性，延长沥青路面的使用寿命。
2、本发明操作方法简单，能耗少，无污染，且不影响沥青性能，可有效提高路面耐久性，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别为未改性石灰岩与经实施例1改性的石灰岩经水煮法试验后的实物对照图；图1(c)和图1(d)分别为未改性石灰岩与经实施例1改性的石灰岩经高温黏附性试验后的实物对照图。
图2(a)和图2(b)分别为未改性玄武岩与经实施例3改性的玄武岩经水煮法试验后的实物对照图；图2(c)和图2(d)分别为未改性玄武岩与经实施例3改性的玄武岩经高温黏附性试验后的实物对照图。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)取粒径13.2～19mm的石灰岩集料，蒸馏水超声清洗去除表面的粉尘，100±5℃烘干至质量不再发生变化，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(2)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为0.8％的盐酸多巴胺溶液；
(3)将步骤(1)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，使集料表面形成聚多巴胺涂层，然后60℃烘干5h，得到改性集料；
(4)将未改性集料与改性集料预热，浸入140℃沥青中45s，使集料表面完全为沥青膜所裹附，流掉多余沥青，并在室温下冷却15min；
(5)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将表面裹附沥青的集料浸入水中，保持微沸状态，浸煮3min后，将集料从水中取出，观察沥青膜的剥落程度，评定其黏附等级。
如图1(a)，水煮法实验结果表明：未改性石灰岩集料表面的沥青膜部分脱落，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率大于30％，判定其黏附等级为2级；如图1(b)，经过改性的石灰岩集料表面沥青膜少部分脱落，基本保留在石料表面上，剥离面积百分率少于30％，判定其黏附等级为4级。
为对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性，按如下步骤进行：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min。故将步骤(5)中获得集料置于163℃的烘箱内3min，取出冷却，放于水中观察集料表面的沥青剥落程度。
如图1(c)，未改性的集料经高温加热后，滴落的沥青较多，集料表面的沥青表现出局部剥落的现象；如图1(d)，改性后的集料表面基本保持完好，这表明在混合料搅拌过程中，改性后的集料受温度的影响较小，沥青能够较好的黏附在改性后的集料表面，提高了高温下沥青与集料之间的黏附性。
为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为0.8％的盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(c)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，然后60℃烘干5h；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时SK70#沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角为83.45°，以及室温下蒸馏水在集料表面的接触角为73.2°。
实施例2
(1)取粒径13.2～19mm的石灰岩集料，蒸馏水超声清洗去除表面的粉尘，100±5℃烘干至质量不再发生变化，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(2)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(3)将步骤(1)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，使集料表面形成聚多巴胺涂层，然后60℃烘干5h，得到改性集料；
(4)将未改性集料与改性集料预热，浸入140℃沥青中45s，使集料表面完全为沥青膜所裹附，流掉多余沥青，并在室温下冷却15min。
(5)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将表面裹附沥青的集料浸入水中，保持微沸状态，浸煮3min后，将集料从水中取出，观察沥青膜的剥落程度，评定其黏附等级。
水煮法实验结果表明：未改性石灰岩集料表面的沥青膜部分脱落，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率大于30％，判定其黏附等级为2级；经过改性的石灰岩集料表面沥青膜基本保留在集料表面，剥落面积小于10％，判定其黏附等级为5级。
对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性，按如下步骤进行：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min。故将步骤(5)中获得的集料置于163℃的烘箱内3min，取出冷却，放于水中观察集料表面的沥青残留程度。
未改性的集料经高温加热后，集料表面的沥青表现出局部剥落的现象，改性后的集料表面仍裹覆着较厚的沥青，这表明在混合料搅拌过程中，改性后集料受温度影响较小，沥青能够较好的黏附在改性后的集料表面，受温度的影响较小，且盐酸多巴胺溶液的浓度增大后，集料表面的沥青剥落进一步减少，说明增大盐酸多巴胺溶液浓度后集料表面改性效果增强，增强了高温下沥青与集料之间的黏附性。
为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(c)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，然后60℃烘干5h；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时SK70#沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角为80.72°，以及室温下蒸馏水在集料表面的接触角为72.17°。
实施例3
(1)取粒径13.2～19mm的玄武岩集料，蒸馏水超声清洗去除表面粉尘，100±5℃烘干至质量不再发生变化，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(2)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(3)将步骤(1)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中8h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，使集料表面形成聚多巴胺涂层，然后60℃烘干5h，得到改性集料；
(4)将未改性集料与改性集料预热，浸入140℃沥青中45s，使集料表面完全为沥青膜所裹附，流掉多余沥青，并在室温下冷却15min。
(5)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将表面裹附沥青的集料浸入水中，保持微沸状态，浸煮3min后，将集料从水中取出，观察集料表面沥青膜的剥落程度，评定其黏附性等级；
如图2(b)，水煮法实验结果表明：未改性玄武岩集料表面的沥青膜部分脱落，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率大于30％，判定其黏附等级为2级；如图2(b)，经过改性的玄武岩集料表面沥青膜基本保留在石料表面上，剥离面积百分率少于30％，判定其黏附等级为4级。
为对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性，按如下步骤进行：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min。故将步骤(5)中获得的集料置于163℃的烘箱内3min，取出冷却，放于水中观察集料表面的沥青残留程度。
如图2(c)，未改性的集料经高温加热后，集料表面的沥青表现出局部剥落的现象，如图2(d)，经过改性后的集料表面基本保持完好，这表明在混合料搅拌过程中，沥青能够较好的黏附在改性后的集料表面，增强了高温下沥青与集料之间的黏附性。
为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(c)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中8h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，然后60℃烘干5℃；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时SK70#沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角为86.65°，以及室温下蒸馏水在集料表面的接触角为59.68°。
实施例4
(1)取粒径13.2～19mm的玄武岩集料，用蒸馏水超声清洗去除表面粉尘，100±5℃烘干至质量不再发生变化，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(2)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(3)将步骤(1)中的集料快速浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，使集料表面形成聚多巴胺涂层，然后60℃烘干5h，得到改性集料；
(4)将未改性集料与改性集料预热，浸入140℃沥青中45s，使集料表面完全为沥青膜所裹附，流掉多余沥青，并在室温下冷却15min。
(5)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将表面裹附沥青的集料浸入水中，保持微沸状态，浸煮3min后，将集料从水中取出，观察集料表面沥青膜的剥落程度，评定其黏附性等级。
水煮法实验结果表明：未改性玄武岩集料表面的沥青膜部分剥落，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率大于30％，判定其黏附等级为2级；经过改性的玄武岩集料表面沥青膜基本保留在集料表面，剥离面积百分率少于10％，判定其黏附等级为5级。
为对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性，按如下步骤进行：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min。故将步骤(5)中获得的裹覆上沥青的集料置于163℃的烘箱内3min，取出冷却，放于水中观察集料表面的沥青残留程度。
未改性集料经高温加热后，集料表面的沥青表现出局部剥落的现象，经过改性后的集料表面还裹覆着较多的沥青，表明在混合料搅拌过程中，沥青能够较好的黏附在改性后的集料表面，受温度影响较小，且集料改性时间延长后，其表面沥青剥落进一步减少，说明延长集料改性时间，增强了高温下沥青与集料之间的黏附性。
为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(c)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，然后60℃烘干5h；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时SK70#沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角为84.89°，以及室温下蒸馏水在集料表面的接触角为59.03°。
实施例5
(1)取粒径13.2～19mm的石灰岩集料，用蒸馏水超声清洗去除表面粉尘，100±5℃烘干至质量不再发生变化，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(2)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(3)将步骤(1)中的集料浸泡于45℃的盐酸多巴胺溶液中4h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，使集料表面形成聚多巴胺涂层，然后60℃烘干5h，得到改性集料；
(4)将未改性集料与改性集料预热，浸入140℃沥青中45s，使集料表面完全为沥青膜所裹附，流掉多余沥青，并在室温下冷却15min；
(5)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将表面裹附沥青的集料浸入水中，保持微沸状态，浸煮3min后，将集料从水中取出，观察集料表面沥青膜的剥落程度，评定其黏附性等级。
水煮法实验结果表明：未改性石灰岩集料表面的沥青膜部分剥落，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率大于30％，判定其黏附等级为2级；经过改性的石灰岩集料表面沥青膜基本保留在集料表面，剥离面积百分率少于10％，判定其黏附等级为5级。
为对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性，按如下步骤进行：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min。故将步骤(5)中获得的裹覆上沥青的集料置于163℃的烘箱内3min，取出冷却，放于水中观察集料表面的沥青残留程度。
未改性集料经高温加热后，集料表面的沥青表现出局部剥落的现象，经过改性后的集料表面还裹覆着较多的沥青，表明在混合料搅拌过程中，沥青能够较好的黏附在改性后的集料表面，受温度影响较小，且集料改性时间延长后，其表面沥青剥落进一步减少，说明延长集料改性时间，增强了高温下沥青与集料之间的黏附性。
为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(c)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，然后60℃烘干5h；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时SK70#沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角为80.72°，以及室温下蒸馏水在集料表面的接触角为72.17°。
实施例6
(1)取粒径13.2～19mm的玄武岩集料，用蒸馏水超声清洗去除表面粉尘，100±5℃烘干至质量不再发生变化，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(2)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(3)将步骤(1)中的集料浸泡于45℃的盐酸多巴胺溶液中4h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，使集料表面形成聚多巴胺涂层，然后60℃烘干5h，得到改性集料；
(4)将未改性集料与改性集料预热，浸入140℃沥青中45s，使集料表面完全为沥青膜所裹附，流掉多余沥青，并在室温下冷却15min；
(5)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0616-1993方法，将表面裹附沥青的集料浸入水中，保持微沸状态，浸煮3min后，将集料从水中取出，观察集料表面沥青膜的剥落程度，评定其黏附性等级。
水煮法实验结果表明：未改性玄武岩集料表面的沥青膜部分剥落，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率大于30％，判定其黏附等级为2级；经过改性的玄武岩集料表面沥青膜基本保留在集料表面，剥离面积百分率少于10％，判定其黏附等级为5级。
为对比未改性集料和改性集料高温下的黏附性，按如下步骤进行：
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0702-2011方法，沥青混合料标准的总拌和时间为3min。故将步骤(5)中获得的裹覆上沥青的集料置于163℃的烘箱内3min，取出冷却，放于水中观察集料表面的沥青残留程度。
未改性集料经高温加热后，集料表面的沥青表现出局部剥落的现象，经过改性后的集料表面还裹覆着较多的沥青，表明在混合料搅拌过程中，沥青能够较好的黏附在改性后的集料表面，受温度影响较小，且集料改性时间延长后，其表面沥青剥落进一步减少，说明延长集料改性时间，增强了高温下沥青与集料之间的黏附性。
为了进一步定量分析沥青与集料的黏附性能，基于表面自由能理论通过座滴法对改性前后的集料进行表面能测试，分别计算出沥青-集料体系的黏附功和剥落功，由此评价沥青-集料体系的黏附性能。试验步骤如下：
(a)采用水锯的方法将集料进行切割抛光处理，获得光滑平整的表面；
(b)先用无水乙醇对集料进行浸泡，再用蒸馏水进行冲洗，最后放入130℃烘箱内充分烘干，将洁净烘干后集料完全浸泡于水中，直至集料吸水达到饱和状态；
(c)以三羟甲基氨基甲烷溶液作为溶剂，盐酸多巴胺为溶质制备成溶液，通过盐酸调节PH值为8至9.5，配制质量分数为1.6％的盐酸多巴胺溶液；
(d)将步骤(c)中的集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中24h，待集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出晾干，然后60℃烘干5h；
(e)利用接触角测试仪测出160℃时SK70#沥青(沥青混合料的拌和温度为160℃左右)在步骤(d)获得的集料表面的接触角为85.74°，以及室温下蒸馏水在集料表面的接触角为59.57°。
根据表面能理论，计算出各个实施例中沥青与集料的黏附功和剥落功，如表1所示。剥落功表征的是有水存在的情况下水-集料-沥青三个体系的相互作用过程，黏附功只表征沥青与集料在干燥无水的状态下黏附力的大小，故剥落功更接近于水损害的本质，更能有效地表征水稳性的优劣。由表1可知，改性后集料的黏附功大于未改性集料，改性后集料的剥落功小于未改性集料。这说明集料经盐酸多巴胺溶液浸润后显著改善了沥青与集料之间的黏附性。对比实施例1和实施例2可知，浸润时间一定时，提高盐酸多巴胺溶液浓度可进一步改善沥青与集料之间的黏附性。对比实施例4和实施例5可知，盐酸多巴胺溶液浓度一定时，延长浸润时间可进一步改善沥青与集料之间的黏附性。此外，如实施例3和实施例6所示，当缩减浸润时间，提高浸润温度也可进一步改善沥青与集料之间的黏附性。
表1改性前后石灰岩和玄武岩的黏附功与剥落功
Figure BDA0002064658570000121
综上实施例，可得出结论：集料经盐酸多巴胺溶液浸润后，其表面形成具有较强黏附性的聚多巴胺涂层，增强了潮湿环境与高温环境下沥青与集料界面之间的黏附力。此外，增大溶液浓度或延长浸润时间可进一步提高沥青与集料界面的黏附性，且从改性效率和成本角度考虑，通过增加浸泡时温度以缩减浸泡时间也可达到较好的改性的效果。该方法可有效提高沥青混合料的水稳定性，延长沥青路面的使用寿命。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (7)

1.一种提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，在所述集料和沥青之间设置聚多巴胺涂层；所述聚多巴胺涂层通过酚羟基与沥青中的极性分子产生作用力；
所述的提高沥青与集料界面黏附性能的方法，包括以下步骤：
S1：将集料浸泡于盐酸多巴胺溶液中，至集料表面完全浸润盐酸多巴胺溶液后取出干燥，使集料表面形成聚多巴胺涂层，得到改性集料；
S2：将步骤S1所得的改性集料与熔化的沥青混合，使改性集料表面完全裹附沥青；
所述步骤S1之前，还包括以下步骤：
将集料浸泡于水中，至集料吸水达到饱和状态；
所述盐酸多巴胺的质量分数为1.6％～2.4％。
2.根据权利要求1所述的提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺溶液中，溶剂为Tris-HCl缓冲液，所述盐酸多巴胺溶液的pH值为8～9.5。
3.根据权利要求1或2所述的提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述盐酸多巴胺溶液的温度为20℃～25℃，所述集料的浸泡时间为8h～38h。
4.根据权利要求1或2所述的提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述盐酸多巴胺溶液的温度为40℃～80℃，所述集料的浸泡时间为2h～8h。
5.根据权利要求1或2所述的提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，所述集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、花岗岩、石英岩、砂岩中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，所述集料为矿粉、细集料、粗集料、再生集料中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的提高沥青与集料界面潮湿环境中的黏附性能和水稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述干燥的具体过程为：先自然晾干，再在50℃～80℃下烘干4h～5h。
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