[发明专利]一种测量沥青混合料界面过渡区特征参数的试验方法

说明书

本发明公开了一种测量沥青混合料界面过渡区特征参数的试验方法，该方法根据集料与沥青胶浆界面过渡区存在力学性能变化的现象，利用纳米压痕仪在沥青混合料样品中集料与胶浆界面处进行微观力学性能试验，从集料相向沥青胶浆相等距离设置测点，获得各点的荷载‑压入深度曲线，计算模量值，根据各测点的模量及压入深度变化趋势确定界面过渡区中的测点数量，再结合测点分布和间距估算界面过渡区的厚度，进而计算界面过渡区黏附系数，实现对集料‑沥青胶浆界面过渡区厚度、力学性能和相互作用强弱等特征参数的量化表征。

技术领域

本发明涉及沥青混合料微观结构和力学性能技术领域，具体涉及一种测量沥青混合料界面过渡区特征参数的试验方法。

背景技术

沥青混合料界面过渡区：界面相或者说界面过渡区是复合多相材料的重要组成部分，对复合材料的性质有重要影响。沥青混合料作为一种由沥青、集料、矿粉等组成的典型复合材料，在集料相与沥青和矿粉组成的沥青胶浆相之间存在着界面过渡区。从微观机理上看，沥青混合料在温度、湿度与外荷载等综合作用下产生的破坏，一般可分为黏附破坏和内聚破坏两种，内聚破坏出现在远离集料的沥青胶浆内部，而作为主要破坏形式的黏附破坏则产生于集料与沥青胶浆的界面及其过渡区。因此沥青与集料在界面过渡区的黏附相互作用对沥青混合料的工作状态和破坏模式有着重要影响，直接关系到沥青混合料的强度构成和抵抗水损、疲劳、开裂等破坏的性能。

界面过渡区一直是沥青混合料研究领域的关键问题之一，其厚度、力学性能、相互作用强弱等特征参数对集料与沥青黏附性能评价、混合料强度组成、抗水损性能和计算机模拟等研究有重要意义。然而，现有研究中常用的宏观性能实验手段无法表征微观层面的界面过渡区及其相关特性，而且由于相似的组成和微观形貌，各种显微镜技术也难以区分界面过渡区与沥青胶浆相，严重阻碍了对界面过渡区的表征和探究，导致研究者们对沥青混合料界面过渡区的认识存在明显空白。考虑到在沥青与集料的相互作用下界面过渡区与沥青胶浆存在力学性能差异的现象，利用微观力学性能测试技术区分界面过渡区与沥青胶浆相，从而表征集料-沥青胶浆界面过渡区厚度、力学性能和相互作用强弱等特征参数的方法极具可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量沥青混合料界面过渡区特征参数的试验方法，考虑到在沥青与集料的相互作用下界面过渡区与沥青胶浆存在力学性能差异的现象，利用纳米压痕微观力学性能测试技术即能区分界面过渡区，测量界面过渡区微观力学性能和厚度，进而计算界面过渡区黏附系数，实现界面过渡区特征参数的表征。

本发明公开了一种测量沥青混合料界面过渡区特征参数的试验方法，包括以下步骤：

步骤1、制备试件：采用沥青混合料小块制备试件，该试件包括集料-沥青胶浆界面区域；

步骤2：打磨试件：利用砂纸和打磨机对试件进行打磨平整，得到纳米压痕试件；

步骤3：纳米压痕试验：将纳米压痕试件固定在纳米压痕试验平台上，在纳米压痕仪的显微镜下选择清晰平整的集料与沥青胶浆的界面区域；从集料相边缘向沥青胶浆相方向设置测点点阵，进行纳米压痕试验，得到各测点的压入深度和模量数据；

步骤4：根据测点模量数量及压入深度的变化趋势，确定属于界面过渡区的测点及其编号，根据测点分布和点阵间距估算界面过渡区厚度；

步骤5：引入黏附系数，反映试件中集料-沥青胶浆界面过渡区的黏附相互作用强弱，该黏附系数＝界面过渡区中模量最高一列测点的模量均值/(沥青胶浆平均模量×界面过渡区厚度)。

步骤1中的沥青混合料小块由玄武岩集料、石灰岩矿粉在SMA-13级配下与基质沥青拌合制备得到，所述试件由环氧树脂胶包裹沥青混合料小块得到。

步骤2中采用不同目数的金相砂纸在冷水条件下对试件进行依次打磨。

其中，纳米压痕试验中点阵间距为5-20μm。