低碳热拌沥青混合料黏附模型研究

1.沥青黏聚功模型和沥青与矿料黏附模型

从热力学理论评价沥青混合料水稳定性的原理主要为Gibbs自由能。Gibbs自由能是指某系统最初与最终的自由能的差值，用ΔG来表示。它可用来判断在某一特定不变的温度条件和压力条件下，一个过程是否能进行。如果ΔG＜0，这个过程可以发生，并且会释放出相应的能量；如果ΔG＞0，则证明过程中需要吸收能量；如果ΔG=0，说明系统处于平衡状态。从热力学角度讲表面能γ是指物体产生单位面积的新表面所需要的能量。克服内聚力所做的功W，是指真空状态下，物体产生单位表面积的裂缝所需要的能量。克服黏结力做的功W，是指真空状态下，在两种不同材料的接触界面上产生裂缝所需要的能量。

为了阐述明确且具有针对性，定义沥青内聚能为ΔGa，克服沥青内聚力所做的功为Wa；在沥青黏附集料过程中Gibbs自由能变化为ΔGas，克服沥青与集料黏结力所做的功为Was，ΔGa与Wa、ΔGas与Was数值相等，符号相反可用式（3.3）和式（3.4）表示：

对沥青而言，单位面积裂缝的产生必然会形成两个单位面积的新表面，因此，对Wa和γa、ΔGa和γ关系可分别用式（3.5）和式（3.6）表示，即沥青黏聚功模型为

对于沥青和集料两种不同材料的黏附功与界面张力的关系可用式（3.7）表示，即沥青与矿料黏附功为

式中 γa——沥青材料的表面张力；γs——集料的表面张力；

γas——沥青与集料的界面张力。

一种物质表面张力主要由极性和非极性两部分组成，即对沥青、集料与沥青-集料的界面张力可由式（3.9）～式（3.11）表示：

式中　——沥青非极性部分；

　　　——沥青极性部分；

　　　——集料非极性部分；

　　　——集料极性部分；

　　　——沥青与集料界面的非极性部分；

　　　——沥青与集料界面的极性部分。(www.xing528.com)

其中

式中——沥青极性部分的酸、碱力；

　　　——石料极性部分的酸、碱力。

结合式（3.7）和式（3.9）～式（3.11），可得式（3.12），沥青与矿料的黏附功模型变形为

由式（3.2）可知，对于沥青和矿料，杨氏方程可以表示为

联立式（3.7）、式（3.12）和式（3.13）三式可得

式（3.14）就是经典的Young-Dupre公式。

2.沥青（温拌沥青）、水与矿料黏附模型的建立

对于沥青、水与集料黏附模型，三相体系的黏附模型直接导出，见式（3.15）。

从而有

代入式（3.15）可得到沥青、水与集料黏附模型，见式（3.17）。

表面活性技术类的温拌剂是具有亲水基团和亲油基团的物质，其对沥青混合料内黏附系统的影响是双向的，对沥青和矿料都产生影响。在温拌沥青混合料压实结束后，温拌剂亲水基团侵入矿料表面，亲油基团侵入沥青表面。但是由于温拌剂的用量相对于沥青来说还是用量很少，所以本书对温拌剂对沥青和集料黏附界面力的影响不予考虑。参考式（3.17），同理得到温拌沥青、水与集料黏附模型，见式（3.18）。

式中带E-a下标的符号表示温拌沥青对应的力学指标。