材料科学与工程进展

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材料科学与工程进展/ gydF4y2Ba2021/ gydF4y2Ba文章

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体积 2021 |文章的ID 8894970 | https://doi.org/10.1155/2021/8894970

法兹利·卡里姆,贾瓦德·侯赛因,伊姆兰·哈菲兹 用扫描电镜和能量色散x射线光谱估计沥青胶结膜厚度",材料科学与工程进展 卷。2021 文章的ID8894970 16 页面 2021 https://doi.org/10.1155/2021/8894970

用扫描电镜和能量色散x射线光谱估计沥青胶结膜厚度

学术编辑器:Shazim A. Memon
收到了 2020年9月23日
修改后的 2021年3月27日
接受 2021年4月2日
发表 2021年4月19日

摘要

沥青胶结膜厚度与热混合沥青的搅拌温度和粘结剂含量有关,影响混合料的性能。在评估沥青粘结剂薄膜厚度的显著变化已在文献中观察到。随着技术的发展和超铺规范的发展,需要在微观层面上对沥青胶结膜的实际厚度进行研究。本文从微观层面对沥青胶结膜厚度进行了估算,并与以往研究的分析模型结果进行了比较。本研究采用不同混合温度和粘结剂含量的沥青混合料。在放大倍数为×30,000的条件下,通过图像分析(扫描电子显微镜)和元素分析(能量色散x射线能谱)对沥青胶泥中500 nm(0.5微米)细颗粒周围的沥青胶结膜厚度进行了检测和测量。分析估计表明,在上述条件下,沥青胶结膜厚度变化范围为9μM至13μM,与粘结剂含量和混合温度有较好的关系。然而,图像分析结果显示,沥青胶结膜厚度在0.5之间变化μM至2.4μM,与粘结剂含量和搅拌温度无关。图像分析表明,沥青混合料主要含有沥青砂浆和沥青胶泥,呈不规则状分布。同时还发现,沥青粘结剂膜确实作为一个独立的实体存在于沥青胶泥内部,以一条带的形式围绕填料颗粒作为非吸收粘结剂,填充填料颗粒之间约0.5 ~ 2.5微米的距离。

1.介绍

当应用于热混合沥青(HMA)时,术语“沥青粘结剂膜厚度”是指用于有效润滑和在沥青混合料中骨料表面产生涂层的有效沥青粘结剂的厚度。沥青胶结膜厚度是文献中经常提到的混合料设计和质量保证标准,以承受交通和环境。多年来,一般的概念认为,平均沥青粘结剂膜厚度在8至15微米之间,可提供可接受的路面性能[1].虽然沥青胶结膜厚度的概念有点道理,但通过当前研究中的图像分析发现,现实情况是另一回事,这表明膜厚度作为设计标准的概念只不过是一个概念。HMA是一种由粗骨料、细骨料、填料、粘结剂和空隙组成的复合材料。复合材料的耐久性取决于许多因素,其中体积特性如矿物团聚体中的空隙(VMA)和空气空隙(AV)是重要的。自20世纪50年代末以来,最小VMA被用作沥青混合物的设计标准,但在Superpave®混合物中实现VMA的困难导致了几项新的研究。因此,在Superpave体积混合料设计中,一些研究人员建议将平均沥青胶结膜厚度作为沥青混合料的设计标准,而不是最小VMA [23.].为了建立沥青膜厚度与成型载荷之间的关系,设计了控制沥青膜厚度的实验。通过剪切试验研究了不同胶结膜下骨料与沥青界面的破坏机理。得出的结论是,界面处沥青胶结膜厚度不足是导致剪切破坏的原因[4].也有报道称,在压实沥青混合料中,集料表面的沥青粘结膜是凝聚和粘附的来源,从而影响沥青混合料耐久性方面的粘结性能[2].除了这些基于沥青混合料黏附的理论外,沥青-骨料界面黏附在剪切和拉伸载荷下的力学特性也进行了实验研究[5- - - - - -8].沥青混合料中的沥青结合膜与三种破坏机制有关,包括内聚破坏(沥青内部破坏)、粘结破坏(界面区破坏)和集料破坏[9].然而,沥青胶结膜厚度对沥青路面性能的影响通常被忽视,特别是在性能不符合规范的情况下。因此,有必要深入了解沥青胶结膜厚度对压实沥青混合料力学性能的影响。设计了一种测试方法,利用改进的千分尺来研究圆柱形岩石芯和具有控制几何形状的金属短段之间的沥青薄膜。在沥青混合料设计中,采用“密度级配”法计算沥青混合料平均膜厚,膜厚范围为8 ~ 10μ米(10].Alkofahi和Khedaywi利用德克萨斯沸腾试验评价了松散和压实沥青混合料的沥青膜厚度与剥离阻力的关系。结果表明,沥青膜厚度与集料类型、集料总表面积、沥青混合料中沥青粘结剂含量、水敏感程度和水敏感期等因素有关。结果表明,沥青混合料的平均沥青膜厚度为9 ~ 11μM具有更高的剥离阻力[11].沥青混合料中骨料周围适当厚度的沥青膜作为界面粘结剂或粘结促进剂,使沥青混合料耐高温车纹、耐低温开裂、耐疲劳、耐水,是充分粘结所必需的。最小薄膜厚度范围为6 - 8μ推荐的HMA的适当性能为m,但没有背景研究数据支持这些最小值[12].较粗的沥青混合料由于比表面积较低而具有较厚的沥青膜,但通常不能满足最小VMA标准。同样,细沥青混合料由于表面积大而具有较低的沥青膜,通常满足最小VMA标准。因此,建议对Superpave VMA标准进行修改,以确保混合料的耐久性。因此,以最小沥青含量为基础的混合料设计Superpave方法的最小VMA要求,要求以最小沥青膜厚度为基础。亦建议使用现代工具测量粗筛和细筛的沥青膜厚度和表面积系数[2].麦克劳德(13]也得出结论,沥青混合料的设计要求平均沥青膜厚度为8μM而不是最低沥青含量。文献中观察到沥青胶结膜厚度有很多变化,如表所示1


薄膜厚度(μ米) 作者

8μ米(avg)。 麦克劳德(13
地位μ Roberts等人。[1
9 - 10μ(分钟) Kandhal等。[12
6 - 8μM (min)(没有背景研究数据支持这些推荐的最小值)
9 - 10μM在8%的空气空隙 干哈尔及查克拉伯提[14
9(最佳) Sengoz和Agar [15
9 - 15.5μM(基于索引模型) Heitzman [16
8.5 - -13.5μM(基于虚拟模型)
7.5μM (min)表示70k次循环的最小疲劳寿命。 奥利弗(17
9μM的疲劳寿命为140 k次循环
为了提高沥青的疲劳寿命,必须增加膜层厚度
9 - 11μM(平均)表示沥青具有较高的抗剥落性 AlKofahi和Khedaywi [11

分析估计沥青粘结剂膜厚的两个关键步骤是估计沥青粘结剂的有效体积和计算沥青混合料中使用的集料的总表面积。Hveem使用了一组适当的表面积因子来将骨料级配与骨料的总表面积联系起来[18].这些因素已在沥青学会手册(AI)系列中提出。2 (MS-2)(2012),见表2


筛分尺寸(mm) + 25 25 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075

表面积因子(m2/公斤) 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.82 1.64 2.87 6.14 12.29 32.77

预估HMA平均沥青胶结膜厚度的分析模型见表3.


估计沥青胶结膜厚度(微米)的分析模型μ米) 描述

阿哈提卜(2
Read and Whiteoak [19
Debao等。[20.
萨尼耶夫斯基和雷耶斯[21
19 .英国TRL有限公司[22
Superpave系列2 (sp-2) [23

英国《金融时报》 bT F,哒,T fF,F 代表沥青胶结膜厚度,通常以微米(10−6M)或(μ米)。

迄今为止,HMA中沥青胶结膜厚度的估计是基于各种分析模型,如表所示3.。这些模型基于骨料的表面积因子,其中骨料级配与基于某些假设的总表面积相关联。这些假设是集料的球形,它们的粘结膜厚度均匀,没有关于孔隙率和混合物压实程度的信息。因此,由于基于表面积因素的级配与集料总表面积的关系存在差异,因此在文献中观察到沥青胶结膜厚度的变化很大,如表所示1。然而,近几十年来,由于先进的设备和Superpave规范的发展,为了预测沥青粘结剂的实际性能,人们在微观层面上研究了沥青粘结剂的行为。因此,粘度被宣布为混合料性能的重要标准,因为粘结剂的粘度取决于温度,而温度对HMA中沥青粘结剂膜厚度有很大影响。据笔者所知,沥青胶结膜厚度并没有在微观层面上进行研究。因此,本研究旨在利用扫描电镜和能量色散x射线能谱,在最高放大倍率下,研究HMA沥青胶泥中500 nm(0.5微米)大小的最细颗粒周围的沥青胶结膜厚度。

2.目标

本研究的主要目的是(1)利用沥青混合料在不同混合温度和混合料含量下的分析模型估计沥青混合料的膜厚(2)利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)图像分析测量沥青胶结料中最细颗粒周围的沥青胶结膜厚度,以验证步骤(1)中计算的膜厚度。(3)采用解析方程法和图像分析法,确定沥青粘结剂含量和混合温度对微观水平沥青粘结剂膜厚度和沥青混合料性能的影响。

3.材料

3.1.聚合

本研究中使用的原生骨料是从巴基斯坦的Margalla采石场收集的,该采石场被认为是该国最大的骨料采石场。骨料的物理性质见表4


财产 价值 规范的限制

洛杉矶磨损值(%)ASTM C131 [24 21.5 30(最大)
片状指数,(%)BS 933-3 [25 4.86 10 (max)
延伸指数,(%)26 2.4 10 (max)
破碎颗粒(两面),(%)27 One hundred. 90(分钟)
砂当量,(%)[28 77 50(最低)
吸水率(%)ASTM C127 [29 1.04 2 (max)
粗骨料稳健性,(%)ASTM C88 [30. 6.21 8 (max)
细骨料稳健性,(%)ASTM C88 [30. 4.9 8 (max)
细骨料中未压实的空隙,(%)31 48.5 45(最低)
碱硅反应性,ASTM C586 [32 无害的 - - - - - -
岩石学,ASTM C295 [33 无害的 - - - - - -

按照ASTM C295 [33来检查在完整固体中存在的单个成分的质量、状态和化学稳定性。岩石学检查可以有效地识别由风化或其他蚀变的骨料颗粒组成的那部分骨料。本研究使用的马加拉骨料岩相分析见表534].


骨料组成

方解石= 65% 二氧化硅= 30%
褐矿= 05% 岩石类型:细粒化石岩(化石石灰岩平面轻)

3.2.沥青水泥

60/70渗透等级的沥青粘结剂是从位于巴基斯坦Attock的Attock炼油厂收集的,并用于本研究。沥青粘结剂的物理特性见表6


财产 价值

25°C时,(1/10th(mm) ASTM D5 [35 64.5
软化点,(°C)36 49
延展性,(cm)37 101
闪点,(°C)38 264
燃点,(°C)38 288
135°C, (Pa·s)粘度39 0.627
165°C, (Pa·s)粘度39 0.170
复杂的模量,G* (kPa) [40 32.2
相角,δ°(度)ASTM D7175 [40 80.65
G∗/罪δAstm d6373 [41 32.63

模量和相位角的测量温度范围为10℃~ 82℃,间隔为12℃,频率为0.1 Hz ~ 10 Hz。

4.研究方法

图中给出了描述当前研究完整方法的流程图12。初级阶段是通过测定常规指标对集料和沥青进行表征。第二阶段包括在不同混合温度下的马歇尔混合料设计,并确定每种混合温度下的最佳粘结剂含量(OBC)。第三阶段包括使用表中提供的分析模型在不同混合温度下测定沥青粘结剂薄膜厚度3.利用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线能谱(EDS)对分析估计的膜厚进行验证。

4.1.马歇尔混合设计

目前的研究是基于在巴基斯坦塔克西拉塔克西拉交通工程研究所公路和交通工程实验室进行的实验室工作。按沥青学会1994年a级沥青磨损层级配配制的骨料混合料,其粒度分布曲线如图所示3.。常规沥青混合料是根据ASTM D1559 [42].马歇尔样品是通过填充马歇尔模具制备的,直径为4英寸,厚度为2.5英寸,在样品的每一侧用标准马歇尔锤击75下压实。在第一阶段,制备了45个沥青样品,其中三(03)个沥青样品在140°C, 150°C和160°C的混合温度下,分别在按马歇尔样品重量计的3.5%,4%,4.5%,5%和5.5%的粘合剂含量下进行测试。样品在60°C的水中保存1小时后进行测试。然后使用马歇尔测试仪来寻找稳定性和流量值。在第二阶段,使用上述分析模型和结果,进一步使用马歇尔混合料设计体积来估计每种沥青样品组合的平均沥青胶结膜厚度,结果见表7。在第三阶段,确定了在140°C、150°C和160°C混合温度下制备的沥青混合料的最佳粘结剂含量(OBC)。Marshall试样分别在各OBC中制备,对应温度为140℃~ 160℃。再次对马歇尔试件进行测试,并根据数据确定沥青粘结剂含量在不同温度下的最佳值,如表所示7。通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)的图像分析,验证了在最佳粘结剂含量下制备的沥青混合料的沥青粘结膜厚度。扫描电镜测得的沥青胶结膜厚度见表8


估计沥青胶结膜厚度的分析模型 混合温度(℃) 沥青胶结膜厚度(μ米) 最佳沥青含量下的沥青胶结膜厚度
3.5% 4% 4.5% 5% 5.5% 4.36% 4.23% 4.12%

140 12.82 12.93 13.04 13.16 13.29 12.46
150 11.96 12.50 12.61 12.73 12.02 12.32
160 11.11 11.22 11.34 11.05 10.36 11.35

140 12.57 12.64 12.71 12.78 12.85 12.39
150 11.72 12.22 12.29 12.36 11.59 12.26
160 10.88 10.96 11.03 10.70 9.96 11.29

140 12.69 12.76 12.83 12.90 12.97 12.27
150 11.83 12.33 12.40 12.47 11.70 12.13
160 10.98 11.06 11.13 10.79 10.06 11.18

140 8.60 9.88 11.20 12.50 13.80 10.80
150 8.60 9.88 11.20 12.50 13.80 10.50
160 8.60 9.88 11.20 12.50 13.80 9.88

140 8.92 10.30 11.60 13.00 14.30 11.20
150 8.92 10.30 11.60 13.00 14.30 11.0
160 8.92 10.30 11.60 13.00 14.30 10.81

140 12.60 12.71 12.83 12.94 13.07 12.25
150 11.76 12.29 12.40 12.52 11.82 12.11
160 10.92 11.04 11.15 10.87 10.19 11.16


沥青含量(%) 温度(°C) 扫描电镜测膜厚度(μ米) 最小膜厚(μ米) 最大膜厚(μ米)

4.36 140 0.5 0.5 2.4
0.8
0.9
1
1.3.
2.4
4.23 150 0.5 0.5 2.35
1
1.2
1.3.
1.6
1.7
2.35
4.12 160 0.5 0.5 2.4
1.1
1.3.
1.7
1.8
2.4

在规定的粘结剂含量和搅拌温度下配制的沥青混合料,如表所示7,并根据ASTM D1559 [42].在所有混合温度下,HMA样品的稳定性均满足8.0 KN的最小标准。体积和理论比重按照ASTM D1559 [42]和ASTM D2041 [43],范围分别为2.309 ~ 2.350和2.411 ~ 2.522。VMA、VFA和VTM分别满足14%(最小)、65% ~ 75%和3% ~ 5%的标准。的P英航根据ASTM D2041 [43],整体范围为0.007%至5.1%。

4.2.集料表面积的估算

每个筛的表面积通常是用适当的表面积系数乘以通过特定筛的百分比来估计的。所有计算面积的总和等于总表面积(SA)单位为(m)2/kg)为沥青混合料。本研究中使用的骨料混合料在沥青磨损过程中按沥青学会分级a级的总表面积计算并列于表中9


筛分尺寸(mm) 25 19 9.5 4.75 2.36 0.3 0.075
选择混合(%通过) One hundred. 95 68 50 36 12 5
表面积因子(m2/公斤) 0.41 0.41 0.41 0.41 0.82 6.14 32.77
表面积(m)2/公斤) 0.410 0.410 0.410 0.205 0.295 0.736 1.638
总表面积(m2/公斤) 4.104

在140°C、150°C和160°C条件下,沥青的最佳掺量分别为4.36%、4.23%和4.12%。预估沥青胶结膜厚度的变化,使用上述的分析模型,如表所示7

在不同粘结剂含量和混合温度下计算的基于模型的膜厚度与VFA之间的关系如图所示4

从图中可以看出4沥青胶结膜厚度与VFA之间的关系用线性函数表示,其决定系数为(R2)分别为0.58、0.53和0.17,说明关系不高度显著。薄膜厚度方程,尽管P为代表混合物中VFA的体积相,表明两者之间存在非线性关系英国《金融时报》bP。从图中也可以看出4对应膜厚和温度的VFA百分比在67.1% ~ 78.71%之间。然而,规格限制支持65%至75%之间的任何薄膜厚度值。

在最佳沥青含量为4.36%、4.23%和4.12%,混合温度分别为140℃、150℃和160℃时,测定了沥青混合料的车辙阻力,如图所示5

数字4结果表明,在粘结剂含量为4.12%、混合温度为160℃时制备的沥青混合料的抗车辙性高于140℃和150℃时制备的沥青混合料。

4.3.利用扫描电镜和能谱分析图像

SEM-JEOL JSM IT 100具有二次电子探测器(SED)、背散射电子探测器(BSED)和能量色散x射线能谱(EDS)特征,放大倍率介于×200和×30,000之间,如图所示6(一)。由于实验成本较高,目前的研究仅限于扫描电镜捕获高分辨率图像来检测沥青粘结剂膜,EDS仅用于压实沥青混合料中已通过扫描电镜检测到的沥青粘结剂膜的元素组成。样品的准备工作首先是用金刚石锯切割马歇尔样品,以揭示材料的内部结构。进一步对试样进行切割,得到8 mm× 8 mm×6 mm和12 mm× 8 mm×6 mm试样,如图所示7 (b)7 (c)。然后在指定的样品上标记一个感兴趣的点,然后用金溅射涂层机在样品上涂上金(4纳米厚)薄膜,以使样品表面导电,如图所示6 (b)6 (c)。由于该金属包覆层非常薄,因此在SEM过程中可以观察到HMA表面的所有微观纹理都被保留下来,如图所示7 (c)。为了通过SEM和EDS检测和测量沥青胶结膜厚度,制备了3种沥青样品,分别在混合温度为140℃、150℃和160℃时,以Marshall样品的质量比为4.36%、4.23%和4.12%为最佳配比,对其进行了分析。通过扫描电镜对样品进行了全面的图像分析。在沥青样品的不同位置测量沥青胶粘剂和沥青胶结膜厚度。

4.4.用扫描电镜和能谱仪研究沥青胶结膜厚度的进展

发展一词是指在技术和程序上的改进,以找出沥青胶结膜厚度。为了检测和测量沥青粘结剂膜厚度,在不同优化粘结剂含量和混合温度下制备的Marshall样品中提取的金包覆沥青样品,通过SEM和EDS进行高分辨率成像,如图所示6- - - - - -8。SEM图像显示沥青胶结膜厚度为0.5μM至2.4μm,与粘结剂含量和搅拌温度无关,见表8

在各种温度和粘结剂含量条件下,分析估计的薄膜厚度与显微测量的薄膜厚度的比较见表10。目前研究中使用的分析模型高估了沥青胶结膜厚度,因为它们与沥青胶结膜厚度的微观测量值不一致。因此,建议在分析模型中使用转换因子,将膜厚估计值与沥青粘结剂膜厚实测值进行比较,如表所示10


扫描电镜和分析模型估计沥青胶结膜厚度(μ米) 最小膜厚(μ米) 最大膜厚(μ米) 根据扫描电镜研究建议的平均转换系数

扫描电镜 0.5 2.4
11.35 12.46 0.120
11.29 12.39
11.18 12.27
9.88 10.80
10.81 11.20
11.16 12.25

5.结果与讨论

5.1.基于解析模型的沥青胶结膜厚度研究

按马歇尔试件重量的3.5%、4%、4.5%、5%和5.5%的粘结剂含量制备了45个沥青样品,混合温度范围为140℃~ 160℃,按照ASTM D1559规定的程序进行了测试。结果进一步利用表中提供的分析模型对上述条件下沥青胶结膜厚度进行理论估计3.,薄膜厚度的结果记录在表中7

在低温条件下,随着粘结剂含量的增加,140℃时沥青粘结剂膜厚呈增加趋势。薄膜厚度的增加很可能是因为聚集体在低温下由于无效的压实而无法向空隙移动。因此,大部分沥青作为一层较厚的涂层留在骨料周围,从而增加了膜的厚度。在150°C和160°C温度下,大多数模型在沥青含量达到4.5%时膜厚呈增加趋势。但当沥青含量达到4.5%时,膜厚呈下降趋势。

随着混合温度的升高,沥青膜的总厚度呈减小趋势。膜厚随温度升高而减小的趋势很可能是由于在较高温度下有效压实导致集料表面的沥青涂层变薄。根据Read和Whiteoak以及Zaniewski等人提出的分析模型计算的沥青胶结膜厚度随胶结剂含量的增加呈增加趋势,但由于胶结膜厚度随温度升高的值是恒定的,因此与温度升高没有相关性。这是因为所述模型是基于粘结剂的密度和集料的表面积作为主要参数,而不是基于沥青混合料的体积和理论比重等面向温度的特性。总体沥青膜厚,以沥青粘结剂为基础,按总掺量计算,范围为3.5% ~ 5.5%,范围为8μ上午至下午四点半μm.然而,在混合温度为140℃~ 160℃时,以优化的粘结剂含量为4.36% ~ 4.12%计算得到的沥青粘结剂膜厚为9μM至13μm。

从上面的讨论可以清楚地看出,Al-Khateeb、Superpave系列no. 5提出的解析膜厚模型。2 (SP-2);德宝与Road Note 19 TRL Ltd密切相关,因为膜厚值及其随粘结剂含量和温度上升的趋势几乎相当。同样清楚的是,由Read和Whiteoak以及Zaniewski等人提出的薄膜厚度模型也密切相关,因为关于粘合剂含量和温度的值及其模式几乎是可比较的。但是,如果我们比较表中提供的薄膜厚度值7,需要注意的是,表中提供的模型3.没有提供这样的膜厚值,可以通过同一表中提供的其他模型来验证4。因此,由于模型在膜厚的单一值或特定范围上不一致,因此难以获得准确且有效的膜厚值,从而在常规的沥青粘结剂膜厚估计过程中显示出不确定性。

5.2.基于SEM和EDS的沥青样品分析

从低到高倍率进行扫描电镜成像,以研究沥青样品中提取的沥青样品表面的不同特征。在粘结剂含量为4.36%、4.23%和4.12%,搅拌温度分别为140℃、150℃和160℃的条件下制备沥青样品。采用SEM和EDS对上述条件下的沥青样品进行了实验分析,并发现了小至500 nm (0.5μm)在图中提供的图像中检测到8- - - - - -10。从图像的结果得出以下观察结果:

沥青样品在140℃下的SEM图像,放大倍数为×200,标度为100μM表示沥青砂浆,由粘结剂、细骨料和矿物填料混合而成,含量从100μM至345μm,用于抓牢沥青混合料中较粗的颗粒,如图所示8(一个)由于砂浆在生产过程中的流动性和浇筑过程中的压实,在上述放大条件下,沥青砂浆中没有观察到空洞,但在砂浆与较粗颗粒的界面处可以观察到空洞,如图所示8(一个)。界面处的空洞可能产生弱区,并可能导致破坏。在×250的放大倍数下拍摄的扫描电镜图像,柱比例尺为100μM显示沥青砂浆的范围可达260μm为在150℃下制备的沥青样品。同样,在上述放大下,沥青胶泥中没有观察到空洞,如图所示9(一个)同样,在×200的放大倍数下拍摄的扫描电镜图像,柱尺为100μ在160℃下制备的沥青样品的m也显示沥青砂浆的范围从高达365μm,乳胶中未见空洞,如图所示10 ()从140°C, 150°C和160°C制备的沥青样品的SEM图像中,可以观察到砂浆的范围为100μ从M到365μm,如图所示8(一个)9(一个),10 ()在×500和×300的放大倍数下,以50的条形比例尺拍摄图像时,观察到沥青胶泥,一种含有沥青和填料混合在一起的两相体系μm,如图所示8 (b)9 (b)。在160℃条件下,放大倍数为×2500,标度为10的沥青样品的SEM图像μm为填料颗粒的片状、细长状、圆形等形状,说明含有圆形颗粒的胶泥在压实过程中不存在空隙,因为液体沥青会动员圆形颗粒填充空隙,如图所示10 (b)。但是,在片状和细长的过滤粒子的边界处,已经观察到胶泥内部的空洞,这与Kandhal和Chakraborty [14]表明沥青胶泥中不存在空洞,如图所示10 (b)。实体(填充颗粒)小至500nm (0.5μm)在×5000和×8000的放大倍数下以5的条形比例尺拍摄SEM图像时观察到μM和2μ在140℃、150℃、160℃条件下制备的沥青样品的m,如图所示8 (c)9 (c)10 (c),10 (d)在不同温度和粘结剂含量下制备的沥青试件,在×10,000和×8,000的放大倍数下,以1的条形比例尺进行扫描电镜成像,沥青胶粘剂膜开始出现在沥青胶粘剂内部μM和2μm,如图所示8 (d)9 (d),10 (d)在×30000的放大倍数下,以0.5的条形比例尺拍摄SEM图像时,各类型沥青样品的沥青胶粘剂膜在沥青胶粘剂内部都表现得非常清晰μm,如图所示8 (e)9 (e)10 (e),10 (f), e点。沥青胶泥中两个填充颗粒之间的距离,如图所示8 (c)8 (d)9 (c)9 (d)10 (b)10 (c),10 (d),大约在0.5到2.5微米之间(非吸收沥青)。这个距离表现为纯沥青胶结膜厚度。SEM测量结果表明,在不同温度下制备的沥青混合料的沥青粘结剂膜厚度和粘结剂含量几乎都在相同的范围内,范围为0.5μM至2.4μm,如图所示8 (e)9 (e)10 (e),10 (f)。为了保证沥青混合料中存在纯沥青结合膜,通过SEM的EDS特征得到了沥青结合膜的元素组成,如图所示8 (f)9 (f),10 (g)。各类型样品中沥青结合膜的元素组成在特定点进行,如图所示8 (e)9 (e),10 (f),点XY,Z

为了研究沥青胶结膜厚度的概念及其与混合温度和胶结剂含量的关系,对各种类型的样品进行了分析。实验研究表明,在各种温度条件下,膜厚的微观测量值和优化后的粘结剂含量在0.5范围内变化μM至2.4μ,与粘结剂含量和搅拌温度无关,见表10和数字8- - - - - -10。相反,在所有温度条件下的膜厚分析估计值和优化的粘结剂含量为9μM至13μM,其中膜厚与粘结剂含量、混合温度、模型类型有较好的关系。分析模型见表3.,非常有效,但这些模型是基于一些已经描述过的假设。因此,为了验证沥青胶结膜厚度的有效性,我们进行了进一步的研究,通过扫描电镜和能谱仪的图像分析。在图像分析的基础上,建议转换因子为0.120,并列入表中7为了与解析模型相乘,使模型值可以与薄膜厚度的实测值进行图像分析比较。

6.结论

本研究的主要目的是研究沥青胶泥中最细颗粒周围的沥青胶膜厚度,采用最高放大倍数的微观水平技术,以检验沥青胶膜厚度的传统概念及其与HMA中粘合剂含量和混合温度的关系的有效性。所得结论如下:(我)利用解析模型对沥青胶结膜厚度的估价值表明,胶结膜厚度是温度、胶结剂含量和模型类型的函数。对于混合料设计,在一定的粘结剂含量和混合温度下,沥青粘结剂膜厚度发生了显著变化。在这种情况下,很难遵循特定的限制。(2)分析估计表明,在温度和粘结剂含量不同的条件下,沥青粘结剂膜厚度变化范围为9μM至13μM,与粘结剂含量和混合温度有较好的关系。然而,图像分析结果显示,沥青胶结膜厚度在0.5之间变化μM至2.4μM,与粘结剂含量和搅拌温度无关。(3)扫描电镜研究表明,沥青混合料中大多含有沥青砂浆,含量在100μ从M到365μM,并将粗集料粘结在沥青混合料中。然而,沥青胶泥被发现是一个两相系统,包含沥青和填料混合在一起,范围高达23μM,并在沥青砂浆中起到抓细骨料的作用。(iv)沥青粘结剂膜仅作为一个独立的实体存在于填料颗粒周围的沥青胶泥内部,作为一种非吸收的粘结剂,它填充在填料颗粒之间大约0.5 ~ 2.5微米的距离。(v)在沥青混合料中,孔隙存在于沥青砂浆与粗颗粒的界面处,甚至存在于沥青胶泥内部片状和细长填充颗粒的边界处。

符号

山: 集料表面积(m2/公斤)
ρb 粘合剂密度(1027kg /m)3.
b 粘结剂含量(%)
P 测定筛上不同粒径颗粒的筛渣百分率(%)
SAF 筛子上团聚体的表面积因子
10: 转换因子转换m2公斤/厘米2/ g
粘结剂重量/kg骨料
骨料重量(kg)
骨料重量(g)
粘合剂体积(%)
粘结剂吸收率(%)
有效沥青按总混合料计,%
骨料的有效比重
集料的体积比重
粘结剂比重
压实混合物的体积比重
沥青混合料最大理论比重
沥青粘结剂按总掺量计(%)
浓度: 沥青填充空隙量(%)
的影响: 矿物集料空隙率(%)
VTM: 总混合物中空隙率(%)
ASP: 按骨料干重计的混合料沥青含量(%)
BSG: 沥青混合料中集料的体积比重
TMSG: 沥青混合料的理论最大比重
这种: 沥青水泥在混合料中的比重
扫描电镜: 扫描电子显微镜
EDS: 能量色散x射线光谱学。

数据可用性

文章中提供了完整的数据。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

参考文献

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