沥青乳液在疏水-亲油改性集料表面的界面粘附与润湿特性：性能增强机制与表征

本文创新性地采用硅烷偶联剂(SCA)和纳米有机硅(NOS)对集料表面进行疏水-亲油改性，通过开发新型粘结强度测试(BBS)方法，结合接触角测量和表面自由能(SFE)理论，系统揭示了改性集料对冷拌沥青(CMA)界面性能的提升机制。研究发现SCA/NOS处理使沥青乳液-集料界面的拉拔强度(POTS)提升33.5%-52.1%，并建立POTS与粘附能(R2=0.94)的强相关性，为可持续交通基础设施建设提供理论支撑。

　　

Highlight

本研究提出采用SCA/NOS改性集料构建原位疏水-亲油功能层，显著提升沥青乳液润湿与粘附性能。创新开发的BBS测试方法能更精准表征实际固化条件下的界面强度。

Introduction and background

沥青-集料界面是路面结构中的关键薄弱环节，其粘附性能直接决定路面的机械稳定性、耐水性和疲劳耐久性。在促进道路可持续发展的冷拌沥青(CMA)中，沥青乳液-集料界面比热拌沥青(HMA)更易受水分迁移影响，导致界面粘结薄弱。

Raw materials

采用江西九江采石场的玄武岩和花岗岩集料，经60-180目砂纸抛光、45°C超声清洗15分钟后，测试70#基质沥青制备的沥青乳液润湿性能，其典型特性见表1。

Overview

如图3所示，研究方法分为七个阶段：集料SCA/NOS表面改性、新型BBS测试与传统方法对比、接触角(CA)测量、表面自由能(SFE)计算、能耗模型构建等。

Comparison between novel and conventional BBS test

图6显示，新型BBS测试获得的沥青乳液-玄武岩界面POTS值始终低于传统方法，尤其在浸水7天后差异显著，证明新方法更能反映实际工况。

Conclusions

SCA/NOS改性集料形成的疏水-亲油层可显著提升界面性能，建立的POTS与粘附能线性关系(R2=0.94)验证了SFE理论的适用性。改性花岗岩使单位服役时间能耗降低24.2%-32.1%。