摘 要

沥青材料的表面自由能对准确量化沥青自身的内聚性能以及沥青与集料界面的粘附性能具有很重要的意义，插板法是测试沥青材料表面能的一种典型方法，它基于力学原理，将涂膜后的沥青玻片插入到已知表面能参数的液体试剂中，根据玻片的受力变化计算出待测沥青样品的表面能参数；静滴倾斜法是测试沥青材料表面能的一种新型方法，它基于光学原理，将已知表面能参数的液体试剂滴定到涂膜的沥青玻片上，通过测量液滴与玻片形成的接触角来计算待测沥青样品的表面能参数。

两种方法获取沥青材料的表面能参数后，可通过表面能与愈合、开裂速率的关系评定不同沥青材料内聚性能的好坏。亦可选用典型集料的表面能参数，对沥青-集料界面的粘附能进行计算，并从愈合、开裂和水稳定性三个方面将材料性能排序，比较它们的大小关系。还可以对比不同测试方法所得结果的差异，进而对两种方法进行误差方面的分析，并总结试验过程中需要注意的细节。

本文选取了8种典型的沥青材料，分别使用插板法和静滴倾斜法测试并计算了表面能的相关参数，从试验原理、操作流程、试验数据、和计算结果等方面对比分析了两种方法的不同，发现两种方法测试的接触角和表面能存在不显著的差异，而这种差异主要来源于两种方法各自的误差类型。

关键词：沥青；表面能；插板法；静滴倾斜法

ABSTRACT

The surface free energy of asphalt binder is critical to quantify cohesive bond energy of asphalt and the adhesive bond energy between the asphalt and aggregate. Wilhelmy Plate Method is a typical method on testing surface free energy of asphalt binder and it is based on the principle of mechanics: The slide coated with asphalt is immersed in the liquid whose surface free energy is already known and the surface free energy of asphalt can be calculated according to the force change of the slide. Another new method to acquire surface free energy of asphalt is Tilting-Plate Method which is based upon the principle of optics: The liquid whose surface free energy has been known is dropped on the slide coated with asphalt film. The surface free energy of asphalt can be acquired by measuring contact angle between the liquid and the asphalt-coated slide.

After acquiring the surface free energy of asphalt, the cohesive bond energy of asphalt can be judged according to the relationship among healing, fracture and surface free energy. Surface free energy of typical aggregate is also listed in the article and the adhesive bond energy between the asphalt and aggregate is calculated. What’s more, the asphalt binders are compared and ranked according to their healing rate, fracture rate and moisture susceptibility. The results of different testing methods are compared and the errors in the two experiments are analyzed. The specific details in the experiments which need to be paid attention to are summarized as well.

8 typical asphalt binders are listed in this article and two methods are used to acquire their surface free energy. The differences between two methods are analyzed by comparing their principles, testing protocols, data and calculating results. The conclusion is that contact angle and surface free energy measured by two ways have indistinctive differences which mainly result from different errors of methods.

Key Words: asphalt; surface free energy; Wilhelmy Plate Method; Tilting-Plate Method

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 表面能的定义和特性 1

1.1.2 插板法和静滴倾斜法 1

1.1.3 沥青与集料的粘附性能 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国外研究现状 3

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 课题研究意义 4

第2章 测试沥青表面能参数的方法原理 6

2.1 表面能基本理论与计算 6

2.2 接触角理论 6

2.3 插板法基本原理 7

2.4 静滴倾斜法基本原理 9

2.5 接触角的转化 10

2.6 本章小结 10

第3章 表面能参数的测试过程 12

3.1 待测沥青样品与液体试剂的准备 12

3.2 沥青涂膜玻片的制备 13

3.3 插板法测试沥青表面能 15

3.4 静滴倾斜法测试沥青表面能 17

3.5 处理测试数据 19

3.6 本章小结 20

第4章 试验数据的对比分析 21

4.1 表面能参数的对比分析 21

4.1.1 接触角试验结果 21

4.1.2 表面能试验结果 24

4.2 内聚能与粘附能的对比分析 29

4.2.1 内聚能的对比分析 29

4.2.2 粘附能的对比分析 31

4.3 试验的误差分析 36

4.4 本章小结 38

第5章 结论 39

5.1 主要研究成果 39

5.2 主要创新点 39

5.3 后续研究展望 39

参考文献 41

致 谢 43

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 表面能的定义和特性

表面能^[1]的基本定义是，在恒温恒压条件下使体系增加单位表面积，外界必须对体系所做的功，以表示，常用单位为。其产生的根本原因是：对于处在内部的分子受到周围微粒均匀作用而处于对称力场中，外部分子只受到内侧分子的作用而处在不均匀力场中从而具有向内收缩的特性。

表面能分量主要由两部分组成：非极性的色散分量和极性的酸碱分量，酸碱分量又包括酸分量（又称为电子受体分量，）和碱分量（又称为电子供体分量，）。、、共同构成了材料表面能的三个基本参数。