摘要
沥青作为路面结构中的胶结材料，在路面使用过程中长期、频繁地承受行车荷载和环境侵蚀，导致沥青路面在服役周期内出现较多的路面病害，严重地降低了沥青路面的服役寿命，加大了沥青路面维修和养护的频率，增加了路面运营期间的养护成本。系统地研究氧气、紫外线、水、温度等多因素耦合老化作用对沥青粘结剂的损伤机理，为沥青抗老化防治措施研究提供完善的科学依据，对延长沥青路面的使用寿命具有重要的理论指导意义与现实意义。 本论文旨在研究多因素耦合老化对沥青粘结剂的损伤机理，侧重于紫外辐射对沥青粘结剂的损伤机理和水溶盐介质对沥青粘结剂的侵蚀机理。通过粘滞性能试验和分子动力学仿真模拟，利用系统的能量、分散相密度、玻璃态转变温度等非均匀态热力学参数和材料粘滞性能指数联合分析热氧-紫外老化作用对沥青粘结剂材料流变性能、微观结构转化和聚集行为的影响程度。通过微观结构表征试验的普遍性结论和分子动力学仿真模拟结果联合分析水溶盐介质对沥青内部的基团、化学键等微观指标的破坏机制，借助水溶盐分子在沥青胶态结构中的扩散行为和吸附行为，刨析微观结构表征试验普遍性结论的深层次成因，以及分析水溶盐介质对沥青粘结的损伤机理及评价损伤程度。 紫外辐射对沥青粘结剂损伤机理的主要研究结论：饱和分和芳香分为沥青分子提供活性力，胶质和沥青质为沥青分子提供粘结力。随着紫外老化时间的推移，沥青分子中轻质组分逐渐转化为重质组分。紫外老化作用通过增加沥青分子中的重质组分和增大沥青分子组分间的分布宽度，增强了沥青分子的粘结度，提高了沥青的抗高温性能。与此同时，紫外老化作用通过减少沥青分子中轻质组分和自由体积、提高玻璃态转变温度，造成低温状态下沥青分子运动状态固结而难以发生流变行为，降低了沥青的抗低温性能。此外，影响沥青分子粘度的各因素中，沥青分子结构、分子量的影响程度明显于分子活性，在紫外老化沥青分子中加入短支链链烃分子可以有效地降低沥青分子的粘度，改善沥青分子的流动性，提升紫外老化沥青抗低温性能。 水溶盐介质对沥青粘结剂侵蚀机理的主要研究结论：水溶盐分子的热运动异相扩散行为存在着温度敏感性和沥青种类敏感性的特征，分子的极性、变形性、结构形态是造成此特征的原因，空间构型复杂的溶盐分子有较大的扩散势垒而难以发生扩散行为。此外，硫酸盐和硝酸盐在沥青质表面发生物理吸附和化学吸附，其中化学吸附的形式是以酚羟基作为特征识别位点，并在活化能的催化作用下发生化学反应，造成酚羟基结构的转变，水溶盐介质如硝酸盐和硫酸盐将沥青分子内芳烃核结构上的羟基氧化为羰基。同时，硝酸盐介质和硫酸盐介质会促使沥青中的硫原子衍生物（比如硫醚基等）发生氧化反应从而形成亚枫基特征官能团。最终造成溶盐老化的沥青内部羰基和亚枫基类物质含量的增加，其中硫酸盐的氧化程度更为明显。研究表明水溶性硫酸盐和硝酸盐决定了沥青粘结剂的损伤程度，水溶性氯盐决定了沥青粘结剂的损伤深度。
NETL