基于现代物相技术的沥青微观组成与结构研究

沥青的微观组成与结构决定了其路用性能特性，由于沥青是混合物、分子量大且结构组成复杂，其微观组成与宏观路用性能之间的联系方面研究不够深入，需对此问题进行系统深入的研究。.现代物相技术的发展为沥青的微观组成与结构研究提供了新的技术手段，本项目以沥青材料的微观组成与结构分析为基础，采用热分析（DSC、TG）、红外光谱（IR）和质谱分析（MS）同步的多设备联用技术，通过理论分析与实验研究，准确描述沥青老化过程中的组成成分与化学结构的变化特点，完善沥青材料老化的相关理论；研究沥青老化过程中降解与交联作用产生的微观组成变化对宏观路用性能的作用规律，建立沥青的微观组成、结构与宏观路用性能之间的联系。本项目研究内容是道路沥青材料应用于工程实践的关键技术，预计研究成果具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

沥青的微观组成与结构决定了其路用性能特性，由于沥青是混合物、分子量大且结构组成复杂，其微观组成与宏观路用性能之间的联系方面研究不够深入，需对此问题进行系统深入的研究。制备基质天然沥青改性沥青、TFOT短期老化后天然沥青改性沥青、TFOT+PAV长期老化天然沥青改性沥青，对制备的沥青结合料进行宏观性能试验。发现老化后针入度和延度均减小，软化点增大。其次分别对老化前后的沥青结合料进行红外光谱分析，动态剪切流变试验和频率扫描分析。得出原样沥青和改性沥青短期老化（TFOT）和长期老化（PAV）后复数剪切模量均增大，相位角均减小；老化程度越大，则沥青结合料的高温稳定性能就越好，高温抗变形能力越强。天然沥青改性沥青结合料的复数模量数值随着频率的增大而变大，相位角随着频率的增大而减小，高频区域和低频区域速率不同。利用热分析质谱联用技术研究不同老化状态的沥青微观组成、结构与宏观路用性能之间的联系，首先制备沥青结合料短期老化和长期老化试样，采用热重-差热分析-质谱联用技术分析不同老化状态沥青的热性质及逸出物质结构。试验结果表明，基质沥青，短期老化和长期老化的沥青试样分解过程的温度范围及峰值对应温度基本一致。低于300℃的温度范围内，试样老化程度对热重损失速率影响较小；沥青高温分解阶段，长期老化质量损失速率最低，基质沥青最高，短期老化试样居中。三种老化状态的沥青试样热分解产物主要有CO，H2O，CH4和CO2，该产物主要来源于沥青中大分子烷烃的高温分解和碳元素的氧化。热重曲线残留质量比与沥青复数模量有着较好的联系，随着沥青老化程度增大，TG曲线上残留质量比逐渐增加，在宏观上表现为复数模量增大。通过理论分析与实验研究，描述了沥青老化过程中的组成成分与化学结构的变化特点，完善了沥青材料老化的相关理论；研究沥青老化过程中的微观组成变化对宏观路用性能的作用规律，建立了沥青的微观组成、结构与宏观路用性能之间的联系。