铺面沥青中沥青质微观构造的基本结构、形成机理以及对沥青流变的影响

Asphalt binder is widely used in constructing pavements for highways, bridges and airport. Oxidative aging is the main cause of binder deterioration. The primary oxidative aging product is asphaltenes, which exist in the form of microstructures and heavily affect asphalt rheological properties. In pavement engineering, fundamental study on asphaltenes is currently lacking. This research aims to study the fundamental structures of asphaltene microstructures, the mechanisms of microstructure formation, the impacts of environment on microstructures, and the effects of microstructures on the rheological properties of asphalt binder. To achieve research objectives, this research will use advanced microscopic material characterization equipment to study the structure of microstructures, use molecular dynamic simulation to study microstructure formation mechanisms, use a tailor-made autoclave to examine the effects of aging conditions, and use suspension rheology and colloidal science to study the effects of microstructures on asphalt rheology. The research team is experienced in conducting asphalt aging related topics. The research team also has the expertise and software and hardware capacity to accomplish the research goals. It is anticipated that this research will contribute to the improvement of the durability of newly built asphalt pavements as well as those recycled asphalt pavements.

沥青是公路、桥梁和机场铺装的关键材料，而氧化老化是沥青材料性能退化的主要原因。氧化老化的主要生成物是沥青质，它以微观构造的形式存在于老化沥青中，影响沥青的宏观流变性质。长期以来，铺面工程领域对沥青质本身的基本性质缺乏深入的了解。本课题将重点研究由沥青质形成的微观构造的基本结构、沥青质微观构造的形成机理、老化环境对沥青质微观构造的影响以及微观构造对沥青宏观流变性质的影响。为了实现研究目标，本课题将（1）借助于现代微观分析技术研究沥青质微观构造的结构，（2）对不同类型的沥青质微观构造分类并借助于分子动力学模拟的手段研究其形成机理，（3）利用自制的老化设备研究老化条件对沥青质微观构造的影响，（4）利用悬浮颗粒流体力学和胶体科学的理论和计算方法研究沥青质微观构造对沥青流变性能的影响。课题组有长期从事沥青老化研究的基础、一流的团队与工作平台，期待能够通过该项目，提升我国新沥青和再生沥青铺面的耐久性。

项目的背景：石油沥青是公路、桥梁和机场铺装的关键材料。作为一种有机材料，沥青在沥青混合料的生产、施工和使用过程中都会发生不同程度的老化。老化使得沥青材料变硬、变脆，进而引发道路的裂缝、坑槽和其它病害。但是，长久以来，学术界对沥青老化和老化造成的沥青材料性能退化的内在机理并没有清楚的认识。本项目以沥青老化的主要生成物“沥青质”为研究对象，深刻揭示了沥青材料老化过程中的物理化学变化以及这些变化对工程性质的影响。.主要研究内容：（1）借助于现代微观分析技术研究沥青质微观构造的结构，（2）对不同类型的沥青质微观构造分类并研究其形成机理，（3）利用自制的老化设备研究老化条件对沥青质微观构造的影响，（4）研究沥青质微观构造对沥青流变性能的影响。.重要结果：（1）世界上首次观察到沥青在纳米尺度随着老化内部结构的变化；（2）世界上第一次发现沥青质在沥青内的独特形貌。（3）发明了一种非溶剂、无损伤的薄膜制样新方法。使用这种方法，可以在透射显微镜、原子力显微镜、荧光显微镜等设备下清楚观察到沥青质、聚合物改性剂等在沥青内的形貌和相互作用。（4）伴随着对沥青质的研究，发现了用凝胶色谱(GPC)方法研究沥青的一个常见错误。（5）发现了常用的实验室老化沥青处理的不足之处。（6）发现了沥青质含量和形貌对于沥青流变性能的关键联系。.关键数据及其科学意义：本课题在世界上首次揭示了沥青在纳米尺度基本的、真实的微观结构以及与工程力学性能的联系。本课题详细分析了来自世界各地的不同类型的沥青，产生了大量真实、详实的数据。具体数据和结果请见基于本课题发表的论文。