水分在沥青体系中的扩散和沥青材料水损害机理研究

道路沥青的水损害是沥青路面的主要破坏形式之一，包括沥青粘聚破坏和沥青-集料粘附破坏两种模式。水分在沥青中扩散可导致沥青软化，强度降低，并穿透沥青膜扩散至沥青与集料的界面，削弱沥青-集料的粘附强度，从整体上降低沥青混合料的抗变形能力。对于水分在沥青中的扩散机理目前尚缺乏充分的理解，因此本项目针对该问题，首先采用微观分析、组分分析、红外光谱以及核磁共振等手段，研究不同沥青化学组成与结构的差异，然后利用电化学阻抗方法对水分在沥青及其组分中的扩散过程进行研究，并应用普通显微镜观测浸泡前后样品的表观形貌变化，以及使用固体核磁共振技术确定水分在沥青中的存在状态，并利用液相色谱-质谱检测水溶液中的组分，在此基础上探索水分在沥青中的传输行为及与沥青化学组成的关系，获得水损害条件下的沥青的粘聚破坏机理，为提高沥青材料及沥青混合料的抗水损害能力提供理论指导。

沥青材料的粘聚破坏是沥青道路水损害的主要破坏形式之一，水分在沥青中扩散可导致沥青软化，强度降低，并穿透沥青膜扩散至沥青与集料的界面，削弱沥青-集料的粘附强度，从整体上降低沥青混合料的抗变形能力。为深入了解水分在沥青中的扩散行为，认识水分对沥青材料的破坏机理，本项目以国内常用的四种直馏AH-90沥青为研究对象，首先将其分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质，然后对沥青和四个组分分别进行元素分析、分子量、红外光谱以及核磁共振分析，并使用改进的Brown-Ladner法确定各样品的平均分子结构；根据水分与沥青材料介电常数的巨大差异性，利用电化学工作站，使用电化学阻抗(EIS)方法考察水分在沥青中的扩散过程，同时使用重量法进行对比，并结合沥青样品的微观结构探索沥青的组成对水分扩散行为的影响。研究得到如下结论：1、四种沥青虽然均为AH-90沥青，但是其族组成和结构族组成有较大的差异；同时分离得到的四组分的结构上也有差别，从而影响着沥青材料的抗水损害的能力；2、与重量法相比，电化学阻抗技术可以有效的表征水分在沥青材料中的扩散行为，从而客观的评价沥青材料的抗水损害性能；3、水分在沥青中扩散规律与其中的极性组分有关，沥青中极性组分芳碳率高，吸水率大，极性组分芳碳率低，吸水率小，为提高沥青的抗水损害的能力，需要适当降低沥青中的极性组分。本项目的研究结果可为提高沥青材料及沥青混合料的抗水损害能力提供理论指导。