沥青微观结构组成研究进展

作者：谭忆秋; 李冠男; 单丽岩; 吕慧杰; 孟安鑫

来源：交通运输工程学报, 2020, 20(06): 1-17.

DOI：10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.06.001

• 道路工程
• 沥青化学组成
• 沥青微观试验方法
• 沥青微观结构
• 四组分
• 胶体理论

为了进一步促进沥青微观组成结构的发展,综述了国内外沥青化学组成、微观结构理论、数值模拟与试验研究方法;介绍了沥青四组分物理化学性能,蜡与杂原子对沥青微观结构的影响;综合沥青胶体理论与改进的Yen模型对沥青微观结构进行了研究;分析了沥青微观组成结构研究中常用的分子动力学与相场法;总结了凝胶渗透色谱、红外光谱、小角散射技术、显微技术等方法在沥青微观结构的研究进展。研究结果表明:沥青应被视为一个化学连续体,沥青中各类分子的摩尔质量、氢碳比、极性等,按饱和分、芳香分、胶质、沥青质的顺序递变,主碳链大于C40的蜡可以视为沥青质组分,沥青中的氧、氮、硫杂原子以特征官能团的形式存在于沥青质、胶质、芳香分等极性较强的组分中,是沥青分子结构组成的关键参数之一,也与沥青-集料的黏附性能密切相关;沥青的胶体状态是沥青黏弹行为的微观结构基础,改进的Yen模型可以对沥青胶体理论进一步解释,即沥青质浓度低于纳米聚集体的临界浓度时,沥青表现为溶胶结构,当沥青质浓度逐渐高于纳米聚集体的临界浓度时,沥青中出现团簇与絮凝,沥青微观结构由溶胶结构向凝胶结构转变;沥青微观结构中广泛采用的模拟方法包含分子动力学与相场法,但2个模拟方法均对沥青的微观结构进行了一定程度简化,以微观结构模拟为基础的沥青多尺度仿真方法仍面临着巨大的挑战;结合沥青化学成分、沥青胶体理论与流变特征建立完整的力学本构关系将是沥青材料科学的重要发展方向之一。

• 单位
  哈尔滨工业大学; 城市水资源与水环境国家重点实验室