路面预养护再生剂在老化沥青混合料中纳米级梯度扩散规律研究

The diffusion theory of rejuvenator in aged asphalt mixture during pavement preventive maintenance is a very hot research topic on the recycling of bituminous materials. Based on the literature reviews and the previous studies of the project applicant, this project will analyze the diffusion theory of rejuvenator in aged asphalt mixture at nano scale, by means of Nanoindentation and Nano Computed Tomography Scan technologies..Ultra thin slices of asphalt mixtures in gravity direction will be specially designed and prepared. The modulus at varied depth will be then collected to finalize the gradient ageing spectrum in asphalt pavement. The ageing depth and ageing degree can be also researched with the gradient ageing spectrum. The behavior reduction of asphalt mixture because of ageing can be therefore studied to predict the optimum preventive maintenance time. Furthermore, the gradient diffusion of rejuvenator in both aged bituminous binder and aged asphalt mixture will be investigated at nano scale to understand the influence criteria of material characteristics and environmental issues. Based on the gradient diffusion theory of rejuvenator, rejuvenator selection criteria and optimum environmental conditions for rejuvenator applications will be investigated during trial practical field studies..On the one hand, this research will give technical reference for rejuvenator applications in asphalt pavement preventive maintenance. On the other hand, this research will finalize an advanced technique for the performance evaluation of applying rejuvenator on aged asphalt pavement.

客观精确地分析沥青路面预养护中再生剂在老化沥青混合料中的扩散行为规律，是一个国内外相关学者关注的热点科学问题。本项目拟在总结国内外研究成果和项目申请人前期研究工作的基础上，采用纳米压痕新技术和纳米CT扫描技术，于微观尺度分析再生剂在老化沥青混合料中的扩散规律。.通过制备重力方向的沥青混合料超薄片并测试不同深度位置沥青材料的模量，一方面实现在不破坏混合料原有结构的基础上研究沥青路面材料连续梯度老化现象，精确分析其老化深度和随深度逐渐变化的老化程度，建立沥青路面材料梯度老化理论；另一方面基于纳米尺度研究再生剂梯度扩散行为，揭示材料因素和外界条件对再生剂在老化沥青混合料中的扩散行为和养护效果的影响规律，为沥青路面预养护再生剂的选择和预养护雾封层施工条件的确定提供理论依据。通过本项目的理论和实验研究，将为沥青路面预养护再生剂的应用提供科学依据，并为其再生效果建立一种新颖、高效、灵敏的评价方法。

沥青路面预养护技术，是一项主动性养护技术，可实现沥青路面全寿命周期内的养护成本最小化。准确预测沥青路面在长期服役过程中的性能衰减规律，建立预养护时机的判断标准，并精确分析再生剂在老化沥青混合料中的扩散规律，是沥青路面预养护技术的核心问题。.本课题首先基于大量的沥青路面芯样性能分析，构建了沥青路面随服役时间和交通荷载等因素而变化的衰减规律，建立了基于化学官能团的老化程度预测指标和沥青路面梯度老化规律，从而确立了沥青路面性能衰减程度的预测方法，构建了沥青路面预养护时机判断的标准。研究认为，调查长期服役沥青路面的残留性能及预测其未来病害出现的几率时，应综合残留疲劳方程、层间抗剪性能表征方程和老化沥青官能团增幅的残留性能预测方程进行分析。.同时，本课题采用了细观图像实验分析和分子尺度计算模拟相结合的研究方法，分析了再生剂与老化沥青的相容性，研究了在老化沥青中的扩散速度和扩散深度，以及对老化沥青模量的改善效果。研究表明，细观图像实验分析和分子尺度计算模拟相结合的研究方法，能够快速有效地评价再生剂在老化沥青中的扩散行为。研究还发现，再生剂本身化学属性、老化沥青种类和老化程度等对再生剂扩散效果具有显著的影响，即再生剂对老化沥青的再生效果因单个官能团的含量不同而不同，再生效果有较强的组分依赖性：在沥青路面热再生和沥青路面养护等需要使用到再生剂的情况，需详细考察被再生沥青材料的老化程度和被老化方式，从而有针对性地选择再生效果优异的再生剂材料。.本课题的研究成果，不仅可以为我国沥青路面预养护再生剂的使用提供科学依据，为再生剂作用效果提供一种准确、灵敏、高效的科学分析方法；还将为再生剂材料的开发提供指导性意见。本研究既可以极大地提高我国沥青路面预养护的科技水平，还将衍射到整个道路工程设计行业，为人民的便利出行提供有效的技术保障。