沥青混合料水损坏微纳观尺度研究方法(1)——AFM的应用.docx

沥青混合料水损坏微纳观尺度研究方法(1)——AFM的应用
摘要：
沥青混合料（HMA）是道路建设中最重要的材料之一，但其易受水损坏使得路面寿命受到严重挑战。因此，研究沥青混合料水损坏的微纳观机理对于提高路面寿命具有重要意义。本文介绍了原子力显微镜（AFM）在沥青混合料水损坏微纳观尺度研究中的应用，并总结了现有研究成果。
关键词：沥青混合料，水损坏，微纳观机理，原子力显微镜
引言：
沥青混合料（HMA）是道路建设中最常用的材料之一，其优良的抗压性、耐久性、稳定性和耐候性使其成为道路面层的理想选择。然而，HMA在运用过程中会遭受由水所引起的损坏，例如龟裂、疲劳、返碎等现象，极大地影响了道路使用寿命和性能。
近年来，越来越多的研究显示，HMA水损坏的原因在于其微观结构的改变和沥青与骨料之间的相互作用发生了重要变化，这些变化会直接影响到HMA的物理、化学性质和力学性能。因此，深入了解HMA水损坏的微观机理对于实现HMA的长期可持续性具有重要意义。
HMA水损坏微观机理的研究方法：
目前，研究人员通过各种技术手段对HMA水损坏进行了深入的研究。其中，AFM是一种广泛应用于材料表面形貌和力学性质表征的技术工具。AFM操作简便，可在真空、空气、水、有机溶剂等不同环境下进行测量，并且可以实现高分辨率，非接触和无损表征。因此，AFM被广泛应用于材料科学、生物学、化学等多个领域的研究中，并被认为是一种研究材料微观结构的便捷工具。
AFM在HMA水损坏微观研究中的应用：
1.研究HMA表面形貌
目前，许多学者利用AFM技术对HMA表面的形貌进行研究。研究表明，水分对HMA表面形貌的影响非常明显，会使得HMA表面粗糙度明显增加、结构松散等等。例如，Geetal.[1]研究发现，当HMA被水泥浆侵蚀时，沥青矩阵孔道被侵蚀而骨料表面凸起。此外，Wuetal.[2]通过AFM观察了不同孔隙度的HMA表面形貌，发现HMA表面的形貌与孔隙度、骨料种类和颗粒大小等因素密切相关。这些研究为深入了解HMA水损坏的微观机理提供了有价值的信息。
2.研究HMA微观结构变化
水分引起HMA微观结构变化是导致HMA水损坏的关键因素之一。因此，HMA微观结构变化的研究对于防止HMA水损坏具有重要意义。与传统的显微镜技术不同，AFM可以在不破坏样品的情况下实现高分辨率的表征。现有研究证明，AFM可以揭示HMA复杂的微观结构和组成，并能够对HMA结构及其演化进行跟踪观察。
例如，Geetal.[3]通过AFM观察到，水会使得沥青矩阵孔道被侵蚀，矿物的表面变得更为凸起。Zhangetal.[4]研究发现，在水作用下，部分石英砾石表面会发生氧化反应，生成硅酸盐。此外，Yinetal.[5]使用AFM实现了对HMA水损坏过程中沥青与骨料间相互作用变化的实时观察，揭示了水作用引起的沥青与骨料间作用力强度变化的微观机理。
3.研究HMA物理力学性质变化
HMA的物理力学性质是其能否承受水分影响的关键。使用AFM技术可以准确测量HMA的力学性能，例如弹性模量、硬度、粘附力等。此外，AFM还能够模拟现场条件的高湿度和极端温度环境，实现HMA力学性能的无损、高精确定量测量，提高了对HMA物理力学性质变化的研究深度和广度。
总结：
AFM技术在研究HMA水损坏微观机理方面取得了重要进展，为深入了解HMA水损坏的根本原因提供了有价值的信息。今后，将继续推广和发展AFM技术，通过对不同类型HMA的微观结构和力学性质的研究，从而更好地理解HMA水损坏机理，为提高HMA使用寿命和性能提供理论基础和技术支撑。
参考文献：
[1]Ge,J.,Leng,Z.,Guo,X.,etal.Studyontheinteractionbetweencementslurryandhot-mixasphalt(HMA)usingatomicforcemicroscopy.ConstructionandBuildingMaterials,2018,185:298-306.
[2]Wu,C.,Huang,Y.,Sun,L.,etal.Observationofsurfacemorphologyofasphaltpavementwithatomicforcemicroscopy.ConstructionandBuildingMaterials,2020,236:117615.
[3]Ge,J.,Leng,Z.,Guo,X.,etal.Studyontheinteractionbetweencementslurryandhot-mixasphalt(HMA)usingatomicforcemicroscopy.ConstructionandBuildingMaterials,2018,185:298-306.
[4]Zhang,F.