高温车辙和低温开裂是沥青路面的主要破坏形 式。对于道路沥青高低温性能的评价，目前主要有 针入度( 延度) 与 PG( 性能分级) 的弯曲梁流度试验 ( BBＲ) 、直接拉伸试验( DDT) 等。然而针入度( 延 度) 等指标的标准是经验性的，存在较大误差，并不 能科学准确地反映道路沥青在对应温度区间的感温 性能。随着原子力显微镜( AFM) 等先进技术的发 展，对道路沥青微观的研究也逐渐深入，能更好地评 价沥青的力学性能。
Loeber 最早利用 AFM 观测到沥青表 面 特 有 的“蜂状结构 ”; 并认为“蜂状结构”的出现与沥青 质的存在有关。Carbognani 等把“蜂状结构”的 出现归于沥青中蜡组分冷结晶过程中出现的高度不 溶有机分。杨军等利用 AFM 观测沥青的“蜂状 结构”提出结合图像处理技术，利用分形维数对沥 青微观结构进行定量分析，得到了随沥青老化程度 的增加与“蜂状结构”变化的关系。关泊等利用 AFM 浅谈了新旧沥青的融合机理及力学性质，研究 了沥青微观形态学参数与其力学性质的关系。还有 国内外的很多专家对沥青进行原子力显微镜的测 试，探索“蜂状结构”的成因，并定量表征沥青“蜂状 结构”的数量，体积、平均面积、最大面积等。 然而还没有学者利用微观手段针对沥青的高、低温 性能进行专门的微观研究。
现结合几种常用的道路沥青，采用 AFM 下的不 同沥青的微观特点和指标，与针入度系列指标进行 对比分析，结合上海
昌吉针入度测试综合评价其高温性能，结 合延度综合评价其低温性能。研究结果可以为从沥 青微观结构来探索宏观高低温性能提供一定的理论 依据。
1 材料设计与试验方法
1. 1 试验用材料与试样设计
试验用沥青为 90#沥青与 70#沥青，对两种沥青 加入 4% SBS 改性剂，用搅拌机和高速剪切仪制备 SBS 改性沥青。利用旋转薄膜烘箱( ＲTFOT) ，将以 上 4 种原样沥青分别在 163 ℃ 条件下老化 5 h。
1. 2 试样制备
将基质沥青放入 135 ℃、改性沥青放入 150 ℃ 烘箱中加热至熔融状态，并搅拌沥青呈均匀状态，分 别取8 种少量沥青滴在60 mm × 20 mm × 1 mm 载玻 片中央，使沥青成为直径 1 cm 左右的圆膜并进行标记。
1. 3 试验方法
采用布鲁克公司 Dimension Icon 型原子力显微 镜对沥青试样进行观测，采用轻敲模式。探针弹性 常数 40 u /m，扫描速率 0. 5 Hz，扫描面积 40 m × 40 m，分辨率 512 × 512。
2 试验结果与分析
2. 1 试验结果
2. 1. 1 针入度试验结果 沥青
针入度仪试验。从可 知，与基质沥青相比，改性沥青与老化沥青的针入度 均减少，表明其高温性能增加。
2. 1. 2 原子力显微镜试验结果 AFM 通过检测试样表面和一个微型力敏感元 件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质表 面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一 端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生变形或运动 状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这 些变化，就可获得作用力分布信息，从而获取样品 表面 形 貌 结 构 信 息。利 用 自 带 软 件 Nanoscope Analysis 1. 9 对 AFM 扫描的高度形貌图进行自动 拉平( flatten) 处理，使图像处于理想水平。
2. 2 试验结果分析
1) 90#SBS 改性沥青与基质沥青相比，“蜂状 结构”数量增加。国内外的大部分研究表明，沥青” 蜂状结构“的存在主要与沥青质有关。本文试验研 究认为，加入改性剂后，沥青变黏稠，沥青中大分子 量组分增加( 以沥青质组分为代表) ，导致沥青凸出 的针状结构增多，同时凹陷的针状也增多，即所形成 的“蜂状结构”增多。由于改性沥青表面出现的密 密麻麻的凸出与凹陷的针状结构比基质沥青多，针 状结构的高度均比较一致，高度均方差小，因而软件 计算出的平均粗糙度小。
( 2) 70#SBS 改性沥青与基质沥青相比，“蜂状 结构”数量增加，而软件计算出的表面平均粗糙度 变大，与 90#沥青的粗糙度结论相反。研究认为，70 #基质沥青本身比 90#基质沥青黏稠，含有的大分子 量较多，沥青较硬，不容易被改性。在相同条件下加 入 SBS 改性后，70#沥青大分子量的增加率小于 90# 沥青，即 70#沥青表面凸出与凹陷部分增加的比例 小于 90#沥青，针状结构的高度不一致，高度均方差 较大，因而软件计算出的平均粗糙度大。
( 3) 无论 70#沥青还是 90#沥青，老化 5 h 后与 原样沥青相比，“蜂状结构”数量增加，表面平均粗 糙度减小。研究认为，沥青是一种高分子熔融液，芳 香分和饱和分作为溶剂，沥青质作为溶质，通过胶质 胶结在一起。在 163 ℃条件下老化 5 h 的沥青熔融液，一方面，溶剂挥发，沥青质和胶质所占比重增大， 因而凸出与凹陷的针状结构增多，即“蜂状结构”增 多; 另一方面，原样沥青老化后，沥青的小分子量向 大分子量转换，导致大分子量异常增多，凸出与凹陷 的针状结构也异常增多，高度均比较一致，高度均方 差小，因而软件计算出的老化沥青的平均粗糙度小 于原样沥青。
( 4) 沥青的 4 组分均是由碳氢化合物及其非金 属衍生物混合而成的，广义上来讲，沥青的 4 组分属 于同一种物质。在 AFM 扫描下，小分子量的芳香分 和饱和分呈现出相对水平的状态，要将沥青的形貌 图放大很多倍才能看到很小的凸出与凹陷，即使沥 青经改性和老化后，小分子量的芳香分和饱和分的 凸出与凹陷的程度也不能变得很大。而较硬的大分 子量沥青质呈现出大程度凸出的针状结构，较软的 大分子量胶质呈现出大程度凹陷的针状结构，形成 “蜂状结构”。
3 结论
(1) SBS 改性沥青与基质沥青相比，沥青变黏 稠，沥青中大分子量增多，因此针入度减小; 凸出与 凹陷部分针状结构增多，即“蜂状结构”数量增多， 软件计算出的高度均方差减小，因此粗糙度减小，沥 青的高温性能变好。
( 2) 沥青在老化过程中，低分子量的芳香分、饱 和分部分挥发，部分向大分子量组分转化，沥青质和 胶质所占比重增大，沥青变硬，因此针入度减小; 凸 出与凹陷部分针状结构增多，即“蜂状结构”数量增 多，软件计算出的高度均方差减小，因此粗糙度减 小，沥青的高温性能变好。
( 3) 在改性和老化过程中，沥青四组分由低分 子量向大分子量转换，大分子量越多，“蜂状结构” 中凸出与凹陷的针状结构越多，而芳香分和饱和分 这种小分子量，即使老化和改性，凸出与凹陷的程度 也不能变得很大，因此一直呈现出相对水平的状态。 因此，“蜂状结构”凸出部分代表大分子量沥青质， 凹陷部分代表大分子量胶质，相对水平部分代表低 分子量的芳香分和饱和分。“蜂状结构”可以体现沥 青四组分以及四组分组成的胶体结构，具体分析以 及沥青力学行为后续将做进一步分析。
