改性沥青作为集料的胶结料广泛应用在路面铺装上,路面性能主要由沥青的性能决定。然而,近年来交通量和车辆载重的快速增加及极端气候对路面的整体性形成严峻的考验,导致了车辙、开裂等病害,这些问题都与沥青的流变性、黏弹性直接相关。因此,研究沥青的流变学是提高沥青材料性能及解决路面病害的根本途径。而聚合物的结构对改性沥青的性能产生重要的影响,因此,深入研究改性沥青“结构-性能”的关系具有重要的实际指导意义。本文采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)并结合荧光显微镜(FM)、统计分析方法、相场理论(PFT)等研究了聚合物改性沥青多相体系的黏弹性、相态、相容性和储存稳定性;深入分析了聚合物结构与黏弹性及相态与黏弹性之间的关系;建立了判定相容性的流变学方法;采用数值模拟方法及相场理论模拟了改性沥青的相分离过程和储存稳定性。主要内容如下:为研究典型改性沥青的“构-效”关系,利用DSR和BBR分别对不同结构的四种典型改性沥青(SBS、PE、EVA和胶粉改性沥青)进行了全面的流变学测试,并结合时-温等效原理、广义Maxwell模型等对结果进行深入分析讨论,得到了SBS的嵌段比、PE的密度、EVA的VA含量及胶粉的粒径对黏弹性的影响。结果表明,存在最佳的嵌段结构使得SBS的模量、零剪切黏度等指标最大;S/B的增加使得沥青对剪切变得不敏感而且低温脆性增加。MDPE对沥青高温性能提高最显著,呈现明显的剪稀现象,并采用Ostwald模型描述了该剪稀现象;LLDPE对低温性能提高最明显。EVA中VA的增加使得高温性能先变好后变差,而低温性能呈单调性变好。随胶粉粒径的增加,胶粉改性沥青的模量和零剪切黏度增大,体系趋向于非牛顿流体,沥青黏度对温度的敏感性降低。采用流变曲线研究了改性沥青的相容性,对主曲线、等时图、Black digrams、Han图和Cole-Cole图进行了优选,发现Cole-Cole曲线的对称性与体系的相容性存在最直接的对应关系,曲线对称性好对应着相容性好,并且准确性和灵敏度较好。进一步采用该判据研究了聚合物结构对改性沥青相容性的影响,发现嵌段比适中的SBS及LDPE的相容性最好,增加VA含量及减小胶粉粒径有利于提高相容性。流变学方法研究改性沥青储存稳定性的结果表明,S/B=30/70的SBS改性沥青最稳定,增加VA含量及减小胶粉粒径使得储存稳定性变好。Cole-Cole图判断出的相容性与实际储存稳定性结果存在很强的正相关关系。采用荧光显微镜研究了不同结构聚合物改性沥青的微观相态,并结合统计分析方法定量表征了聚合物相的尺度和分布。深入分析了微观相态与宏观黏弹性、稳定性之间的关系。结果表明SBS改性沥青的三种相结构(SBS相为分散相、双连续相和SBS为分散介质)与储存模量的依频、依温曲线存在很强的对应关系,对相态的区分较灵敏。为探究改性沥青相分离的关键因素,本文采用数值模拟方法模拟了改性沥青的相分离过程,建立了适用于聚合物改性沥青多相体系的相场模型,并确定了各改性沥青的相场模型参数;为更真实的模拟改性沥青的储存稳定性,将Navier-Stokes方程和相场模型进行耦合,进一步模拟了SBS、PE和EVA改性沥青实际热储存条件下的微观相态变化,并用实验结果对模拟结果进行了验证。结果表明耦合Navier-Stokes方程的相场模型可以较真实的模拟改性沥青实际热储存过程中的相态变化,模拟结果清晰的显示了改性沥青在热储存过程中聚合物和沥青发生相分离的全部过程。模拟结果与储存稳定性研究结果是一致的,且模拟图像接近荧光显微图像。