- 文献综述（或调研报告）：
目前我们对沥青路面的水损病害的认识尚不完善，除宏观试验外，缺乏精细有效的检测评价手段。本设计计划采用原子力显微镜与纳米压痕仪探测沥青及混合料水损前后的性能变化，包括粘附力、杨氏模量、硬度等指标，并将结果与表面能计算结果和冻融劈裂试验结果相比较，进一步揭示沥青材料水损的机理和性能变化情况，为沥青水损的研究提供新思路和新手段。
- 沥青样品水损性能评价
(a). 原子力显微镜技术
近年来，微观显微镜技术尤其是原子力显微镜技术的发展，极大地促进了沥青材料的微观研究。原子力显微镜即用固定在悬臂上的碳化硅探针扫描样品表面，并记录探针的位移数据，扫描完成后即可得到样品表面的形貌高度图像[1]。该图像包含了样品表面的相分布和形貌信息，研究者可借由图像处理技术探究样品表面结构组成，并根据微观结构与力学行为之间的关系定性地推测样品加载情况下的性能变化情况。除了图像扫描技术外，原子力显微镜还支持力曲线探测功能，可从扫描完成后的图像中选择多个点进行力曲线测试。力曲线测试即用探针触探样品表面，记录探针的荷载-位移数据，随后运用对应的分析计算模型，即可由荷载-位移曲线得到样品的模量、粘附力等指标。这些指标定量地描述了样品性能的变化，并可与宏观的力学性能进行对比，揭示微观力学性能与宏观行为之间的关系。
目前已经有许多研究者利用原子力显微镜对沥青材料的微观性能进行研究，填补了我们对沥青材料微观层面认识的空白。Loeber，Pauli和Schmets等人的研究表明，沥青表面存在大量形如蜜蜂的微观结构，该结构的尺寸和数量与沥青自身的化学组成、标号、温度等密切相关，进而与沥青材料的微观性能存在对应关系[2][3][4][5]。通过对沥青样品表面微观形貌的观测，可对沥青样品的微观力学性能变化进行定性分析。除此之外，Arifuzzaman发现力曲线测试可得到沥青样品与碳化硅探针之间的粘附力数据，由于碳化硅与沥青混合料中集料的分子结构类似，因此所得的粘附力数据可近似视为沥青混合料中沥青与集料间粘附力的微观表达[4]。如上所述，沥青及混合料的水损是由于水和水蒸气的侵蚀造成的沥青自身粘聚力和沥青与集料间粘附力的下降引起的，因此原子力显微镜测得的粘附力数据及其变化情况可作为微观上评价沥青及混合料水损情况的有效指标，具有极高的实用前景。本设计中还将采用原子力显微镜的温度控制模式测量不同温度下的沥青样品粘附力数据[6]，以增加数据多样性，探究粘附力数据的变化趋势，并更好地与表面自由能模型计算结果进行对比分析。
(b). 表面自由能模型计算粘附功
目前表面能方法开始逐渐应用于沥青材料的水稳定性评价当中。国外，以Hefer为代表的研究者们利用座滴法测量沥青的接触角和表面能，从而得出沥青与集料的粘附功，进而可评价其抗水损性能[7]；国内，马峰、肖庆一、傅珍等研究者也已成功利用表面能方法评价了沥青与集料的粘附性能，进而评估其水稳定性[8][9]。因此针对沥青样品的水损性能测试，除原子力显微镜外，本设计还计划采用表面能模型分析其水稳定性，实现数据的对比分析，验证其准确性。
在表面物理化学中，物体在相互接触作用过程中的强度和特性主要依靠物体表面的性质，首要的就是表面能。表面能描述的是固体或液体内部支点与表面质点的相互作用。位于内部均匀物质的每一质点都受到周围其他类似质点的引力，因此合力为零；而位于表面的质点则只从一面受到引力作用，而另一面为密度很小的空气，空气分子产生额力场很微弱，对物质表面支点的作用力很小，难以平衡内部分子作用，所以物质表面平衡的质点的存在就使该表面具有一定的表面能。表面能因此定义为形成单位面积自由表面需要的能量，或真空中分开某相形成新界面所需的功。表面能理论观点认为。沥青与集料的粘附是由于沥青润湿集料表面形成的[8]。沥青的润湿能力指的是沥青与集料表面紧密结合的能力，与自身粘结力有关。沥青在集料表面粘附时，界面发生变化，产生能量的交换现象，导致体系的自由能降低，表面自由能的变化值就定义为粘附功。因此，粘附功越大，则自由能减少的越多，表明沥青与集料的润湿更好，粘附力更高[7][8]。而水损即水对沥青和集料粘附系统的破坏，因为水比沥青与集料的润湿性好，所以可以侵入沥青与集料的表面，取代沥青，这一过程中消耗的粘附功越大取代的难度越高，表明沥青的粘附效果越好，抗水损能力强。因此，通过表面能模型计算沥青与特定集料的粘附功即可评价沥青的水稳定性，或计算水损前后性能变化。
粘附功的计算需要沥青及集料的表面能数据，不同集料的表面能数据已有大量研究测定，有许多规范值，而沥青由于常温下为黏弹塑性固体，受热会软化直至液态，所以直接测量其表面自由能有一定难度。因此本试验中选择接触角法间接测量沥青样品的表面自由能。接触角是衡量液体对固体润湿能力的一个重要指标，可以用来表示液体对固体润湿的程度。在气、 液和固三相的交界处作气液界面与固液界面的切线，两切线通过液体内部所成的夹角即称为接触角。接触角越小，则表明沥青对集料的润湿性越好，粘附力越强。试验中通过准确测量沥青与三种已知不同液体之间的接触角，再根据Fowkes理论，依据沥青接触角和相应三种液体的表面张力即可计算得出沥青表面自由能及其分量，从而计算沥青样品的粘附功[7][8]。最后根据粘附功数据及其水损前后变化情况，即可评价沥青样品的抗水损性能，与原子力显微镜测得的数据进行对比则可互相验证。
2、沥青混凝土样品水损性能评价
(a). 纳米压痕技术
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