沥青是一种典型的黏弹性材料,其黏弹性行为背后的物理基础是:构成沥青的烃类及其衍生物分子链长度大于常规小分子,分子链独特的松弛运动使沥青具有温度、时间敏感性特征。根据分子运动方式的不同,沥青的行为可以划分为不同的状态:黏流态、黏弹态和玻璃态。玻璃化转变温度是沥青由黏弹态向硬而脆的玻璃态发生可逆转变的特征温度。在此温度下,比热、比容、模量、介电损耗等物理量发生急剧变化。由于此温度及以下松弛运动的冻结,材料对外力引发的变形不能及时有效地松弛,容易引发低温开裂。低温开裂是寒冷地区路面结构面临的主要病害。玻璃化转变温度Tg的研究对沥青低温脆性的鉴别及沥青混合料温度应力的确定具有重要意义。研究沥青玻璃化转变温度的传统方法是基于自由体积理论的膨胀计法。由于操作复杂,该方法实际应用较少。测量振荡荷载作用下动态模量和相位角(也可等效地表示成储能模量和损耗模量)的动态力学试验,是一种有效确定沥青玻璃化转变温度的方法。其玻璃化转变发生的标志是损耗模量出现峰值,该方法所测试的动态模量与沥青的使用性能紧密相关,且峰值特征容易辨别,因此得到了越来越多的关注。但是,传统的温度扫描仅能确定单一测试频率下的结果。为实现任意频率下沥青玻璃化转变温度的确定,并进一步分析沥青混合料的准脆性行为,本文主要开展了以下工作:(1)玻璃化转变温度是损耗模量主曲线上峰值对应的温度。论文建立了一种以修正的 Havriliak-Negami(Modified Havriliak-Negami,MHN)模型复数模量主曲线为基础的,用黏弹性参数和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程的系数估算沥青玻璃化转变温度的方法。该方法的优点是建立了沥青玻璃化转变温度与MHN复数模型黏弹性参数之间的解析关系,能同时确定任一参考频率下的玻璃化转变温度,弥补了以往研究中常忽略高频段损耗模量主曲线的构建、缺少玻璃化转变温度与沥青动态剪切模量主曲线之间相关性的缺点。本文利用15种沥青的实测数据,构建了 MHN复数模量模型主曲线,确定了玻璃化转变温度,并与传统方法确定的玻璃化转变温度结果进行了对比,验证了该方法的有效性。(2)动态剪切模量主曲线不仅能反映沥青在实际使用条件下的力学性能,还能敏感地反映其组成变化。利用凝胶色谱试验,测定了 15种沥青的分子量和分子量分布,分别建立了重均分子量与特征角频率、分子量分布与黏弹性松弛谱参数α之间的相关性。这种关系的建立,有利于了解沥青复杂宏观性能背后的微观组成机制。(3)在混合料中沥青与矿粉结合、以沥青胶浆的形式存在。为表征沥青胶浆的黏弹性行为,利用MHN复数模量模型,建立了矿粉体积分数0～41.2%之间的沥青胶浆动态剪切模量主曲线,分析了主曲线及黏弹性参数随矿粉体积分数的变化规律。随着矿粉体积分数的增加,损耗峰值代表的玻璃化转变温度向高温方向移动,玻璃化转变温度的变化为沥青-矿粉之间界面层的存在提供了证据。进而,根据黏弹性参数的变化规律,建立了便于描述不同矿粉体积分数沥青胶浆线黏弹性行为的唯象学预测模型。(4)温度、荷载速率相关性给低温下沥青混合料强度和断裂参数的分析和判定带来了困难。采用玻璃化转变温度区分该温度以下沥青的脆性行为后,沥青混合料的行为满足准脆性断裂力学假设。基于准脆性断裂力学的双参数模型,比较了沥青混合料三点弯曲梁试件弯拉强度、半圆试件弯拉强度和间接拉伸强度、断裂参数的尺寸效应,为低温条件下沥青混合料强度指标和断裂参数的合理选择,提供了理论依据。