沥青混合料难以满足桥面铺装层的防水性能和路用性能要求,容易产生渗水车辙裂缝等问题,还可能对桥梁结构造成损伤。虽然,最近提出的力学性能优异的新型聚合物混凝土桥面铺装材料可以代替传统的沥青混凝土桥面铺装材料,但其水稳定性相对较差。鉴于此,本研究提出了一种利用真空灌注成型工艺降低空隙率的方法,旨在提升聚合物混凝土桥面铺装材料的水稳定性,并一步提高其路用性能和防水性能,所研制的新型聚合物混凝土铺装材料还可以用于机场道面等铺装层的快速修复。主要研究内容与成果包括:首先,为实现桥面铺装材料的全防水功能和高性能,本研究分别以聚氨酯和环氧树脂作为桥面铺装材料的胶结料,研究了利用真空灌注成型工艺制备聚合物混凝土桥面铺装材料的方法,确定了其制备工艺过程与参数,表征了其关键性能,并与传统击实成型的聚合物混合料的性能进行了对比分析。结果表明,与传统击实聚合物混合料相比,真空灌注法制备的聚合物混合料的空隙率几乎为零,且其稳定度和水稳定性明显优于前者,尤其是浸水及冻融后后者的稳定度和劈裂强度损失几乎为零,表现出优异的水稳定性。因此,真空灌注成型工艺能够有效提高聚合物混合料的稳定度和水稳定性能。其次,提出了接触角试验与AFM峰值力模式扫描的试件制备的新方法,基于表面自由能理论,测定并分析了玄武岩集料与聚合物胶结料之间的各项表面能参数,从能量的角度表征玄武岩集料与聚合物胶结料间的界面粘结性能。结果表明,环氧树脂的粘聚功比聚氨酯的粘聚功大,环氧树脂-玄武岩界面的粘附功比聚氨酯-玄武岩界面的粘附功大,表明环氧树脂与玄武岩的界面粘结性能更好。环氧树脂-玄武岩界面剥落功略小于聚氨酯-玄武岩界面剥落功,配伍率大于聚氨酯-玄武岩界面,表明环氧树脂抗水损性能略优于聚氨酯。表面能试验结果与混合料宏观性能具有较好的一致性。表面能测试结果较好地解释了两种聚合物混合料抗水损性能的差异性。再次,基于界面过渡区理论,提出聚合物胶结料-集料之间也存在性能较弱界面过渡区的可能,试验通过AFM峰值力模式扫描技术表征了集料-聚合物胶结料界面区的微观形貌和模量,从纳米力学的角度表征集料与聚合物胶结料间的界面性能,并确定了其界面过渡区宽度。结果表明,聚合物胶结料-集料界面处的模量均小于非界面处胶结料的模量,可以断定聚合物胶结料-玄武岩集料之间存在界面过渡区,且界面过渡区模量的大小与界面过渡区的宽度以及胶结料和集料的种类有关;经测定,聚合物胶结料-玄武岩集料的界面过渡区宽度约为50μm～100μm。最后,基于分子动力学模拟方法,以聚氨酯胶结料为例,对比研究了的玄武岩集料主要矿物氧化物与聚氨酯之间的界面交互作用和界面能各项参数。结果表明,四种氧化物与聚氨酯之间的界面能和粘附功从大到小均为:Si O₂>Ca O≈Al₂O₃>Mg O;四种氧化物与水之间的粘附功从大到小为Mg O>Ca O>Al₂O₃>Si O₂;四种氧化物与聚氨酯之间的剥落功从小到大为Si O₂<Al₂O₃<Ca O<Mg O。上述结果表明,与沥青-集料界面相比,聚氨酯-集料界面对集料酸碱性的适配性不同,即聚氨酯与酸性集料具有更好的界面粘结性能和耐水损性能。