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沥青及沥青混合料自愈合特性研究

孙艺涵  
【摘要】:本文根据电磁感应和微波加热的技术特性,制备了通过刺激填料并诱导发热的“填料放热型自愈合沥青混合料”,并首创性地提出了通过刺激集料进行诱导发热的“集料放热型自愈合沥青混合料”,进行了两种自愈合沥青混合料的自愈合效果分析与对比。研究表明,两种自愈合沥青混合料在合适的热诱导自愈合技术下,均可在短时间内使断裂的沥青混合料的机械强度恢复到80%以上。针对目前沥青混合料自愈合特性的研究现状,本文率先分析了不同服役环境和服役程度对沥青及沥青混合料自愈合特性的影响规律,包括紫外老化、雨水浸润、冻融循环、道路冰雪等。根据不同影响因素下沥青及沥青混合料自愈合特性的变化规律,本文还提出了沥青道路自愈合养护的时机判断方法与时机选择建议。本文的主要结论如下:1.通过动态剪切流变仪、傅里叶变换红外光谱等测试方法,研究了不同紫外老化时间对基质沥青自愈合性能的影响规律。结果表明通过动态剪切流变仪得到的沥青流动行为曲线可以较好地反应基质沥青的流动性能与温度的关系,基质沥青的流动性能和自愈合性能将随着沥青老化时间的延长而不断下降,沥青流变行为指数曲线永久低于0.9关键值之时,将是基质沥青养护时机的截止点;2.不同服役环境对道路沥青自愈合特性的影响分别在于:随着机械疲劳的反复断裂,沥青混合料的自愈合恢复强度将不断下降,但本文设计的两种自愈合沥青混合料均可在多次机械疲劳断裂后保持50%以上的机械强度修复率;雨水的存在可以在一定程度上提高沥青混合料的导热性能和发热性能,但是水分将极大地阻碍了沥青的自愈合进程,导致沥青暂时性地丧失自愈合特性,随着水分的流逝和蒸发,沥青材料将逐渐恢复其自愈合特性;3.在冬季特殊条件(如冰雪冻融环境)下,沥青混合料不但会受到水分的渗透、浸润等常规水损害的影响,还会因为水结冰的体积膨胀作用而产生一定的结构损伤,水分的阻碍作用将导致沥青道路的自愈合效率从80%左右下降至20%。研究结果表明两种热诱导自愈合技术在保证一定的沥青混合料自愈合效果的同时,还在融雪化冰方面具有十分明显的加速效果和实际应用价值,自愈合沥青混合料融雪化冰的平均融化速率最高可达53.9g/min;4.分子动力学模拟和荧光显微微观机理分析的结果表明:沥青断裂界面间的沥青分子的相互润湿作用是沥青材料发生自愈合行为的先决条件,自由水分的存在不但会大幅度延长沥青材料自愈合所需时间,同时残留的水分也会导致沥青断裂界面不能完全接触与愈合修复,并最终影响自愈合修复结果;5.相较电磁感应加热技术,微波技术下的自愈合沥青混合料的自愈合作用范围更加广阔,作用效果更加均匀,有助于避免沥青混合料在自愈合过程出现局部过热和温度应力等不利现象;6.为保证热诱导沥青混合料自愈合技术的修复效果,应选择温暖、干燥的环境对服役的沥青道路进行自愈合处理;应在冬季道路发生冻融损伤前优先进行道路自愈合养护处理;不宜在降雨积雪后立即对沥青道路进行自愈合处理。


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