不同类型沥青胶浆自愈合行为方程

在设计耐久性路面时,自愈合技术在延长沥青路面使用寿命方面有着巨大优势。明晰沥青自愈合行为和定量评价沥青自愈合性能,是沥青自愈合技术应用的前提。基于扩散理论,将自愈合分为润湿愈合和扩散愈合两个过程,沥青的润湿愈合强度在裂缝开裂后的短时间内得以形成,进入间歇期后主要进行扩散愈合,且扩散愈合强度与愈合时间成线性关系,进而建立了考虑温度及愈合时间影响的沥青材料宏观自愈合行为方程,定量描述了沥青胶浆愈合强度随愈合时间变化的过程,对量化沥青材料的自愈合过程具有重要价值。然后,基于沥青的复数模量指标,提出以损伤恢复度作为宏观愈合能力评价指标。此外,在不同温度条件下对不同损伤度、填料类型、粉胶比、沥青类型的沥青胶浆进行疲劳自愈合试验,发现损伤恢复度与愈合时间具有较强的线性相关性,从而验证了提出的毛细扩散理论对沥青胶浆自愈合的适用性。最后,根据毛细扩散愈合机理和沥青组成成分特点,分析了不同沥青胶浆的自愈合行为的差异性。通过对不同沥青类型与温度条件下的胶浆愈合方程进行参数分析,发现可采用愈合方程曲线的截距和斜率分别表征沥青胶浆的润湿愈合强度与扩散愈合速率,进一步验证了理论方程的可靠性。     

沥青及其混合料自愈合性能试验研究

为了对比分析基质沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青的自愈合性能,并研究沥青种类、愈合环境、破坏程度对混合料疲劳-自愈合进程的影响。通过DSR(动态剪切流变仪)的Time-Sweep(时间扫描)模式测试了沥青复数剪切模量随加载次数的变化,采用愈合指数HI评价沥青的自愈合能力;利用DSC(差示扫描量热仪)测试沥青相态转变过程中的焓变;基于四点弯曲疲劳试验测试了混合料劲度模量随加载次数的变化。研究结果表明:从流变性角度分析,橡胶改性沥青的自愈合性能最好,SBS改性沥青次之,基质沥青最差,随着损伤度的增大,以上3种沥青的自愈合指数呈下降趋势;从分子扩散角度考虑,基质沥青的自愈合能力最小,基质沥青愈合裂缝的能力优于SBS改性沥青及橡胶改性沥青。沥青类型及愈合环境对混合料的愈合进程具有重要影响,提高愈合环境的温度可以加速混合料的愈合,破坏程度的增加对混合料的自愈合具有负面影响。     

改性剂对沥青自愈合能力的影响

采用动态剪切流变试验仪(DSR),对70号基质沥青和添加SBS、岩沥青、表面活性剂3种改性剂的沥青进行间歇疲劳加载。试验采用应变控制加载模式,当沥青达到规定的损伤度(D=15%、30%、45%)时,停止加载,并设置不同的间歇时间(300s、600s、1 800s、3 600s、5 400s)使沥青愈合,再进行重复加载。通过表象评价指标(HI1、HI2)和能量指标(HI3)对沥青愈合能力进行分析,研究改性剂对沥青自愈合能力的影响。试验结果表明:3个评价指标对沥青自愈合能力评价具有一致性,添加SBS改性剂使沥青愈合能力明显增强,添加岩沥青愈合能力减弱,添加表面活性剂对沥青愈合能力影响不大;愈合指标与间歇时间的1/4次方(t1/4)存在着很好的线性关系,且不同沥青愈合方程的斜率的大小关系与沥青自愈合能力排序一致。     

沥青自愈合性能评价指标修正及应用

通过对比和分析现有沥青自愈合指标的不足，以模量下降速率重新定义自愈合指标，该指标值越小说明沥青材料的自愈合性能越优。采用动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，DSR）对7种沥青进行不同间歇时间和不同损伤度下间歇加载式的自愈合试验，以毛细扩散理论下的自愈合行为方程对自愈合指标进行线性拟合，获得代表沥青瞬时自愈合和后期自愈合的参数，用以研究沥青的自愈合性能。结果表明：沥青的自愈合指标随着间歇时间的增大而减小，但其变小的速率趋于缓慢；7种沥青在不同损伤度下的自愈合指标值与间歇时间的0.25次方存在较好的线性正相关，判定系数R²均在0.85以上，无论是基质沥青还是改性沥青，新指标都具有较好的适用性；SBS改性沥青的瞬时自愈合优于基质沥青，随着添加到SBS沥青中改性剂掺量的增大，改性沥青的瞬时自愈合表现出先弱后强的趋势，而这7种沥青的后期自愈合性能与其瞬时自愈合性能正好相反，代表瞬时自愈合和后期自愈合的参数具有较好的负相关，说明瞬时自愈合性能优的沥青其后期自愈合性能较差。     

沥青自愈合性能在不同影响因素下的评价

在控制应力和控制应变两种加载模式下,利用动态剪切流变仪(DSR)对4种沥青材料进行疲劳-愈合-再疲劳试验。通过正交试验比较在不同愈合时间、不同愈合温度、不同愈合疲劳程度以及不同种类的条件下沥青材料在自愈合前后性能的变化,测定出复数剪切模量(|G*|)和相位角(δ)两个重要指标。对现有的几种沥青自愈合评价指标进行对比、分析和总结,针对其不足之处提出建立基于能量学基础上的评价指标——能量密度比作为新的沥青材料自愈合评价指标。通过各种不同的指标来评价沥青材料的自愈合特性的强弱,并加深了解沥青材料自愈合的机理和过程。对各不同评价指标得出的结果进行比较,得出能量密度比为最佳自愈合评价指标,并用疲劳试验验证其正确性。     

基于自愈合性能的沥青混合料设计因子研究

为了解决我国沥青混凝土道路养护中的路面开裂问题,为沥青路面建设与预防性养护提供数据支持,为区域养护政策与标准制定提供理论支撑,特针对当下公路沥青路面和城市道路沥青路面中普遍存在的开裂病害进行了自愈合性能影响因子研究。为了更好地模拟道路开裂和研究自愈合性能影响因素,从沥青混合料配合比设计着手,基于四点小梁弯曲疲劳试验,通过N_(fNM)方法中的评价方法,选取疲劳恢复率作为评价指标,采用单因素方法对沥青混合料的空隙率、沥青用量、沥青种类及级配等因子进行了系统研究,并选用灰关联分析研究各因子显著影响水平。结果表明:首先,沥青混合料的自愈合能力与其空隙率成反比关系,随空隙率的增大,其疲劳寿命恢复率减小;其次,沥青混合料的自愈合能力与沥青用量成正比关系,随沥青用量的增大,其疲劳寿命恢复率增大;再者,SBS改性沥青混合料的自愈合能力要比普通沥青混合料更好,且随改性沥青的基质沥青标号的增大而增大;最后,不同级配的沥青混合料,其疲劳恢复率也是不一样的,随着最大公称粒径的增大,其疲劳寿命恢复率减小。同时,灰关联分析结果显示,沥青种类对沥青混合料的自愈合能力的影响是最显著的,其次沥青混合料的空隙率和沥青含量对其自愈合能力的影响较显著,而级配类型对沥青混合料的自愈合能力影响则不显著。     

考虑自愈合补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较

为给疲劳优先工况条件下的抗裂沥青混合料设计及改性剂选择提供参考,通过选定相同的沥青用量,采用小梁疲劳试验机研究了11种不同沥青混合料在考虑了自愈合补偿后的疲劳性能.采用50％初始劲度模量降低疲劳寿命Nf50评价基质沥青混合料疲劳性能,采用归一化劲度次数积疲劳寿命NfNM评价改性沥青混合料的疲劳性能.研究结果表明:当未考虑自愈合时,11种沥青混合料中SBS-AC13疲劳性能最好,当考虑自愈合后,仍是SBS-AC13疲劳性能最好;橡胶沥青混合料ARAC-13自愈合能力最好;疲劳自愈合能力与空隙率、级配都呈很好的相关性.     

沥青自愈合行为评价及影响因素分析

利用动态剪切流变仪(DSR)进行了改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验，采用毛细流动扩散理论证明了评价方法适用性，表征了沥青自愈合行为。通过响应面法分析了愈合时间和损伤程度对沥青样品自愈合性能的影响规律。结果表明：改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验可用于表征沥青愈合特性。沥青损伤程度越大，初期瞬时湿润愈合能力越差，而后期扩散愈合率越强。延长愈合时间，降低损伤程度，对沥青自愈合有积极作用。影响沥青自愈合性能因素强弱排序为：愈合时间>损伤程度>愈合时间与损伤程度的交互作用。     

SBS及马来酸酐改性剂对沥青自愈合性能的影响

选择SBS和SBS-MAH（马来酸酐）作为沥青改性剂,通过分子模拟软件从微观角度分析沥青愈合性能,研究改性剂对沥青自愈合性能的影响。利用分子模拟软件建立基质沥青体系模型,并通过密度、溶解度和均方位移3个参数证实体系模型作为沥青分子的代表性;建立基质沥青、SBS改性沥青和SBS-MAH改性沥青的自愈合模型体系,对比在298 K（25 ℃）条件下,设置10,20,30?（1?=0.1 nm）空隙间隔的自愈合模型,进行愈合模型的愈合全过程分析,计算愈合模型的扩散系数和愈合体积比率参数,分析SBS改性剂、SBS-MAH改性剂对愈合模型的愈合影响。结果表明:基质沥青愈合能力最好,SBS改性沥青次之,SBS-MAH沥青愈合能力最差,SBS改性沥青、SBS-MAH改性沥青的愈合趋势一致。     

利用不可恢复蠕变柔量评价沥青自愈合性能

为找到能简便、准确评价沥青结合料自愈合能力的指标,采用特制试验环将70~#基质沥青制作出具有内部缺陷的双片组(3 mm+3 mm)和一次性制作的单片组(6 mm)试样,分别进行了不同试验温度、平行板间距、愈合时间和愈合温度条件下沥青样品的MSCR试验,并对比DSR温度扫描试验结果。研究发现,对于40℃保温2 min愈合的试样,在试验温度25℃、平行板间距5 mm时进行MSCR试验得到的不可恢复蠕变柔量之比(S_(Jnr))可作为沥青结合料自愈合性能的评价指标,为表征沥青结合料的自愈合性能,提供了一种新的试验方法和评价指标。     

生物油再生沥青自愈合机理分析

对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试,研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响,建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O’Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明:生物油再生沥青(BRA)的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复,在高温(60℃和80℃)环境下,BRA的愈合行为取决于黏性流动,而在低温(20℃和40℃)环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下,BRA的最佳愈合时间为30 min,最短完全愈合时间为32 min;试验结果和模型计算结果相近,自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32,52,78 min,表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。     

基于正交试验基质沥青自愈合性能影响因素研究

沥青材料作为一种黏弹性物质,具有自愈合性能.为研究影响70#基质沥青的显著性因素,设计正交试验选取了间歇温度、间歇时间、损伤度三个因素并采用动态剪切流变仪进行"疲劳-愈合-疲劳"试验,根据极差、方差得到各因素对自愈合性能指标的影响.结果 表明:影响自愈合性能指标HI1的主要因素是间歇时间,间歇温度和损伤度几乎无影响,认为采用指标HI1评价基质沥青的自愈合性能欠妥;对影响自愈合性能指标HI2的因素显著性排序为间歇温度＞间歇时间＞损伤度,且随间歇温度的升高、间歇时间的延长将大幅提高沥青材料的自愈合程度;自愈合指标HI3"考虑了加载次数与模量的联系,从而对自愈合指标H3"修正得到,各因素对指标的显著性HI3"排序为损伤度＞间歇温度＞间歇时间,且随着损伤度的增大,自愈合程度逐渐降低,体现自愈合性能良好的最优组合为间歇温度30℃、间歇时间4h,损伤度10％.     

损伤程度对沥青混合料损伤-愈合行为的影响研究

沥青混合料具有自愈合能力，而目前沥青混合料损伤愈合行为的作用机制仍不明确。因此，本文对多因素条件下的沥青混合料自愈合特性进行了研究，从而有助于确定有效的沥青路面养护策略。基于四点弯曲疲劳试验，对不同损伤程度的沥青混合料自愈合进程进行对比分析。结果表明：愈合时间和愈合温度对不同损伤程度的沥青混合料自愈合能力具有积极作用，而低温条件对沥青混合料的自愈合性能具有较大不利影响。给定足够的愈合时间及愈合温度，100%湿度条件对沥青混合料自愈合能力影响显著，将使沥青混合料自愈合效率降低至15%-45%左右。损伤程度的增大对沥青混合料自愈合能力的削弱作用显著。损伤程度过大时，部分微裂纹相互贯通扩展为宏观裂纹，超过裂纹自愈合的临界宽度，导致无法愈合。此时，需借助其他增强愈合性能的手段进行外界干预，从而提高沥青混合料的自愈合效率，进而一定程度恢复路面的服役性能。     

沥青混合料半圆弯曲低温断裂-愈合特性

采用半圆弯曲(SCB)试验评价了不同级配沥青混合料在低温环境中产生宏观开裂后的自愈合性能。在0℃时将带有切缝的AC-13,SMA-13,AC-20混合料半圆试件进行SCB断裂-愈合-断裂试验。根据试验结果计算获得了半圆试件宏观开裂的临界荷载、临界断裂能和J积分断裂韧度,并将愈合后和愈合前的临界荷载比、临界断裂能比和J积分断裂韧度比定义为沥青混合料自愈合指数,用其量化分析沥青混合料的自愈合性能。研究结果表明:采用SCB试验可以评价沥青混合料的宏观开裂自愈合性能,在0℃时发生宏观开裂的沥青混合料在一定环境中能发生自愈合,如在100℃环境中愈合8 h后,愈合指数超过50%;愈合指数随温度和时间的增加而增加,但存在一个有效愈合期,超过该愈合期后,提高温度和延长时间对愈合能力无显著提高,在愈合时间8 h时,有效愈合温度宜为60℃,在愈合温度为60℃时,有效愈合时间宜为8 h;相同条件下,混合料开裂程度越大,愈合能力越低;沥青混合料自愈合性能除了与沥青用量有关,还受混合料级配矿料粒径大小的影响,本研究中沥青混合料愈合能力大小顺序为:AC-13SMA-13AC-20。     

基于分子动力学的再生沥青自愈合能力研究

基于沥青的自愈合能力,通过分子动力学,模拟了原样沥青、老化沥青和再生沥青的自愈合过程,通过均方位移和扩散系数对3者自愈合能力进行了评价;然后通过径向分布函数,分析了3种沥青各个组分间的聚集状态。结果表明:再生剂可起到活化润滑作用,提高老化沥青的扩散速率,同时改变老化沥青各个组分的聚集状态,使其在一定程度上恢复至原样沥青水平。     

SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

沥青混合料裂缝自愈合修复技术

综合国内外最新研究成果对沥青混合料自愈合修复技术展开了全面地分析,介绍了沥青自愈的机理、沥青自愈合行为特征,综述了引入间歇期与环境温度的前提下沥青材料随时间自然愈合的相关研究。介绍了以升高温度来促进沥青自愈的感应加热技术、以再生剂辅助沥青自愈的微胶囊技术。添加微胶囊的沥青混凝土在产生裂缝时释放出胶囊内的再生剂,自愈效率快,但其成本高昂、技术要求高且只具备一次愈合功效。感应加热技术向沥青混凝土内添加导电纤维(如钢丝绒)并直接对沥青加热,愈合迅速且能够多次修复,相对于微胶囊技术具有较低的技术要求,具有更好的实用前景和价值,但仍需对该复合材料的力学性能、温度变化速率以及感应加热时机等方面进行研究。     

基于黏弹理论的橡胶改性沥青自愈性能研究

为研究橡胶改性沥青的自愈性能,从橡胶沥青的黏弹特性出发,测试了温度、持续时间对橡胶沥青黏弹性能的影响,分析基于黏弹理论的橡胶沥青自愈性能。采用DSR流变仪分析研究了温度扫描和时间扫描模式下橡胶沥青的自愈性能,评价了粉胶比、应力大小、损伤度对橡胶沥青自愈性能的影响,建立了橡胶沥青的自愈指数——损伤度的数学模型。研究结果表明:温度越高,持续时间越长,沥青材料的黏度越低,从而提高了分子的流态特性,有利于沥青材料实现自愈合;随着粉胶比的增加,橡胶沥青的布氏黏度逐渐增大,自愈能力降低;作用应力越大,自愈能力越小;自愈期前后的初始模量和损伤度基本相同,表明橡胶沥青实现了自修复,自愈性能较好;沥青材料自愈合性能与损伤度成反比,损伤度越大,材料的可恢复性越小,自愈合性能越不显著;通过自愈合指数方程,能够较准确预测不同损伤度条件下沥青材料的自愈合能力。     

生物油再生沥青自愈合机理分析（双语出版）

对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试，研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响，建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O'Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明：生物油再生沥青（BRA）的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复，在高温（60℃和80℃）环境下，BRA的愈合行为取决于黏性流动，而在低温（20℃和40℃）环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下，BRA的最佳愈合时间为30 min，最短完全愈合时间为32 min；试验结果和模型计算结果相近，自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32，52，78 min，表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。     

石墨烯微胶囊沥青双机制愈合机理研究

石墨烯微胶囊沥青是一种具有较强自愈能力的新型先进路面材料。为分析石墨烯微胶囊对沥青自愈性能的影响,采用试验与模拟相结合的手段对石墨烯微胶囊沥青的愈合机理进行了研究。首先,基于动态剪切流变仪测试了石墨烯微胶囊沥青的自愈性能;然后,借助红外光谱、荧光显微镜和分子动力学模拟分析了石墨烯微胶囊沥青的“自修复”愈合机理;最后,借助动态剪切流变仪对“自修复-热诱导”双机制下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈机理进行了分析。研究结果表明：石墨烯微胶囊的加入能够显著提高沥青自愈性,掺量和间歇时间增加均能显著提升石墨烯微胶囊沥青的自愈合效果;“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性能明显强于“自修复”单机制作用。“自修复-热诱导”双机制愈合机理为：裂缝处石墨烯微胶囊破裂,再生剂流出填充裂缝并促进裂缝快速融合;同时,石墨烯微胶囊囊壁的石墨烯与碳纤维形成导电通路,在电流作用下产生热量,加快了沥青分子与修复剂分子的扩散速度,进一步促进了裂缝的愈合。