裂缝自愈合混凝土研究现状与发展趋势

混凝土在受力或其它因素的作用下,会出现裂缝,影响了混凝土的使用寿命,裂缝自愈合混凝土可以在不影响结构尺寸和美观的情况下,在混凝土出现裂缝后,自动分泌出的粘结液流出深入裂缝,粘结液可使混凝土裂缝重新愈合,恢复并提高混凝土的性能.     

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。     

裂缝自愈合混凝土研究现状与发展趋势

混凝土在受力或其它因素的作用下，会出现裂缝，影响了混凝土的使用寿命，裂缝自愈合混凝土可以在不影响结构尺寸和美观的情况下，在混凝土出现裂缝后，自动分泌出的粘结液流出深入裂缝，粘结液可使混凝土裂缝重新愈合，恢复并提高混凝土的性能。     

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。     

添加钢棉的多孔沥青混凝土感应愈合性能研究

为了研究添加钢棉的多孔沥青混凝土在感应加热后的物理力学性能和愈合裂缝性能,测试了掺加不同钢棉的多孔沥青混凝土试件的电阻、感应加热速率、抗松散性能、间接拉伸强度,确定了最佳掺量。在此基础上,对比了基准多孔沥青混凝土与掺加钢棉的多孔沥青混凝土的间接拉伸疲劳强度和四点弯曲试验中的感应愈合效果。结果表明:添加钢棉有助于多孔沥青混凝土导电和感应加热;综合导电性、感应加热速率和飞散试验结果,钢棉的最佳掺量为2.54%;添加钢棉的多孔沥青混凝土试件的抗松散能力、力学性能均有改善;感应加热达到85℃时愈合效果最佳;经过感应加热,多孔沥青混凝土的自愈能力和耐久性将得到显著改善。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。