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瀝青混合料自愈研究綜述

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瀝青混合料自愈研究綜述

發布日期:2016-09-29 00:00 來源:http://www.cn-kdkj.com 點擊:

瀝青路麵混合料供應之瀝青混合料自愈研究綜述


瀝青路麵的開裂不僅會導致路麵的結構性能降低,還會進一步引發坑槽、鬆散等病害,最終導致瀝青路麵的使用壽命降低。長期以來,國內外分別從材料和混合料設計兩方麵,提出了許多提高瀝青路麵抗裂性的措施,但瀝青路麵的開裂問題仍無法得到根本解決。近年來,盡管發現了瀝青混合料具有自愈能力,但受交通量大以及環境條件的影響,瀝青自愈能力的發揮受了較大的限製。因此,通過理解和量化並加強瀝青及瀝青混合料的自愈能力,對於瀝青路麵使用壽命的預測和提高是十分重要而迫切的。

 

瀝青路麵混合料供應告訴你:瀝青路麵的自愈是指由於交通荷載和環境等因素引起的裂縫,基於瀝青及其混合料特性的部分或全部愈合。建於1939年的阿爾及利亞瀝青混凝土漏水斜牆壩,在未加修理的情況下自我修複並停止漏水,這一現象引起了人們對瀝青混合料自愈性能的注意。1967年,Bazin等人率先進行了有關瀝青混合料自愈特性的研究,隨後Schapery、Little、Lytton、Kim、Wool、Carpenter和Shen等人做了大量的有關瀝青和瀝青混合料自愈合實驗室研究,研究主要集中於瀝青和瀝青混合料自愈機理、自愈表征和增強技術等3個方麵。以上研究對於瀝青材料自愈合行為的進一步合理解釋、量化評價以及自愈能力增強措施優化具有深遠的意義。

 

瀝青混合料自愈機理研究

 

同濟大學孫大權等認為,瀝青混合料裂紋自愈合機理實質是裂紋界麵瀝青分子為降低表麵能而自發進行的界麵浸潤與吸附和分子擴散,其原動力是裂縫界麵分子範德華力和氫鍵形成的化學吸附,並從表麵能理論和表麵擴散理論的角度對瀝青自愈機理進行了總結。此外,荷蘭代爾夫特理工大學的álvaroGarcía提出了基於毛細流動理論的瀝青混合料自愈合理論模型。

 

基於表麵能理論的瀝青自愈

 

基於表麵能理論,瀝青混合料開裂與自愈過程實為裂縫表麵積的變化過程。Schapery於1984年提出了基於表麵能的材料斷裂定律。將自愈過程的能量轉移視作開裂的逆過程,Lytto於1998年提出了與材料斷裂定律對應的材料愈合定律。由於不能直接反映自愈速率與表麵能之間的關係,Lytton和Sehapery分別建立了由表麵能密度的非極性(色散力)部分決定的初期自愈速度h1和由表麵能密度極性(酸堿性)決定的後期自愈速度h2的表達式:裂縫表麵能理論模型表征了愈合速率與裂縫表麵能之間的關係,但無法揭示裂縫愈合過程,且相關參數的標定需要進行大量的基礎性研究。

 

基於表麵擴散理論的瀝青自愈

 

基於擴散模型的瀝青自愈機理研究主要借鑒聚合物材料的相關研究成果。Phillops根據Kim建立的擴散模型認為瀝青自愈分3個階段:①基於瀝青流動性和外力作用的微裂縫關閉;②基於表麵能的裂縫界麵潤濕;③界麵分子擴散導致瀝青力學性能完全恢複。Wool等將聚合物愈合分為裂縫界麵潤濕和材料固有愈合兩部分,並基於Gennes於1971年建立的分子蠕動模型提出了聚合物材料愈合動力方程。裂縫表麵擴散理論模型從界麵潤濕和固有愈合兩方麵表征了瀝青自愈合過程並建立對應的關係式,但其中參數獲得較為困難,Little、Bhasin和Bommavaram等在這方麵有所研究。此外,由於基於擴散模型的瀝青自愈機理研究主要借鑒聚合物材料的相關研究成果,其對於瀝青材料的適用性還有待檢驗。

 

基於毛細流動理論的瀝青自愈

 

基於瀝青毛細流動現象的室內試驗,荷蘭代爾夫特理工大學的álvaroGarcía建立了瀝青自愈毛細流動理論模型並提出對應假設:適宜的溫度條件下,瀝青在毛細作用驅動下的裂縫處發生毛細流動使得瀝青閉合,閉合域由於界麵分子擴散而強度恢複。álvaroGarcía認為驅使瀝青發生毛細作用的力主要有地心引力、瀝青表麵張力和瀝青粘結力。根據毛細流動實驗Figure3Capillaryflowexperiment據以上認識,得出基於毛細流動理論的愈合方程。合毛細動力學知識分析了毛細作用下的瀝青自愈合,但該模型要求瀝青處於牛頓流體狀態,因而對溫度較低情況下的瀝青自愈可能不再適用。

 

瀝青自愈評價指標與測試方法研究

 

近幾十年來,國內外針對瀝青自愈行為評價指標及測試方法進行了大量研究。

 

瀝青混合料自愈增強技術研究

 

盡管瀝青具有自愈合能力,但受荷載作用間歇時間短和環境因素的影響,瀝青路麵中瀝青自愈能力的發揮受了較大的限製。因此,通過一定的技術措施增強瀝青自愈能力十分必要。目前國內外關於瀝青自愈增強技術主要圍繞2個方麵:①主動增強技術,即通過聚合物改性等方式提高瀝青自愈合能力和優化瀝青混合料組成設計提高瀝青混合料自愈合能力;②被動增強技術,包括誘導式加熱、自愈微膠囊、毛細管網絡等技術。

 

主動增強技術

 

瀝青路麵混合料供應認為瀝青自愈合能力由裂縫表麵自由能和裂縫界麵分子自擴散能力決定,Kim等則提出亞甲基與甲基比,與瀝青自愈速率有一定正相關性。試圖通過離聚物的可逆離子鍵結合機製實現瀝青自愈的增強。根據Tyagi等人研究可知,納米粒子也可能是增強瀝青自愈的能力的不錯選擇,其原理是在納米作用下的納米粒子想裂縫處不斷積累,從而起到抑製裂縫發展的作用。其他基於聚合物材料自愈的主動增強技術還有改良型交聯聚合物、超分子橡膠和分子內部擴散等,Qiu等對此進行了總結。Grant、Kim等人從瀝青混合料設計的角度研究了瀝青混合料自愈特性,Grant根據試驗得出粗級配瀝青混合料自愈速率高於細級配瀝青混合料自愈速度,而Kim等研究認為低瀝青含量比高瀝青含量時的自愈速率要大,這些研究成果與傳統觀點相悖,故有待深入研究。


瀝青路麵混合料供應

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