瀝青混合料自愈性能研究綜述

劉永紅

(湖南東方紅建設集團有限公司，湖南長沙　410217)

瀝青混合料自愈性能研究綜述

劉永紅

(湖南東方紅建設集團有限公司，湖南長沙410217)

摘要:闡述了瀝青混合料的自愈合機理、評價指標及測試方法，從內在因素和外在因素兩個角度，評述了瀝青、礦粉、愈合溫度和破壞程度等對瀝青混合料自愈性能的影響，基于能量供給和物質補充原理，總結了瀝青材料自愈合能力增強技術，并分析了加熱和摻加含有界面粘合劑的微膠囊兩種增強措施，對延長瀝青路面使用壽命具有一定意義。

關鍵詞:瀝青混合料，自愈合機理，評價指標

瀝青路面長期使用時，因為受外部環境及行車荷載的影響，道路表面會出現開裂現象?？梢詫r青路面自愈合性能作如下定義:在行車荷載以及外部環境長期影響下，瀝青混合料或者瀝青膠結料出現的裂縫可以實現自愈的一種能力。近些年以來，很多研究人員圍繞瀝青混合料的自愈性能作了很多室內研究［1-3］，結果顯示:瀝青混合料具備一定的自愈性能。本文在對國內外瀝青混合料自愈性能文獻進行總結的前提下，對混合料自愈機理、定量評價指標及測試方法、影響因素、自愈合性能激活辦法等作了綜述分析。

1　瀝青混合料自愈合機理

根據參考文獻［4］，瀝青混合料自愈合機理是指裂縫表面的瀝青分子為了減少表面能而自發進行的分子擴散以及表面吸附和浸潤，其原動力來自裂紋表面分子氫鍵形成的化學吸附以及分析范德華力。Hou等［5］采用一種基于原子力顯微鏡方法的相場模型對瀝青混合料自愈性能進行了具體研究，其中采用了力學以及熱力學辦法，熱力學方法研究結果顯示:自愈合過程中瀝青材料發生了材料—相位的重新排列。

2　自愈合評價指標與測試方法

為更加全面的分析瀝青材料的自愈合特性，Qiu等［6］采取直接拉伸試驗對瀝青混合料裂開之后拉伸強度隨自愈時間變化現象進行了測試，提出將拉伸強度比看成是自愈合指數這一理論。Bonnaure等［7］圍繞荷載間歇時長對瀝青材料小梁試料疲勞壽命產生的影響作了研究，得出應變水平、應力對材料疲勞壽命增加比產生的影響較小，所以提出將疲勞壽命比看成是愈合指數的理論。

Kim等［8］圍繞卸載后耗散蠕變應變能隨著時間變化率的理論，提出相對簡單的瀝青材料自愈合的評價辦法。采取間接拉伸試驗，對材料施加一千次加載，每加載一百次，測量一次試件回彈變形，加載完成后，對回彈模量進行了多次測試。

3　自愈合的影響因素

3.1內在影響因素

1)瀝青種類和用量。Qiu等［9］采取直接拉伸試驗裝置，采用斷裂、自愈、斷裂試驗步驟，研究了殼牌SBS改性瀝青(軟化點: 70℃，針入度: 65( 0.1 mm) )以及70號基質瀝青材料(軟化點: 45℃，針入度: 93( 0.1 mm) )按照1∶1加入石灰巖礦粉物的瀝青膠漿自愈合性能，得出:基質瀝青具備更好的自愈性能。

2)礦粉。礦粉作為瀝青混合料中十分重要的構成部分之一，會對瀝青材料的性能產生較大影響。Smith等［10］通過研究提出，礦粉粒度影響瀝青混合料的自愈性能，采用礦粉粒度較大的瀝青膠漿的自愈合性能( 80%)比細礦粉瀝青的自愈性能( 53%)要好。

3)聚合物改性劑。Wekumbura等［11］通過研究提出聚合物改性瀝青有助于延長瀝青道路的使用壽命，比如減少低溫溫度以及疲勞裂縫、增強高溫抗車轍性能、采用聚合物瀝青等能夠從實質上改變瀝青路面的形態。結果顯示:可以采用間斷剪切試驗來確定最有效的瀝青聚合物改性劑。

3.2外在影響因素

1)愈合時間。黃明等［12］根據工程實例，對放于室溫15℃環境下不同時長的4組小梁試件作了疲勞性能試驗，結果顯示:材料疲勞恢復的效率和材料的自愈合時間呈正比關系，其試驗結果和實際情況相符合。

2)破壞程度。Zhang［13］采用間接拉伸試驗，提出瀝青混凝土有一個損傷臨界點，處于該臨界點之前都是微觀損傷，混凝土能夠自愈合，處于該臨界點之后都是宏觀損傷，混凝土不能自愈。

4　瀝青混合料自愈合潛能的激活

4.1能量供給

由于瀝青材料對溫度極為敏感，提高溫度能夠加速裂紋界面瀝青分子的擴散以及潤濕，繼而提升瀝青材料的自愈合性能。Grant［14］認為，溫度對瀝青材料自愈合性能的影響較大:某種類的瀝青材料在15℃環境下的自愈速度是10℃時的4倍以上。

4.2物質補充

在2001年，White的研究團隊就提出微膠囊自愈合這一概念，通過環氧樹脂環境下微膠囊中的自愈合化學藥物產生觸變反應實現自愈合［15］。微膠囊自愈合的詳細過程如圖1所示，共包含有3個過程: 1)試件受損處出現裂紋; 2)微膠囊出現破損，毛細管中的愈合藥物釋放; 3)愈合藥物和外部藥物產生反應，形成聚合物粘結于裂紋中。

Garcia等［16］將多孔砂當作再生劑的載體，采用細砂、環氧樹脂吸附在其外部產生膠囊壁，制出了包含再生劑的膠囊，如圖2所示。采用間接拉伸試驗，結果顯示:包含再生劑膠囊的多孔瀝青材料最大變形要大于沒有包含再生劑膠囊的最大變形，如圖3所示，說明在試驗過程中膠囊發生了損壞并釋放了再生劑物質，提升了瀝青材料的自愈性能。

Qiu等［9］對不同添加劑提升瀝青材料自愈性能的技術方式進行了詳細總結，并具體分析了這些技術形式的優缺點，具體如表1所示。

微膠囊自愈合辦法的優點是充分利用了接觸反應原理，自愈合的速度快，自愈合后道路的強度恢復情況好;存在的缺陷是:對技術的要求很高，成本高。微膠囊要均勻布置，不均勻或過于稀松都會嚴重影響自愈合效率。

圖1　微膠囊愈合

圖2　膠囊結構圖

圖3　加入微膠囊瀝青材料的疲勞特性曲線

表1　瀝青混合料自愈合技術形式

5　結語

瀝青混合料疲勞損傷自愈過程十分復雜，不但受材料自身性質的影響，還受破壞程度、恢復時間、溫度等多個方面因素的影響。國內外學者圍繞聚合物改性瀝青的自愈合特性作了很多研究，其中針對微膠囊技術，未來需要解決微膠囊和瀝青膠漿的粘結強度、界面的粘結強度以及粘膠劑對裂紋的封閉效果等技術問題。

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·水·暖·電·

Review on self-healing properties of asphalt mixtures

Liu Yonghong
( Hunan Dongfanghong Construction Group Co.，Ltd，Changsha 410217，China)

Abstract:This paper presents self-healing mechanism，evaluation parameters，test methods of asphalt mixtures.The effects of asphalt，mineral fillers，healing temperature and the degree of damage are discussed from the intrinsic and extrinsic properties.Summed up two kinds of enhancement technology，which are based on the principal of energy supply and substance filling.This paper emphasizes the two enhancements which are heating and microcapsules containing adhesive binders.It has an important significance for the extension of the service life of asphalt pavement.

Key words:asphalt mixtures，self-healing mechanism，evaluation parameters

作者簡介:劉永紅(1976-)，男，工程師

收稿日期:2015-11-26

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0119-02

中圖分類號:U414

文獻標識碼:A