應用自修復微膠囊進行瀝青路面養護施工技術研究

0 引言

近年來我國公路交通流量呈現出持續增長的態勢，無論是城市道路還是高速公路，都承載著越來越多交通運力。車輛的長期行駛會給瀝青路面造成嚴重磨損，使得瀝青路面產生裂縫、坑槽等病害。為了確保瀝青路面的正常使用，需要高效、及時對這些病害進行修復以保障瀝青路面的承載力、平整度和車輛行駛的舒適度。

目前，已有多位學者對瀝青路面養護施工技術展開了研究。張盼盼[通過收集路面材料的性能數據建立材料性能演變模型。根據該模型的預測結果判斷路面是否需要養護，但需是準確性會受到多種因素的影響。李海蓮[2通過引入多目標加權灰靶決策模型，對瀝青路面的各個預養護方案進行了綜合評價，但該模型的對比運算過程較為復雜，實用性不高。鑒于上述研究情況，本文提出了基于自修復微膠囊的瀝青路面養護施工技術。通過將含有修復劑的微膠囊嵌入瀝青材料中，當路面出現裂縫或損傷時，能夠實現對損傷部位的即時修復。應用微膠囊技術不僅可提高路面養護的效率和效果，還為實現瀝青路面的自主化養護提供了新的可行性。

1工程概況

通通道。然而，隨著交通流量的不斷增加和長期使用，該公路的瀝青路面逐漸產生了裂縫、坑槽等多種病害，嚴重影響了道路的平整度。為了確保該公路的安全運營、提升道路通行質量，亟需對病害嚴重的路段進行養護施工處理。

2基于自修復微膠囊的瀝青路面養護技術 2.1用雷達檢測瀝青路面損傷

某公路工程項目全長為 30km ，路面上層采用厚度為5cm的瀝青混合料面層，下層采用厚度為 25cm 的水泥穩定碎石基層。為確保行車安全，該路段限速 60km/h 。該項目建成并投入使用后，成為了連接周邊區域的重要交

2.1.1 雷達檢測原理

在養護施工之前，采用雷達檢測技術進行路面檢測，其特點是通過電磁波的傳播特性進行檢測。當雷達向路面發射高頻電磁波時，該電磁波在遇到不同介質的界面時發生反射電磁波。反射回來的電磁波被雷達接收并轉化為電信號。

在進行瀝青路面檢測過程中，當電磁波遇到其損傷位置時，反射信號的強度會發生變化，形成明顯的反射波峰。通過記錄反射波峰的位置，便可確定損傷位置。反射信號的強度越大，說明損傷位置與周圍介質的差異越明顯，損傷程度就可能越嚴重[3]。

通過分析反射波形的特征，可以判斷損傷的類型和范圍。通過測量反射波與發射波之間的時間差，可以計算出電磁波在瀝青路面內部傳播的距離，從而間接評估損傷的深度。雷達檢測原理如圖1所示。

2.1.2確定瀝青路面損傷位置和損傷程度

瀝青路面的損傷位置，可根據電磁波在空氣中的傳

圖1雷達檢測原理

播速度、電磁波在路面內部傳播的時間計算得出。瀝青路面損傷位置的計算公式如下：

式中： d 為瀝青路面損傷位置， c 為電磁波在空氣中的傳播速度； t_d 為電磁波在路面內部傳播的時間[4]。

瀝青路面的損傷程度可以通過反射信號的強度來評估，其計算公式如下：

式中： I 為瀝青路面損傷程度， r（t） 為信號反射幅值， a（t） 為發射信號幅值。

通過公式（2）的計算，可以確定瀝青路面的損傷程度，為后續的路面養護施工提供有力的數據支持。

2.2自修復微膠囊與瀝青路面養護施工

2.2.1制備自修復微膠囊的重要性

在瀝青路面養護工程中，將微膠囊技術與智能施工技術相結合，有助于提高瀝青路面的自我修復能力和養護施工效率。通過在瀝青路面材料中添加微膠囊，可以實現瀝青路面的自修復能力。微膠囊內部封裝了多種具有修復功能的物質作為芯材，囊壁采用化學穩定性強的材料制成，以確保微膠囊在路面材料中的穩定性和耐久性。

2.2.2微膠囊試樣制備步驟

步驟一：稱取明膠和阿拉伯膠各 3g ，分別溶于12mL蒸餾水中，在 40^°C 的溫度下恒溫攪拌1.5h，確保明膠和阿拉伯膠充分溶解、均勻分散。將明膠溶液和阿拉伯膠溶液混合，在 75^°C 的溫度下恒溫攪拌直至充分混勻，形成混合物[5]。

步驟二：稱取5g環氧樹脂將其溶于7mL蒸餾水中，與質量分數為 3.6% 的 12mL 十二烷基苯磺酸鈉混合，在室溫下充分攪拌，形成乳化液。

步驟三：將上述混合物和乳化液進行混合，加入質量分數為 12% 的檸檬酸，調節其pH值至2.4，經過一段時間的聚合反應后，加入2mL甲醛溶液，并繼續恒溫聚合反應1.5h。再加入質量分數為 12% 的氫氧化鈉，調節其pH值至8.5，形成聚合物。

步驟四：聚合反應結束后將溶液靜置分層，然后過濾掉上層溶液，將沉淀物進行冷凍去水處理，最終得到微膠囊試樣。

2.2.3微膠囊的芯材選取

微膠囊內部封裝的芯材對于瀝青路面的自我修復能力至關重要。芯材的選擇和設計需要綜合考慮修復效果、化學穩定性、與囊壁的相容性等因素。微膠囊的芯材主要有以下3種：

一是環氧樹脂。環氧樹脂是主要的芯材成分之一，其具有優良的物理和化學性能。在微膠囊中，環氧樹脂作為主要的修復物質，能夠在路面出現微小裂縫時迅速滲出并參與修復過程。當微膠囊受到外力破壞或路面溫度升高等觸發條件時，環氧樹脂能夠流出并滲透到裂縫中，隨后通過固化反應形成堅韌的修復層，從而恢復路面的完整性。

二是固化劑。為了增強環氧樹脂的修復效果，需要添加固化劑。固化劑與環氧樹脂發生化學反應，形成交聯網絡結構，從而提高了修復層的強度和硬度。

三是增塑劑。增塑劑是一種能夠降低材料硬度和脆性、提高其柔韌性和加工性能的添加劑。在微膠囊的芯材中，增塑劑可以起到調節環氧樹脂固化產物性能的作用。通過添加適量的增塑劑，可以使修復層更加柔韌和耐疲勞，從而提高路面的耐久性和使用壽命。

2.2.2瀝青路面養護施工

2.2.2.1微膠囊與瀝青路面材料混合

將制備好的微膠囊與瀝青路面材料混合[6]，并應用于路面的鋪設過程中。為了實現充分融合，將高速剪切混合器作為混合設備，設定混合溫度為 45^°C ，控制混合時間為5s，以防止微膠囊破損或內容物提前釋放。

2.2.2.2摻入新瀝青混合料

為了修復受損的路面，使用銑刨機對受損的瀝青路面進行處理，去除表面的破損層和松散顆粒。然后將新瀝青混合料摻入銑刨后的材料中修復破損部位，確保修復部位具有足夠的強度和耐久性。在路面損傷的范圍，微膠囊會迅速破裂并釋放出修復劑，填充裂縫并促進路面的自我修復。

2.2.2.3攤鋪與碾壓

將路面受損部位修復后，進行瀝青混合料路面攤鋪施工。按照常規的瀝青路面攤鋪工藝進行攤鋪，在攤鋪時需要注意保持微膠囊在路面材料中的均勻分布和穩定性，以確保其修復效果。按照設計要求，攤鋪厚度保持在3cm之內，確保攤鋪層結構緊湊、穩定。最后使用雙鋼輪振動壓路機對新攤鋪的瀝青路面進行壓實，確保其壓實度和平整度應達到規范和設計要求。

3測試與分析

3.1 測試方法

為驗證自修復微膠囊對瀝青路面的養護施工效果，制備含有微膠囊的瀝青混合料路面試件，并將試件置于壓力機下，以0.25kN/s的加載速率測定其最大壓應力。壓至預設荷載、恒壓lmin后卸載。將預損傷后的試塊置于標準養護箱中進行養護，分析養護前后試件的抗壓強度彈回率，以及微膠囊的力與位移曲線。

圖2試件的抗壓強度彈回率

3.2試件的抗壓強度彈回率測試

選用尺寸為 35mm×35mm×150mm 的試件，在標準養護30d后，在干養條件下測試其抗壓強度彈回率。試件的抗壓強度彈回率如圖2所示。由圖2可知，在干養條件下，各種微膠囊摻量下的試件抗壓強度彈回率均超過115% ，由此表明試件自身具有一定的自修復能力，微膠囊具有一定的修復效果。

圖3微膠囊囊壁受力與位移曲線

當微膠囊摻量為 1.5% 時，試件的抗壓強度彈回率提升較為緩慢，這可能是因為微膠囊成為試件中的強度薄弱點，且在此摻量下，試件自身的修復效果及微膠囊的修復效果不足以彌補其帶來的缺陷。

綜上所述，采用微膠囊技術封裝修復劑，在瀝青路面出現微裂縫時，通過微膠囊的破裂釋放修復劑，可實現對裂縫的主動修復。該技術能夠顯著降低裂縫擴展的速度，從而保障瀝青路面的運行安全性。微膠囊技術有效減少了因裂縫導致的路面損壞，通過微膠囊的不斷自我修復，可提高路面的整體耐久性和穩定性。

當微膠囊摻量不斷增加后，試件的抗壓強度彈回率發生明顯變化。當微膠囊摻量為 4% 時，試件的抗壓強度彈回率大幅度提升。由此說明，微膠囊對裂紋的填充效果較為顯著，可將縫隙完全閉合。將制備好的微膠囊按適當比例，與瀝青混凝土均勻混合并制成試件后，微膠囊在試件基體內具有較好的修復效果。

4結束語

3.3囊壁受力與位移曲線測試

本文通過將制備好的微膠囊與瀝青混合料進行充分混合，使微膠囊能夠均勻地分布在瀝青混合料中。當瀝青路面出現裂縫或坑洼時，微膠囊內的修復劑會自動流出，填充并修復損傷處。通過應用基于自修復微膠囊的瀝青路面養護施工技術，能夠顯著提升路面的耐久性和使用壽命。未來自修復微膠囊技術將與更多科學方法相結合，應用于各類道路工程中，推動瀝青路面養護施工向更高效的方向發展。

受力與位移曲線反映微膠囊囊壁材料在受力過程中的行為特性。通過采用測試儀，對微膠囊中剝離出的囊壁材料進行納米壓痕測試，得出微膠囊囊壁材料的力學性能參數。微膠囊囊壁受力與位移曲線如圖3所示。

由圖3的測試結果可知，微膠囊囊壁的力學性能與瀝青路面內部的力學響應存在密切關聯。在確保施工環境不會使微膠囊囊壁提前破裂的前提下，瀝青路面材料中的微膠囊力學值達到 145μN ，確保了微膠囊在施工過程中保持完整。一旦瀝青路面出現裂縫，這些微膠囊能夠及時破裂并釋放出芯材，從而有效修復裂縫，達到預期的使用效果。這一測試結果，驗證了自修復微膠囊技術在瀝青路面修復工程中的良好應用效果。

參考文獻

[1]張盼盼，馬銳，權磊，等.基于材料性能演變模型的瀝青路面養護決策分析[J].公路交通科技，2022，39（S1）：1-7.

[2]李海蓮，司金忠，賈衛東，等.基于三級養護標準的瀝青路面預養護方案多目標加權灰靶決策[J].北京工業大學學報，2024，50（5）：591-599.

[3]鄭惠茹，丁湛，栗慧峰，等.瀝青路面養護技術能耗及碳排放量化分析[J].中國科技論文，2024，19（3）：344-352.

[4]曹源文，黃興生，李成，等.熱再生瀝青路面養護車RAP加熱均勻性分析[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2022，41（11）：112-117+160.

[5]董僑，姚康，黃夢雨，等.考慮資源稀缺性的路面養護措施綜合效益全壽命周期費用評估[J].北京工業大學學報，2024，50（4）：417-430.

[6]張海蛟.基于神經網絡的公路路面養護數據異常值識別及缺失值填補方法研究[J].公路，2023，68（5）：365-370.