交科-基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究

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1、基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究组员：张昭、梁燕琪、陶勇指导老师：孙大权35基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究摘要：沥青混凝土疲劳损伤是影响道路实用寿命的关键因素之一，传统的修补手段主要是在宏观裂缝形成之后然后进行人工修补，较为被动。利用微胶囊技术修复沥青混凝土裂纹的好处在于当裂纹处于萌生的早期，微胶囊破裂内容物释放对其进行修复，可以提高道路的使用寿命，延长大修年限。本小组根据微胶囊技术原理以及聚合物自愈合的作用机理，设计了两条可应用于沥青混凝土裂缝自愈合的微胶

2、囊合成技术路线，一是环氧沥青添加裹覆固化剂微胶囊，另一个是制作分别裹覆环氧树脂及其固化剂的双胶囊方案。关键词：微胶囊环氧树脂固化剂沥青自愈合第一章绪论1.1项目背景疲劳裂缝是沥青路面的主要损坏形式，也是产生松散、坑洞等病害的主要诱因。在寻求高性能、长寿命沥青路面的科研道路上，如何解决沥青路面疲劳开裂问题一直是研究的重点。在自然因素和荷载因素双重作用下，沥青面层疲劳开裂理论上似乎无法避免。沥青路面疲劳开裂是由于沥青混合料疲劳损伤不断累积而造成的裂缝产生、发展、汇集直至形成宏观裂缝的动态过程。如果通过某种技术措施能够显著强化沥青混凝土自愈合能力，在微裂纹产生

3、后随即得到愈合，那么沥青混凝土抗开裂能力和疲劳寿命将得到显著增强。参考生物体自愈合机制和进程，近年来国内外学者开展了沥青混凝土自愈合强化技术研究，主要形成了主动增强技术和被动增强技术两类方法[1]。主动增强技术通过选择自愈合能力高的沥青以及优化沥青混合料的设计来提高自身自愈合能力，但是沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力影响因素十分复杂，而且部分研究成果（如低沥青含量、粗级配混凝土具有较高自愈合速率[2,3]，聚合物改性沥青可能降低自愈合速率[4]等）与传统观点相悖。被动增强技术则通过能量供给或者物质补充修复已形成或正在形成的微裂纹，从而抑制疲劳裂缝的发展。能量

4、供给主要通过在沥青混合料中掺加导电纤维、石墨等材料使之具有导电能力，再通电35基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究加热方式实现；物质补充是在沥青混合料中掺加含有粘合剂的中空纤维或胶囊，沥青路面的微裂纹将引发中空纤维断裂或微胶囊开裂，粘合剂流出后封闭裂缝。目前，裂缝自愈合沥青混合料研究主要借鉴自愈合聚合物研究成果，并主要采用微胶囊技术强化自愈合能力[1]。微胶囊自修复技术来源于自愈合聚合物材料领域，使聚合物材料在应用中产生的微裂缝及时、自动愈合，保障其安全性、可靠性，研究证明[5,6]不同类型的自愈合聚合物材料经过自身修复后的韧性能达到之前的60%~9

5、0%。具有自动响应、自动修复聚合物材料裂缝等特点的微胶囊自修复技术，已经有国外学者将其应用于沥青混合料，并取得一定的研究成果。但由于沥青混凝土生产、铺筑和使用过程中与其它自愈合聚合物材料的不同，针对沥青混合料的微胶囊技术仍有一些关键问题亟待解决：微胶囊在沥青混合料拌合、铺筑和使用过程中要保持完整性，应具有较好的高温稳定性和一定的力学强度；微胶囊与沥青混合料要有良好的粘结能力，不影响沥青路面自身强度和稳定性；选择合适的粘结剂或再生剂作为囊芯，保证其对裂缝的弥合能力等。1.2微胶囊技术概况1.2.1微胶囊的概念微胶囊技术是利用成膜材料将固体、液体或者气体包裹

6、起来以形成粒子的技术，所制备的粒子称为微胶囊。其粒径分布很广，1~1000μm较为主流。微胶囊由两部分组成：囊芯和壁材，囊芯为包覆于微胶囊内部的物质，可以有一种或多种物质组成，有单核的以及多核的。壁材为微胶囊外部的包覆膜，其成膜材料通常为天然的或者人工合成的高分子材料或无机物，既有单层的，也有多层的，其形态也是多种多样的，如图1-1所示：图1-1微胶囊的各种形态35基于微胶囊技术的沥青混凝土裂缝自愈合研究1.2.2微胶囊的功能与应用从1954年第一个微胶囊产品(无碳复写纸)被开发以来，微胶囊技术作为一种有效的商品化方法被广泛利用，尤其在医药、农药、涂料、

7、生物固定化技术和塑料阻燃剂等领域应用广泛。我国在这方面起步虽然比较晚，但现在也发展十分迅猛。总的来说微胶囊技术主要应用于释放控制、改变物态、隔离、屏蔽和改变物理性质等几个方面。在医药领域中，使药物微胶囊化后，可以达到以下功效：(1)可大大减少服药次数，屏蔽药物的刺激性气味。如用乙基纤维素包囊维生素和阿斯匹林。(2)延长药物的生物活性，控制药物释放剂量，提高药物疗效。如用聚原酸酯包囊甲氨喋呤(MTX)可以延长生理活性，制成长效药物[7]。(3)选择适当方法，使微胶囊壁膜起到暂时隔离的作用，将微胶囊药品置于病灶附近，提高疗效，减少副作用如可在特定pH条件下释

8、放药物活性组分[8]。(4)将脲酶和活性炭包在微胶囊中制备人工肾；用聚丙烯酸等包