沥青自愈合性能研究进展

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1、沥青自愈合性能研究进展摘要：对沥青自愈合对疲劳寿命的影响进行了分析，并对国内外沥青口愈合性能研究进展进行了综述。关键词：道路工程；沥青；自愈合；疲劳寿命Abstract:Thispaperanalyzestheasphaltself-healingeffectonfatiguelifeofasphaItathomeandabroad,andselfhealingpropertiesarereviewed・Keywords:roadengineering;asphalt;self-healing;fa

2、tiguelife屮图分类号：文献标识码：A文章编号：1.沥青自愈合性能1874年，纽约哥伦比亚地区修建了世界上第一条热拌沥青混合料路面[1],经过100多年的发展，沥青路面已经成为公路路面的主要形式。但是在沥青路面的使用过程屮，不可避免的出现了疲劳开裂等病害现象。轻者路面结构的使用寿命会减少，重者整个结构的安全都会被危及，造成了严重的经济损失。因此如何及时有效的修复出现的裂纹和损伤成为一个亟需研究的问题。沥青的疲劳损伤首先以微开裂的形式存在，由于现有检测技术的局限性，这些微观损伤很难被探测到，以至

3、于对微裂缝的及时修复变得非常困难。但是，如果这些微观损伤得不到及时修复，就有可能进一步发展成为宏观裂缝，影响沥青混凝土结构的正常使用性能和使用寿命[2-3]o根据传统的损伤理论，沥青发生疲劳损伤后性能是不可恢复的。但随着研究的不断深入，研究者们发现，在荷载的间歇期间，沥青的模量和强度等性能是可以慢慢恢复的，这就是沥青的自愈性，而•且自愈性与沥青品种、温度、间歇时间、荷载水平存在关系。作为一种粘弹性材料，沥青还具有触变性，即在荷载的作用下，沥青的粘度降低，荷载间歇时间，粘度乂会逐渐恢复。研究表明，荷载

4、作用初期，沥青模量的降低是山触变性引起的，而该阶段沥青的自愈性也是山触变性引起的。为荷载作用超过触变性的影响范围后，沥青的内部结构将发生变化，甚至出现银纹，沥青试样出现银纹以后，虽然间歇时间足够长沥青的复数模量仍然可以完全恢复，但内部结构已经发生了变化，研究认为，沥青裂缝的口愈合过程分三步：(1)山应力和沥青的流动性能引起微裂缝的关闭(2)由表面能驱使两个裂缝表面的黏合过程引起微裂缝的关闭(3)由沥青基团结构的扩散引发的力学性能的恢复。第一步被认为是速度最快的，但仅仅导致模量的恢复；第二步和第三步被

5、认为相对慢得多，但能够同时使得材料的模量和强度得到恢复使得愈合后的材料使用性能与原始状态相差无几。沥青的口愈合能力与沥青本身的流变性能关系密切，包括•流动性，弹性恢复(抵抗恒定应力的能力)，润湿及自扩散[4-5]o2•国内外研究进展综述传统的高分子材料损伤理论是在应力作用下，高分子材料出现微变形，由此引发微裂缝和微空洞，这些微裂缝和微空洞继续发展成为明显的病害，这种损伤理论成功的解释了高分子材料性能的退化原因[6-10]o但以往的研究成果多数基于高分子材料的损伤是不可逆的这一事实。但是在加载的间隙，

6、由于高分子材料的流变性能，微裂缝和微空洞能在一定程度上闭合，同时引起材料性能和硬度的一定恢复，这个过程有短时间的流变过程和长时间的扩散过程[11],这与传统的连续损伤描述不同。事实上只要冇足够的间歇时间，材料的性能能恢复到与损伤前完全一样的性能[12-14]o沥青混凝土的自愈合性能40年Z前就已经被认识到[15],研究者指出当荷载间歇期增长时，沥青混凝上的疲劳寿命会随之延长。其它研究者通过采用直接拉伸疲劳模式进行类似的测试，证明了这个基本的观测结果。•些研究者试图通过相对简单的表征方法来证实影响愈合

7、潜力的材料特征。例如，Kim[16]在设定间歇期为5-40分钟的前提下，对沥青砂混合料进行了弯曲疲劳实验。然后对间歇期前后的伪应变能密度进行了对比分析。这篇文章之所以引入伪应变这个概念，是为了将其作为分离与粘弹性过程相关的恢复和与实际微观结构愈合机理相关的恢复的一种方法。利用由这些能量密度值左义的指数和对沥青进行化学分析，研究沥青自愈性能和化学成分之间的关系，得出了两个与沥青自愈合性能有关的参数指标：亚甲基甲基的碳氢比MMHC,和亚甲基甲基的数目比CH2/CH3O在一定的分支率的条件下，MMIIC代

8、表了沥青分子链的分支数目，CII2/CII3代表了链的长度，这两个参数与沥青的自愈合具有良好的相关性[17]。研究表明，分子链更长，分支更少的分子结构自愈合性能更优［18］oBhasin验证了KIM的观点，但是发现，这个现象有另一种解释，沥青分子的自扩散性，影响着沥青的本身自愈合性能［19］。Little在传统的弯曲梁实验的加载间歇期中，引入了一个长达24小时的愈合时间，最终发现沥青的疲劳寿命提高了一倍多，而这取决于所用的沥青类型。Kim［20］对沥青胶浆施加扭转加载