沥青混合料自愈性能研究综述

刘永红

(湖南东方红建设集团有限公司，湖南长沙　410217)

沥青混合料自愈性能研究综述

刘永红

(湖南东方红建设集团有限公司，湖南长沙410217)

摘要:阐述了沥青混合料的自愈合机理、评价指标及测试方法，从内在因素和外在因素两个角度，评述了沥青、矿粉、愈合温度和破坏程度等对沥青混合料自愈性能的影响，基于能量供给和物质补充原理，总结了沥青材料自愈合能力增强技术，并分析了加热和掺加含有界面粘合剂的微胶囊两种增强措施，对延长沥青路面使用寿命具有一定意义。

关键词:沥青混合料，自愈合机理，评价指标

沥青路面长期使用时，因为受外部环境及行车荷载的影响，道路表面会出现开裂现象。可以将沥青路面自愈合性能作如下定义:在行车荷载以及外部环境长期影响下，沥青混合料或者沥青胶结料出现的裂缝可以实现自愈的一种能力。近些年以来，很多研究人员围绕沥青混合料的自愈性能作了很多室内研究［1-3］，结果显示:沥青混合料具备一定的自愈性能。本文在对国内外沥青混合料自愈性能文献进行总结的前提下，对混合料自愈机理、定量评价指标及测试方法、影响因素、自愈合性能激活办法等作了综述分析。

1　沥青混合料自愈合机理

根据参考文献［4］，沥青混合料自愈合机理是指裂缝表面的沥青分子为了减少表面能而自发进行的分子扩散以及表面吸附和浸润，其原动力来自裂纹表面分子氢键形成的化学吸附以及分析范德华力。Hou等［5］采用一种基于原子力显微镜方法的相场模型对沥青混合料自愈性能进行了具体研究，其中采用了力学以及热力学办法，热力学方法研究结果显示:自愈合过程中沥青材料发生了材料—相位的重新排列。

2　自愈合评价指标与测试方法

为更加全面的分析沥青材料的自愈合特性，Qiu等［6］采取直接拉伸试验对沥青混合料裂开之后拉伸强度随自愈时间变化现象进行了测试，提出将拉伸强度比看成是自愈合指数这一理论。Bonnaure等［7］围绕荷载间歇时长对沥青材料小梁试料疲劳寿命产生的影响作了研究，得出应变水平、应力对材料疲劳寿命增加比产生的影响较小，所以提出将疲劳寿命比看成是愈合指数的理论。

Kim等［8］围绕卸载后耗散蠕变应变能随着时间变化率的理论，提出相对简单的沥青材料自愈合的评价办法。采取间接拉伸试验，对材料施加一千次加载，每加载一百次，测量一次试件回弹变形，加载完成后，对回弹模量进行了多次测试。

3　自愈合的影响因素

3.1内在影响因素

1)沥青种类和用量。Qiu等［9］采取直接拉伸试验装置，采用断裂、自愈、断裂试验步骤，研究了壳牌SBS改性沥青(软化点: 70℃，针入度: 65( 0.1 mm) )以及70号基质沥青材料(软化点: 45℃，针入度: 93( 0.1 mm) )按照1∶1加入石灰岩矿粉物的沥青胶浆自愈合性能，得出:基质沥青具备更好的自愈性能。

2)矿粉。矿粉作为沥青混合料中十分重要的构成部分之一，会对沥青材料的性能产生较大影响。Smith等［10］通过研究提出，矿粉粒度影响沥青混合料的自愈性能，采用矿粉粒度较大的沥青胶浆的自愈合性能( 80%)比细矿粉沥青的自愈性能( 53%)要好。

3)聚合物改性剂。Wekumbura等［11］通过研究提出聚合物改性沥青有助于延长沥青道路的使用寿命，比如减少低温温度以及疲劳裂缝、增强高温抗车辙性能、采用聚合物沥青等能够从实质上改变沥青路面的形态。结果显示:可以采用间断剪切试验来确定最有效的沥青聚合物改性剂。

3.2外在影响因素

1)愈合时间。黄明等［12］根据工程实例，对放于室温15℃环境下不同时长的4组小梁试件作了疲劳性能试验，结果显示:材料疲劳恢复的效率和材料的自愈合时间呈正比关系，其试验结果和实际情况相符合。

2)破坏程度。Zhang［13］采用间接拉伸试验，提出沥青混凝土有一个损伤临界点，处于该临界点之前都是微观损伤，混凝土能够自愈合，处于该临界点之后都是宏观损伤，混凝土不能自愈。

4　沥青混合料自愈合潜能的激活

4.1能量供给

由于沥青材料对温度极为敏感，提高温度能够加速裂纹界面沥青分子的扩散以及润湿，继而提升沥青材料的自愈合性能。Grant［14］认为，温度对沥青材料自愈合性能的影响较大:某种类的沥青材料在15℃环境下的自愈速度是10℃时的4倍以上。

4.2物质补充

在2001年，White的研究团队就提出微胶囊自愈合这一概念，通过环氧树脂环境下微胶囊中的自愈合化学药物产生触变反应实现自愈合［15］。微胶囊自愈合的详细过程如图1所示，共包含有3个过程: 1)试件受损处出现裂纹; 2)微胶囊出现破损，毛细管中的愈合药物释放; 3)愈合药物和外部药物产生反应，形成聚合物粘结于裂纹中。

Garcia等［16］将多孔砂当作再生剂的载体，采用细砂、环氧树脂吸附在其外部产生胶囊壁，制出了包含再生剂的胶囊，如图2所示。采用间接拉伸试验，结果显示:包含再生剂胶囊的多孔沥青材料最大变形要大于没有包含再生剂胶囊的最大变形，如图3所示，说明在试验过程中胶囊发生了损坏并释放了再生剂物质，提升了沥青材料的自愈性能。

Qiu等［9］对不同添加剂提升沥青材料自愈性能的技术方式进行了详细总结，并具体分析了这些技术形式的优缺点，具体如表1所示。

微胶囊自愈合办法的优点是充分利用了接触反应原理，自愈合的速度快，自愈合后道路的强度恢复情况好;存在的缺陷是:对技术的要求很高，成本高。微胶囊要均匀布置，不均匀或过于稀松都会严重影响自愈合效率。

图1　微胶囊愈合

图2　胶囊结构图

图3　加入微胶囊沥青材料的疲劳特性曲线

表1　沥青混合料自愈合技术形式

5　结语

沥青混合料疲劳损伤自愈过程十分复杂，不但受材料自身性质的影响，还受破坏程度、恢复时间、温度等多个方面因素的影响。国内外学者围绕聚合物改性沥青的自愈合特性作了很多研究，其中针对微胶囊技术，未来需要解决微胶囊和沥青胶浆的粘结强度、界面的粘结强度以及粘胶剂对裂纹的封闭效果等技术问题。

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·水·暖·电·

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

作者简介:刘永红(1976-)，男，工程师

收稿日期:2015-11-26

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0119-02

中图分类号:U414

文献标识码:A