沥青自愈合性能的影响因素研究

2020-03-24黄佳兴

科学技术创新 2020年2期

黄佳兴

（重庆交通大学土木工程学院，重庆400074）

沥青作为一种典型的粘弹性材料，已经被证明其具有一定的自愈合能力，在长期的服役过程中能够修复自身损伤[1-2]。然而沥青路面长期暴露于自然环境中，受光，氧，水以及荷载等耦合作用，沥青会逐渐老化而变硬变脆，其流动能力也随之降低，对沥青自愈合能力产生负面影响[3-4]。于庆年等[5]研究发现老化程度相比愈合温度、愈合时间对沥青砂浆的自愈合性能影响更加显著。肖艺成、陈东升等[6-7]通过自愈合延度试验对沥青的愈合恢复能力进行了研究。本文通过室内模拟老化制备了不同老化程度的沥青，并采用自愈合延度试验对不同老化程度的沥青自愈合性能进行研究，探究老化程度、愈合温度和愈合时间对沥青自愈合能力的影响。

1 试验概况

1.1 原材料

试验采用70#基质沥青，按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》规定的老化试验方法制备了不同老化程度的沥青，其中70#R85，70#R170 分别表示70#基质沥青经过旋转薄膜加热老化85min，170min 后的试样，70#P 表示经过压力老化容器加速老化所得试样，不同老化程度沥青性能指标见表。

基质沥青及老化沥青技术指标

1.2 自愈合延度试验

本文采用延度试验探究沥青的自愈合性能，分别测试沥青完整试样和断裂愈合后试样的15℃延度，探究不同老化程度沥青在不同愈合条件下的自愈合能力。实验操作如下：①按T0605-2011 试验规程，每组沥青试样浇筑九组延度试模，刮平沥青试模，将其中八组沿试模中部用刀片完全切开；②将切开后的试样置于烘箱中进行愈合养护。在探究愈合温度影响时，将切开后的试件分别放在25，35，45，55℃烘箱中愈合2h；探究愈合时间影响使，将切开后的试件置于35℃烘箱中分别养护1h，2h，4h，6h；③按照T0605-2011 试验规程测试标准试件和断裂愈合后试件的延度，得到标准沥青试件的延度值LO和断裂愈合后试件的延度值LH。沥青愈合能力的评价指标定义为HI=LO/LH。

2 试验结果与数据分析

2.1 愈合温度与老化程度的影响

从图1 可知，随着老化程度的增加，沥青愈合能力明显降低，在45℃条件下愈合两小时，长期老化沥青的愈合率相比基质沥青降低了48.1%，而在25℃下愈合条件下，长期老化沥青基本失去自愈能力，可见老化对沥青愈合修复具有不利影响，原因在于沥青中轻质组分含量会随着沥青老化而降低，使沥青变硬变脆，流动性降低，难以在裂缝间浸润愈合。在相同的愈合时间下，随着愈合温度的提高，沥青愈合率明显提升，切开后的基质沥青在55℃下愈合2h，其延度基本能恢复到断裂前的水平，沥青表现出良好的自愈性能。愈合温度由25℃提高至55℃，基质沥青愈合恢复率从10.4%提高到90%，说明沥青在高温下具有更好的愈合能力，分析其原因：55℃的愈合温度已经超过基质沥青软化点，此时沥青流动性较好，能够更好的浸润裂缝，加快裂缝愈合。

图1 沥青愈合恢复率与愈合温度的关系

图2 沥青愈合恢复率与愈合时间的关系（转下页）

2.2 愈合时间与老化程度的影响

从图2 可知，随着愈合时间的增加，沥青愈合恢复率逐渐提高。在35℃的愈合温度下，70#基质沥青断裂愈合1h，2h，4h，6h的愈合率分别为14.6%，32.2%，68.7%，100%。可以看出沥青的延度恢复与愈合时间紧密相关，在充足的愈合时间内，其延度能够恢复到断裂前的水平，但路面实际使用过程中，其愈合时间不足，沥青损伤修复有限。在35℃的愈合温度下，当愈合时间达到6h 时，70#，70#R85，70#R170 和70#P 的愈合率分别为100%，84.6%，74.1%，59.8%。基质沥青断裂愈合6h 后延度完全恢复到了完整试件的水平，而老化后沥青试样断裂愈合延度未能达到到原有水平，说明达到相同的愈合水平时，老化后的沥青需要更长的愈合时间。