沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展——自愈合能力增强技术.doc

沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展（2）——自愈合能力增强技术 2011年12月石油沥青PETROLEUMASPHALT第25卷第6期 沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展(2) 自愈合能力增强技术 孙大权,张立文,粱果 (同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804) 摘要:分析了沥青性质,沥青混凝土级配与沥青含量等内部因素对沥青混凝土疲劳损伤 自愈合能力的影响,提出可通过优化沥青混凝土组成设计实现沥青混凝土自愈合能力主动增 强.总结了基于能量供给和物质~t-E,原理的沥青混凝土自愈合能力被动增强技术,重点分析 了加热和掺加含有界面粘合剂胶囊两种方法的技术可行性和存在的问题. 关键词:沥青混凝土疲劳损伤自愈合增强技术 在外界环境条件和作用荷载等外部影响因素 均相同的条件下,普通沥青混凝土疲劳寿命主要 取决于沥青混合料内部因素,及沥青混合料本身 材料形状及体积参数特性等.沥青混凝土疲劳损 伤可归结于重复荷载作用下沥青混凝土内部裂纹 萌生与扩展,在裂纹萌生与扩展过程中,伴随着 裂纹区域的应力松弛以及为降低裂纹表面能自发 进行的界面自愈合.尽管沥青混凝土具有疲劳损 伤自愈合能力,受交通条件和环境因素等外界条 件制约,沥青路面受荷载作用间歇时间较短,玻 璃化温度条件下,分子链段运动被冻结,沥青混 凝土疲劳损伤自愈合受到较大限制.如能增强或 激励沥青混凝土自愈合行为,沥青路面的疲劳开 裂问题将得到有效控制.围绕增强沥青混凝土疲 劳损伤自愈合能力,国内外开展初步探索,主要 形成了主动选择高自愈合能力的沥青材料来延长 沥青混凝土疲劳寿命的主动增强技术和当沥青混 凝土疲劳寿命受限时采用能量供给或者物质补充 等方式来延长沥青混凝土疲劳寿命的被动增强技 术等两类方法. 1沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力主动增强技 术 沥青混凝土的疲劳寿命受沥青性质和混合料 组成等内部因素影响,而这些因素恰恰是影响沥 青混凝土疲劳损伤自愈合速率的关键因素.因 此,沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力主动增强技 术思想为选择自愈合能力强的沥青以及优化沥青 混凝土组成设计来实现沥青混凝土自愈合能力主 动增强. 1.1沥青组成与结构对自愈合能力的影响 由于沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力主要源 于沥青分子的浸润与扩散,因此沥青组成与结构 是影响愈合速率关键因素之一.Kim等提出亚甲 基与甲基比高(即分子链长),沥青具有较高的 愈合速率…;Little等认为沥青初期愈合速率 (10s内)与范德化力(非极性组分表面张力) 成反比J.通常认为采用聚合物改性沥青可增 强沥青混凝土疲劳性能,但是Kim等(2006年) 认为聚合物改性沥青对沥青混凝土愈合速率没有 贡献3J,Little等甚至认为聚合物会降低沥青愈 合速率. 1.2沥青混凝土组成对自愈合能力的影响 沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力也受到集料 组成与沥青含量影响.Grant以重复加载蠕变试 验研究了卸载后沥青混凝土劲度随时间恢复速 率,认为粗级配沥青混凝土比细级配沥青混凝土 收稿日期:2Ol1—07—18. 作者简介:孙大权(1974一),男,同济大学副教授,博 士.主要的从事道路工程教学与科研工作.Email:dqsun@ tongji.edu.13n 第6期孙大权等.沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展(2)9 具有更高的愈合速度;Kim等研究认为低沥青 含量(6.1%)的自愈合速率要大于高沥青含量 (7.2%)沥青混凝土].Bhairampally等发现某 些填料(如消石灰)可增强沥青混凝土的疲劳 自愈合速率o. 可见,沥青组成与结构,沥青混凝±级配, 沥青含量等是影响沥青混凝土疲劳损伤自愈合能 力的主要因素.如果能在沥青混凝土组成设计时 综合考虑这些因素并进行优化设计,则可实现沥 青混凝土疲劳损伤自愈合能力主动增强.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,聚合物改性沥青 可能降低自愈合速率等)与传统观点相悖.因 此,关于沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力影响因 素以及考虑疲劳损伤自愈合能力的沥青混凝土组 成设计仍有待深入研究. 2沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力被动增强技 术 荷载间歇时间是影响沥青混凝土疲劳损伤自 愈合程度的主要外因之一.在大交通量条件下, 沥青路面荷载作用间歇时间短,沥青混凝土内部 裂纹产生与发展速率大于裂缝愈合速率,最终易 发生沥青混凝土疲劳开裂.为进一步增强沥青混 凝土自愈合能力,国内外学者借助生物体损伤愈 合现象和机理,开展了采用能量供给,物质补充 的方式激励沥青混凝土损伤裂缝愈合速率或使裂 缝被动愈合的研究. 2.1能量供给 作为典型的感温性材料,沥青形状受温度条 件影响显着,增加温度可加速裂缝表面沥青分子 润湿与扩