沥青自愈合特性研究综述

沥青自愈合特性研究综述

作者：胡一舟徐辰林飞菲

来源：《科技探索》2013年第06期

摘要：疲劳开裂是沥青路面典型病害也是沥青路面面层松散、坑洞以及基层损坏的主要诱因，近年来，采用纤维加筋、改性沥青等材料以及长寿命路面结构等措施来增强沥青路面的抗裂性，但是这些措施仅仅只能抑制或延缓沥青路面裂缝的产生，不能从根本上起到抑制裂缝产生的作用。如果沥青路面的裂缝能像皮肤伤口那样自愈合，“无缝”沥青路面或许能梦想成真。

关键词：自愈合沥青疲劳开裂

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）06-0454-01

1.沥青胶浆自愈合特性研究

1.1沥青胶浆自愈合能力评价方法及相关结论

通过查阅相关文献，关于沥青胶浆的自愈合特性的评价，得出了以下结论：（1）沥青胶浆自愈合能力可用DSR间歇式疲劳试验进行评价，间歇式加载方式的引入能较好的反应实际路面的荷载情况。在此基础上，可以通过耗散能概念，对沥青胶浆的自愈合能力进行评估。（2）可通过在连续DSR震荡模式下引入间歇期，即愈合时间的方式对沥青胶浆进行自愈合劈来试验，自愈合能力可用愈合速率来表征。（3）在应力控制模式下，加载应力越大，试验温度越低，沥青胶浆的抗疲劳能力和愈合能力均呈下降趋势。（4）沥青胶浆的愈合能力具有时间依赖性，同样条件下，愈合时间越长，同等疲劳破坏比列下沥青胶浆模量恢复程度越高，愈合效果越显著。

1.2沥青胶浆自愈合机理研究

沥青的粘弹特性是其具备自愈合能力的基础。Phillips在1998年提出了沥青裂缝自愈合的三个步骤：（1）在表面能的作用下，裂缝上下表面接触并润湿。（2）沥青裂缝的闭合导致的应力加强和沥青流动。（3）由于沥青结构的扩散导致的沥青力学性能的完全恢复。其中，步骤1被认为是最快完成的，这个阶段只能恢复沥青的刚度，步骤2和步骤3需要花费一定的时间，但是可以恢复刚度和强度。沥青混凝土裂缝的自愈合实质上是裂缝上下表面沥青分子为降低表面能而自发进行的界面浸润与吸附和分子扩散，其原动力来源于裂缝界面分子范德华力和氢键形成的化学吸附。荷兰代尔夫特理工大学的álvaro García提出了毛细管流动假设，他认为在沥青内部产生细小裂缝时，如果温度合适，沥青会由于毛细管作用从裂缝底部向上移动，直至充满整个裂缝。

1.3从能量角度分析和评价沥青的自愈合

1.3.1耗散能理论

在HMA工程中，当混合料经历循环疲劳荷载时，具备粘弹性的HMA材料对于荷载循环（LC）和未加载循环会有着不同的变化路径，最后形成很多滞后环。环所包围的区域就是DE。一般来说，在一个荷载循环中产生的能量耗散取决于前一个循环的能量供给。也就是说，耗散能和历史路径息息相关。对于粘弹性沥青材料来说，每个荷载循环的DE值都可以由相应的公式计算。

Delgadillo和Bahia进行了类似描述：他们认为由重复荷载导致的DE值相对变化是疲劳损伤的引发和增长阶段的很好的直接物理指示指标。在强抗疲劳材料当中，所施荷载振幅很小时，会产生少量的相对能量耗散。通过利用RDEC来描述疲劳的方法，我们可以将这些相对能量耗散与HMA混合料的疲劳损伤联系起来。

典型的RDEC-LC图能严格的划分为三个阶段，见下图：

1.3.2能量法评价沥青胶浆自愈合能力的应用

为了和现存大多数疲劳测试结果相比较，相关研究对未引入加载间歇期的沥青胶浆进行了应力劈来试验，建立了通用的应变-疲劳寿命（NF50）关系曲线，在应力控制模式中，选取循环170-300之间的应变平均值作为初始应变值。在各种测试条件下，对于不同种沥青来说，应变-NF50关系曲线均呈线性变化。特别是在低温条件下，同样的初始应变水平，疲劳寿命会更短。这个信息证实了很多现存的研究成果，支持了鲜有的设计理念-将疲劳损伤和沥青混合料的应变水平联系起来。相位角对于疲劳损伤来说，不是一个敏感参数。在疲劳测试中，相位角仅仅只有很小程度的增长。所以，在循环疲劳加载模式当中，复合剪切模量能用来表征材料性能的衰退幅度。

在应力控制加载模式下，愈合测试中沥青DE值的变化趋势可分为两个明显的阶段：（1）DE值以一个几乎恒定的速率逐渐增长（恒定能量变化阶段）（2）DE值急剧增大（损伤增长导致真实疲劳破坏产生）。这个现象在和HMA疲劳测试中发现的DE变化趋势大体相同，但区别是没有第一个阶段，即能量稳定阶段。此阶段的产生可能与混合料中集料的重取向以及致密化效应有关。

2.主要结论

（1）沥青胶浆自愈合能力可用DSR间歇式疲劳试验进行评价，间歇式加载方式的引入能较好的反应实际路面的荷载情况。在此基础上，可以通过耗散能概念，对沥青胶浆的自愈合能力进行评估。（2）沥青胶浆的愈合能力具有时间、温度依赖性，通常采用的改性和老化处理可以改变沥青胶浆的自愈合能力。（3）沥青是一种典型粘弹性材料，温度和频率自然而然的会在很大程度上对其工程力学性能造成影响，当环境温度很高时，沥青表现出粘性流变性质，而在温度很低时又会表现出弹性固体性质。在常规路面温度下，沥青材料一般既可呈现处粘性

流体性质又具有一定的弹性，这也是沥青材料被称为粘弹性材料的原因。而沥青的粘弹特性正式其具备自愈合能力的基础。（3）沥青混合料的自愈合特性可以通过可以从能量角度来进行研究分析。

参考文献：

[1]álvaro García.Self-healing of open cracks in asphalt mastic[J]. Delft University of Technology， Faculty of Civil Engineering and Geosciences， Micromechanics Laboratory （MICROLAB）， Stevinweg 1， 2628 CN Delft， The Netherlands Empa Swiss Federal Laboratories for Materials Testing & Research， CH-8600 Duebendorf， Switzerland.2010

[2]Jian Qiu.Self Healing of Asphalt Mixes： Literature Review[J].Road and Railway Engineering？Faculty of Civil Engineering & Geosciences Delft University of Technology.2008.

[3]sun woo park.A viscoelastic continuum damage model and its application to uniaxial behavior of asphalt concrete[J].Department of Civil Engineering，North Carolina State University.1995.

[4]孙大权，张立文，梁果.沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展[J].同济大学道路与交通工程教育部重点实验室.2011