瀝青路面混合料供應(yīng)之瀝青混合料自愈研究綜述

瀝青路面的開裂不僅會導(dǎo)致路面的結(jié)構(gòu)性能降低，還會進(jìn)一步引發(fā)坑槽、松散等病害，最終導(dǎo)致瀝青路面的使用壽命降低。長期以來，國內(nèi)外分別從材料和混合料設(shè)計兩方面，提出了許多提高瀝青路面抗裂性的措施，但瀝青路面的開裂問題仍無法得到根本解決。近年來，盡管發(fā)現(xiàn)了瀝青混合料具有自愈能力，但受交通量大以及環(huán)境條件的影響，瀝青自愈能力的發(fā)揮受了較大的限制。因此，通過理解和量化并加強瀝青及瀝青混合料的自愈能力，對于瀝青路面使用壽命的預(yù)測和提高是十分重要而迫切的。

瀝青路面混合料供應(yīng)告訴你：瀝青路面的自愈是指由于交通荷載和環(huán)境等因素引起的裂縫，基于瀝青及其混合料特性的部分或全部愈合。建于1939年的阿爾及利亞瀝青混凝土漏水斜墻壩，在未加修理的情況下自我修復(fù)并停止漏水，這一現(xiàn)象引起了人們對瀝青混合料自愈性能的注意。1967年，Bazin等人率先進(jìn)行了有關(guān)瀝青混合料自愈特性的研究，隨后Schapery、Little、Lytton、Kim、Wool、Carpenter和Shen等人做了大量的有關(guān)瀝青和瀝青混合料自愈合實驗室研究，研究主要集中于瀝青和瀝青混合料自愈機理、自愈表征和增強技術(shù)等3個方面。以上研究對于瀝青材料自愈合行為的進(jìn)一步合理解釋、量化評價以及自愈能力增強措施優(yōu)化具有深遠(yuǎn)的意義。

彩色瀝青路面施工混合料自愈機理研究

同濟大學(xué)孫大權(quán)等認(rèn)為，瀝青混合料裂紋自愈合機理實質(zhì)是裂紋界面瀝青分子為降低表面能而自發(fā)進(jìn)行的界面浸潤與吸附和分子擴散，其原動力是裂縫界面分子范德華力和氫鍵形成的化學(xué)吸附，并從表面能理論和表面擴散理論的角度對瀝青自愈機理進(jìn)行了總結(jié)。此外，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的álvaroGarcía提出了基于毛細(xì)流動理論的瀝青混合料自愈合理論模型。

基于表面能理論的瀝青自愈

基于表面能理論，瀝青混合料開裂與自愈過程實為裂縫表面積的變化過程。Schapery于1984年提出了基于表面能的材料斷裂定律。將自愈過程的能量轉(zhuǎn)移視作開裂的逆過程，Lytto于1998年提出了與材料斷裂定律對應(yīng)的材料愈合定律。由于不能直接反映自愈速率與表面能之間的關(guān)系，Lytton和Sehapery分別建立了由表面能密度的非極性(色散力)部分決定的初期自愈速度h1和由表面能密度極性(酸堿性)決定的后期自愈速度h2的表達(dá)式：裂縫表面能理論模型表征了愈合速率與裂縫表面能之間的關(guān)系，但無法揭示裂縫愈合過程，且相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)性研究。

彩色瀝青路面施工基于表面擴散理論的瀝青自愈

基于擴散模型的瀝青自愈機理研究主要借鑒聚合物材料的相關(guān)研究成果。Phillops根據(jù)Kim建立的擴散模型認(rèn)為瀝青自愈分3個階段：①基于瀝青流動性和外力作用的微裂縫關(guān)閉;②基于表面能的裂縫界面潤濕;③界面分子擴散導(dǎo)致瀝青力學(xué)性能完全恢復(fù)。Wool等將聚合物愈合分為裂縫界面潤濕和材料固有愈合兩部分，并基于Gennes于1971年建立的分子蠕動模型提出了聚合物材料愈合動力方程。裂縫表面擴散理論模型從界面潤濕和固有愈合兩方面表征了瀝青自愈合過程并建立對應(yīng)的關(guān)系式，但其中參數(shù)獲得較為困難，Little、Bhasin和Bommavaram等在這方面有所研究。此外，由于基于擴散模型的瀝青自愈機理研究主要借鑒聚合物材料的相關(guān)研究成果，其對于瀝青材料的適用性還有待檢驗。

基于毛細(xì)流動理論的瀝青自愈

基于瀝青毛細(xì)流動現(xiàn)象的室內(nèi)試驗，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的álvaroGarcía建立了瀝青自愈毛細(xì)流動理論模型并提出對應(yīng)假設(shè)：適宜的溫度條件下，瀝青在毛細(xì)作用驅(qū)動下的裂縫處發(fā)生毛細(xì)流動使得瀝青閉合，閉合域由于界面分子擴散而強度恢復(fù)。álvaroGarcía認(rèn)為驅(qū)使瀝青發(fā)生毛細(xì)作用的力主要有地心引力、瀝青表面張力和瀝青粘結(jié)力。根據(jù)毛細(xì)流動實驗Figure3Capillaryflowexperiment據(jù)以上認(rèn)識，得出基于毛細(xì)流動理論的愈合方程。合毛細(xì)動力學(xué)知識分析了毛細(xì)作用下的瀝青自愈合，但該模型要求瀝青處于牛頓流體狀態(tài)，因而對溫度較低情況下的瀝青自愈可能不再適用。

瀝青自愈評價指標(biāo)與測試方法研究

近幾十年來，國內(nèi)外針對瀝青自愈行為評價指標(biāo)及測試方法進(jìn)行了大量研究。

瀝青混合料自愈增強技術(shù)研究

盡管瀝青具有自愈合能力，但受荷載作用間歇時間短和環(huán)境因素的影響，瀝青路面中瀝青自愈能力的發(fā)揮受了較大的限制。因此，通過一定的技術(shù)措施增強瀝青自愈能力十分必要。目前國內(nèi)外關(guān)于瀝青自愈增強技術(shù)主要圍繞2個方面：①主動增強技術(shù)，即通過聚合物改性等方式提高瀝青自愈合能力和優(yōu)化瀝青混合料組成設(shè)計提高瀝青混合料自愈合能力;②被動增強技術(shù)，包括誘導(dǎo)式加熱、自愈微膠囊、毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。

主動增強技術(shù)

瀝青路面混合料供應(yīng)認(rèn)為瀝青自愈合能力由裂縫表面自由能和裂縫界面分子自擴散能力決定，Kim等則提出亞甲基與甲基比，與瀝青自愈速率有一定正相關(guān)性。試圖通過離聚物的可逆離子鍵結(jié)合機制實現(xiàn)瀝青自愈的增強。根據(jù)Tyagi等人研究可知，納米粒子也可能是增強瀝青自愈的能力的不錯選擇，其原理是在納米作用下的納米粒子想裂縫處不斷積累，從而起到抑制裂縫發(fā)展的作用。其他基于聚合物材料自愈的主動增強技術(shù)還有改良型交聯(lián)聚合物、超分子橡膠和分子內(nèi)部擴散等，Qiu等對此進(jìn)行了總結(jié)。Grant、Kim等人從瀝青混合料設(shè)計的角度研究了瀝青混合料自愈特性，Grant根據(jù)試驗得出粗級配瀝青混合料自愈速率高于細(xì)級配瀝青混合料自愈速度，而Kim等研究認(rèn)為低瀝青含量比高瀝青含量時的自愈速率要大，這些研究成果與傳統(tǒng)觀點相悖，故有待深入研究。