【摘 要】
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路面裂缝是沥青路面的主要破坏形式,对沥青路面使用性能具有不利影响。而沥青作为一种典型的粘弹性材料,能够修复自身损伤,利用沥青自愈合特性可以延长沥青路面使用寿命,微波热诱导自愈合技术是目前国内外沥青自愈合领域研究的热点。本文主要研究沥青及沥青混合料微波热诱导自愈合特性,全面评价钢渣粉作为微波吸收材料在微波热诱导自愈合技术领域的可行性及优势性,首先制备钢渣粉和矿粉两种沥青胶浆,通过微波升温试验及DSR
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路面裂缝是沥青路面的主要破坏形式,对沥青路面使用性能具有不利影响。而沥青作为一种典型的粘弹性材料,能够修复自身损伤,利用沥青自愈合特性可以延长沥青路面使用寿命,微波热诱导自愈合技术是目前国内外沥青自愈合领域研究的热点。本文主要研究沥青及沥青混合料微波热诱导自愈合特性,全面评价钢渣粉作为微波吸收材料在微波热诱导自愈合技术领域的可行性及优势性,首先制备钢渣粉和矿粉两种沥青胶浆,通过微波升温试验及DSR试验分析了两种沥青胶浆的微波升温及自愈合特性,其次以钢渣粉代替混合料级配中部分矿粉制备不同钢渣粉掺量的沥青混合料,通过半圆弯曲试验分析微波诱导沥青混合料自愈合效果,设计正交试验分析热诱导因素对愈合指数的影响,并基于声发射表征沥青混合料的断裂性能并提出新的自愈合评价指标,最后验证钢渣粉对沥青混合料路用性能的影响,通过上述研究得到的主要结论如下:微波辐射下,粉胶比为0.6,0.9,1.2的钢渣沥青胶浆从30.1℃分别提高到67.4℃,88.2℃,103.8℃,矿粉沥青胶浆温度随着微波加热时长几乎无变化,钢渣粉由于较高的复介电常数和复磁导率,可以将更多的微波能量转化为热量释放,最终导致快速加热,石灰岩矿粉微波吸收能力有限,并且放热缓慢。通过DSR频率和温度扫描模式对两种沥青胶浆的自愈合特性进行表征,研究表明随着粉胶比的增加,胶浆的流动行为指数逐渐降低,模量和粘度增大,两种沥青胶浆的自愈合起始温度都在45℃～60℃范围内,初始温度随着粉胶比的增大而逐渐增加。通过时间扫描模式对两种沥青胶浆进行疲劳-愈合-疲劳加载测试,发现愈合指数随着粉胶比的增大而减小,钢渣胶浆相对矿粉胶浆来说具有较好的愈合率。随着愈合温度的升高和愈合时间的延长沥青胶浆的愈合指数增长趋势先快后慢,以HI=0.9时对应的愈合条件作为最佳愈合条件得到沥青胶浆的最佳愈合温度和最佳愈合时间。以钢渣粉代替级配中部分矿粉制备不同钢渣粉掺量的沥青混合料,对沥青混合料半圆试件进行断裂-愈合-再断裂试验,断裂试件通过微波热诱导愈合,以愈合前后试件的最大断裂力之比为愈合率,研究表明愈合率随着钢渣替代量的增加而增加,增长趋势先快后慢,钢渣粉的加入可提高普通沥青混合料30%的愈合率。原样沥青混合料微波辐射下温度分布不均,存在温度集中现象,钢渣粉的加入使试件整体受温均匀,微波热诱导自愈合效果较好,最后从愈合效果和经济性两方面综合选定钢渣粉最优替代量为60%。设计正交试验研究微波热诱导条件对沥青混合料的愈合指数影响,影响大小顺序为:微波加热时长>试件损伤程度>常温养护时长。同时随着断裂损伤次数的增加,沥青混合料的强度逐渐降低,愈合率总体呈下降趋势,钢渣沥青混合料呈现出较大的优势,其愈合率经过多次机械损伤后仍能保持50%左右。通过用声发射系统采集试件断裂的AE信号检测沥青开裂愈合过程,沥青混合料试件在低温下呈脆断特征,声发射各个参数数值大于常温,在试件断裂过程中,随着荷载持续增加,声发射信号持续增加直到试件完全破坏,声发射能够很好的判定试件破坏过程。最后基于声发射能量参数提出了新的自愈合指数HIAE来表征材料的愈合特性,并于常规指标作对比,具有良好的相关性。通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来验证钢渣填料沥青混合料的常规路用性能,钢渣的加入增大了沥青胶浆的模量,提高了沥青混合料抗车辙能力,对其水稳定性及低温性能无不利影响。
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