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疲劳开裂及其引发的多种病害严重影响沥青路面服务质量和使用寿命。沥青混合料产生裂缝后具有自愈合行为,这为控制沥青路面疲劳开裂提供了新的研究思路和技术措施。本项目以裂缝产生的逆过程-裂缝自愈合行为作为研究对象,围绕沥青混合料自愈合行为机理、评价方法和增强技术展开研究:将自愈合行为归结为沥青在毛细驱动下流动扩散使裂缝愈合,建立了基于毛细流动扩散理论的沥青混合料自愈合机理与行为方程;基于多尺度研究,宏观尺度上提出基于自愈合活化能的沥青材料自愈合能力评价方法,细观尺度上引入荧光显微及CT扫描技术对沥青及混合料的愈合过程进行了观测,微观尺度上利用分子动力学模拟技术模拟了沥青自愈合过程的分子运动规律;进一步调查了沥青性质、胶浆类型、分子组成及结构、间歇时间、温度等因素对自愈合能力的影响,最终确定并开发了自愈合微胶囊技术及主动加热技术,实现了对沥青混合料自愈合能力的显著增强。研究成果实现了对沥青混合料自愈合行为的深刻认知、准确评价和有效增强,为增强沥青混合料抗疲劳性能、延长沥青路面使用寿命提供了新的研究方法和理论依据。 2100433B
疲劳开裂及其引发的多种病害严重影响沥青路面服务质量和使用寿命。沥青混合料产生裂缝后具有自愈合行为,这为控制沥青路面疲劳开裂提供了新的研究思路和技术措施。本项目以裂缝产生的逆过程-裂缝自愈合行为作为研究对象,围绕沥青混合料自愈合行为机理、评价方法和增强技术展开研究:将自愈合行为归结为沥青在毛细驱动下流动扩散使裂缝愈合,建立基于毛细扩散理论的沥青混合料自愈合机理与行为方程;在该理论基础上,将沥青完成在裂缝中流动扩散需要的最小能量定义为自愈合活化能,形成基于自愈合活化能的沥青混合料自愈合能力评价方法;以沥青性质、沥青膜厚度、胶浆组成等为重点,系统分析自愈合能力影响因素,从合理选择原材料与优化体积参数角度提出考虑增强自愈合能力的沥青混合料组成设计方法。研究成果旨在实现对沥青混合料自愈合行为的深刻认知、准确评价和有效增强,为增强沥青混合料抗疲劳性能、延长沥青路面使用寿命提供了新的研究方法和理论依据。
沥青混合料自愈性能研究综述
阐述了沥青混合料的自愈合机理、评价指标及测试方法,从内在因素和外在因素两个角度,评述了沥青、矿粉、愈合温度和破坏程度等对沥青混合料自愈性能的影响,基于能量供给和物质补充原理,总结了沥青材料自愈合能力增强技术,并分析了加热和掺加含有界面粘合剂的微胶囊两种增强措施,对延长沥青路面使用寿命具有一定意义。
基于热物理特性的沥青混合料的研究
为了减少高温车辙病害的产生,提出采用"主动"降低沥青路面温度的方式以降低车辙病害产生的方式。研究分析了沥青混合料及其骨料的热物参数与沥青路面温度的关系。采用Williamson公式和热学导热系数推算公式计算分析骨料热物参数对沥青混合料热物参数的影响,在室内试验中用常功率平面热源法进行验证;应用传热学中一维导热方程和巴勃模型,研究了路面结构热力学材料参数对于沥青路面结构温度的影响。结果表明,在正常的高温条件下,导热系数较小的材料其路面结构内部的温度相对较低。在室外试验中,普通沥青混合料与采用导热系数较小的材料制备的沥青混合料的底层温度相差可达6℃。
批准号 |
50878090 |
项目名称 |
基于熵理论的沥青混合料疲劳特性与机理研究 |
项目类别 |
面上项目 |
申请代码 |
E0809 |
项目负责人 |
邹桂莲 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
华南理工大学 |
研究期限 |
2009-01-01 至 2011-12-31 |
支持经费 |
40(万元) |
在沥青路面刚出现细微裂纹时就利用感应加热自愈合技术加以修复,能够快速有效地解决其裂缝问题。本项目拟从细观裂纹愈合和宏观性能恢复两个层面上研究沥青混凝土的感应加热自愈合行为,建立其裂纹愈合效果随加热深度逐渐变化的梯度愈合理论。分别采用纳米CT扫描技术和三点弯曲实验研究沥青混凝土感应加热的细观裂纹梯度愈合规律和宏观强度恢复规律,揭示细观裂纹愈合与沥青混凝土宏观强度恢复之间的内在关系。通过有限元分析方法模拟沥青混凝土感应加热的愈合过程,揭示温度梯度、裂纹尺寸、沥青混凝土热常数、沥青含量与性能等因素对裂纹周围温度场的影响规律,结合裂纹的实际愈合情况,建立与沥青混凝土感应加热的裂纹梯度愈合过程相吻合的数值模型,构建沥青混凝土感应加热的梯度愈合理论。本项目的实验和模拟研究,将为沥青混凝土的自愈合行为提供一种细观-宏观相结合的分析方法,并为沥青混凝土感应加热自愈合技术的优化和应用提供理论依据。
针对沥青混凝土感应加热速率偏低、愈合行为表征方法不完善、裂纹梯度愈合行为不明确等问题,本项目提出了钢渣钢纤维复合感应加热自愈合沥青混凝土的设计方法,制备了路用性能优良、感应速率高的沥青混凝土;采用纳米CT扫描技术、三点和四点弯曲试验从细观裂纹愈合和沥青混凝土宏观性能恢复两个层面上研究了沥青混凝土的感应加热自愈合行为,建立了细观-宏观相结合沥青混凝土自愈合性能的分析方法,揭示细观裂纹愈合与沥青混凝土宏观强度恢复之间的内在关系;研究了不同感应加热方案下沥青混凝土感应加热的温度梯度分布特性及其导致的梯度愈合行为,绘制了沥青混凝土感应加热的温度梯度分布图谱,为沥青混凝土愈合方式和有效愈合深度的优化提供了先进的测试方法和实用的技术手段,同时发现沥青混凝土感应加热的有效愈合深度为4.3mm,并利用纳米CT扫描技术进行了验证;研究了沥青种类、感应加热温度、湿度、温拌剂、紫外老化、雨雪等因素对沥青及沥青混凝土自愈合性能的影响规律,揭示了湿度、温拌剂和紫外老化对沥青混凝土自愈合性能的作用机制,建立了与沥青混凝土感应加热温度梯度特性相吻合的梯度愈合模型。依托本项目的研究,发表了期刊论文13篇,申请国家发明专利6项,出版学术专著1部,培养硕士研究生6名。本项目的研究成果可为沥青混凝土感应加热自愈合技术的优化和应用提供理论依据。 2100433B