沥青材料自愈再生机理及其影响因素

宗鹏飞

摘要：疲劳开裂是影响路面耐久性的主要疾病之一。理解这种关系从分子水平出发的自愈能力和沥青材料疲劳寿命之间的运输将有帮助在沥青路面的预防性维护和改进中。这项研究分析了这些研究成果沥青和沥青混合物的自愈研究进展，包括自愈机制、影响影响因素、评估方法和改进方面。影响自我愈合性能的因素分为内部结构，如分子结构、沥青运动和扩散、沥青粘胶生活温度、硫敏性和外部温度，如湿度、温度、感应条件和时间等可以通过优化沥青伴侣的化学成分来调整自愈性能，改变制备方法，确保自发结构形成的实现内在材料的智能化。

关键词：自愈机制；分子扩散

0引言

重复交通负荷造成的疲劳裂纹是主要难点用于沥青路面。裂缝不堪的路面需要大量的时间和能量来恢复它原来的一致性，因此需要额外的运输和浪费提供资源和造成环境影响的情况。沥青的自我愈合具有内在的层次结构和独特的多尺度性。这使它成为一种很有前途的增加方法沥青路面的耐久性，通过愈合裂缝和恢复路面其性能不破坏原始结构。与传统的维护技术相比，自我的愈合方法可以显著减少路面的维护成本、二氧化碳排放量和道路安全问题。

作为一种粘弹性流体，沥青具有相对较强的表面润湿性。当沥青具有扩散能力时，沥青会表现出一种自我愈合的行为，可以关闭其微裂缝，从而恢复其刚度和使用强度。沥青自愈可改善疲劳裂纹沥青路面的性能。裂缝可以关闭时，整个自我愈合过程就完成了。因此，沥青材料必须有一个良好的自我愈合能力。

1.聚合物的自愈机制

1.1热可逆反应

根据时间/热可逆粘度的概念，在加热和损坏时，粘度会急剧下降通过外部刺激进行修复。冷却后，局部特性(例如，粘度)恢复到初始值。Chen等人设计的热可逆性可治愈聚合物自我治疗的概念。这些高度交联的聚合物用多呋喃和马来酰亚胺通过二氧化铝合金(DA)反应。单体间的连接会断开（对应于反DA反应）在120°C以上，然后冷却后（即重新连接DA反应）。这一完全可逆的过程显示出骨折的57%的恢复率韧性。这些聚合物具有力学性能可与商用环氧树脂和不饱和聚酯相结合。

1.2光可逆反应

光可逆反应也可以实现聚合物的自愈光化学物质[2+2]和[2+4]环加成物是最多的聚合物光电处理的常用光二聚反应化学愈合，因为环加成物的恢复结果是C=C键，并很容易发生在固态中。环丁烷逆转到原来的肉桂酰结构裂缝纹形成和传播。裂缝愈合也可以是通过肉桂酰基的循环添加。

2.沥青的自愈机制

2.1分子相互扩散

沥青的自愈机制是一种综合性的行为，因为其复杂的化学成分。沥青粘合剂可以自行修复或恢复轻微损坏在负荷周期中。沥青的化学性质，如链长和树枝，可以影响它的自我愈合。其中一个是：愈合机制是分子在裂纹上的自扩散接口。

2.2毛细管流量

大间隙存在时沥青的自愈不能发生分子间新裂缝之间。然而，如果有一段休息时间使得沥青材料上有足够的能量，然后愈合就可以继续了，可见的裂缝就会消失。考虑到基于分子扩散的治疗理论而可逆键的形成并不适用，愈合理论基于毛细管流动，提出了解释裂纹愈合沥青路面。在适当的温度条件下，将沥青裂缝中的毛细管流动将导致裂缝闭合。毛细管现象可以通过修正的方法来研究简化的卢卡斯-沃什伯恩方程式。如果沥青混凝土的温度足够高，足以使沥青表现为牛顿流体，毛细管现象将从这个点开始这两个裂缝之间的接触。沥青会流过任何地方可能的毛细血管流动形式的裂纹，并将愈合时温度高于温度阈值。因此，在一定的时间段内，增加了温度在牛顿变换温度以上是最适合修复沥青混合料。

3.研究结论和发展前景

沥青材料的自愈机理及其关系自愈能力与沥青疲劳寿命之间的关系在分子水平上，提高路面性能的方法是总结了一下。影响自我愈合率的因素，测试评估自我愈合性能的方法，和技术提高沥青自愈效率的基本方法是已经讨论了。考虑到所有的因素，我们得出了如下研究结论：

（a）分子扩散在自我过程中起着重要作用沥青的愈合过程，以及扩散系数的增加加速了它的自我愈合性能。通过使用聚合物和用纳米材料来改变化学成分的沥青或通过使用其他提供类似特性的技术，相互间的分子力增强，提高了自愈效率，它的原始属性被恢复。

(b)沥青分子结构的影响及其变化详细分析了沥青的组成、时间和温度提高了自我愈合的效率。在同时，芳香族结构、老化、损伤和变形物MMHC的研究对自愈效率有负面影响。

参考文献：

［1］黄明，汪翔，黄卫东 ．橡胶沥青混合料疲劳性能的自愈影响因素分析［J］．中国公路学报，2013,26（4）16-22.

［2］　万健，韩超 ．微胶囊自修复混凝土的实验研究及性能评价［Ｊ］．新型建筑材料，2014,41（5）:40-42.

［3］　田洋，庞琦，孙国强，等 ．沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展———沥青自愈合微胶囊［J］．石油沥青，2016,30（5）:27-34.

［4］　韩宁宁 ．浅析微胶囊法应用于沥青路面预防性养护［J］．科学技术创新，2017，（1）:208-208.

［5］何亮，蔡卓，张军辉，等 ．封装愈合剂及橡胶沥青混合料的 自 愈 性 能 ［J］．东 南 大 学 学 报：自 然 科 学 版，2018,48（5）:911-919.

［6］柴子奇，郑毅，赵鸿铎 ．内嵌于沥青混合料的自修复胶囊性能评价［J］．交通科技2016，（2）:163-165.

［7］董瑞琨，郑茂，黄卫东，等 ．考虑自愈补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较［J］．中国公路学报，2015,28（5）:87-92.

［8］纪小平，杨自广，周泽洪，等 ．密级配沥青混合料自愈性能的评价方法［J］．中国公路学报，2018,31（11）:51-57.

［9］　吴少鹏，江承建，林俊涛，等．老化沥青胶结料的疲劳特性研究［J］．武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2013,37（3）:451-455.

［10］　孙大权，刘富良，林添坂，等．沥青胶浆疲劳寿命分析方法与预估方程［J］．建筑材料学报，2016,19（1）:100-104.

［11］　董瑞琨，郑茂，黄卫东，等．考虑自愈合补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较［J］．中国公路学报，2015,28（5）:87-92.

［12］　黄卫东，林鹏，郑茂，等．SBS沥青混合料疲劳自愈合影响因素分析［J］．建筑材料学报，2016,19（5）:950-956.

［13］　孙艳娜，李立寒，汪于凯．沥青疲劳性能评价指标［J］．西南交通大学学报，2014,49（6）：1102-1107.

[14]  R. Al-Rub, M. Darabi, D. Little, E. Masad, A micro-damage healing model that improves prediction of fatigue life in asphalt mixes, Int. J. Eng. Sci. 48 (11) (2010) 966–990.

[15]  H. Yao, Q. Dai, Z. You, Fourier Transform Infrared Spectroscopy  characterization of aging-related properties of original and nano-modifified asphalt binders, Constr. Build. Mater. 101 (2015) 1078–1087.

[16]  S. Lv, C. Liu, D. Chen, J. Zheng, Z. You, L. You, Normalization of fatigue characteristics for asphalt mixtures under different stress states, Constr. Build. Mater. 177 (2018) 33–42.

[17]  M. Zargar, E. Ahmadinia, H. Asli, M.R. Karim, Investigation of the possibility of using waste cooking oil as a rejuvenating agent for aged bitumen, J. Hazard. Mater. 233–234 (10) (2012) 254–258.

[18]  J. Li, J. Liu, W. Zhang, G. Liu, L. Dai, Investigation of thermal asphalt mastic and mixture to repair potholes, Constr. Build. Mater. 201 (2019) 286–294.

[19]  J. Li, J. Zhang, G. Qian, J. Zheng, Y. Zhang, Three-dimensional simulation of aggregate and asphalt mixture using parameterized shape and size gradation, J. Mater. Civ. Eng. 31 (3) (2019) 04019004.

1