沥青混凝土感应加热及愈合特性研究

发布时间：2020-04-18 04:50

【摘要】：沥青是一种粘弹性材料,在荷载间歇期可自动修复其内部的微裂纹,这种自修复性能与温度密切相关,通过提升愈合温度可增强沥青混凝土的裂纹修复能力。利用电磁感应加热提高导电沥青混凝土的愈合温度是一种先进的沥青路面养护方法,但目前缺少关于沥青混凝土电磁感应加热的温度分布及其梯度愈合特性的研究,且沥青混凝土的感应加热速率偏低。针对上述问题,本文研究了钢纤维沥青混凝土电磁感应加热作用下的温度梯度分布特性与梯度愈合规律,并通过钢棉纤维与钢渣复掺显著提升了沥青混凝土的感应加热速率。首先,制备了可被感应加热的钢棉纤维沥青混凝土,通过力学性能确定了钢棉纤维最佳掺量为6%,同时对钢棉纤维沥青混凝土电磁感应加热作用下的温度分布特性进行了研究。结果表明:感应加热下沥青混凝土在纵向上存在明显的温度梯度,加热时间越长、加热距离越近,温度梯度越大;将沥青的软化点温度作为沥青混凝土产生有效愈合的起始温度,并据此测定了感应加热对沥青混凝土产生的有效愈合深度,愈合深度与加热距离和加热时间有关,加热距离越小、加热时间越长,有效愈合深度越大,在加热距离为10mm和20mm时沥青混凝土的有效深度分别为4.7cm和3.8cm(表面温度约100℃)。其次,采用三层小梁试件断裂-感应加热-断裂试验对钢棉纤维沥青混凝土的电磁感应加热愈合特性进行了研究。结果表明:与微波加热相比,在相同的表面温度下电磁感应的温度梯度特性导致其愈合效率偏低;感应加热作用下沥青混凝土在纵向上表现出明显梯度愈合的特性,愈合效率沿纵向递减,感应加热时间越长,试件纵向愈合效率相差越大;缩短加热距离和增加愈合次数(延长愈合时间)均可提高试件的愈合效率。最后,通过钢渣与钢棉纤维复掺制备了快速感应加热沥青混凝土,并对其性能进行了研究。结果表明:复掺钢渣可将钢棉纤维沥青混凝土的感应加热速率提高34%,同时可提高其愈合效率;钢渣降低了混凝土整体的热传导能力,钢棉纤维能增加混凝土的热传导能力;钢棉纤维能够提高水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性能,而钢渣降低了水稳定性、增强高温稳定性、对低温抗裂性能影响不大。其他力学性能表明:钢渣和钢棉纤维均能提高沥青混凝土强度,但钢棉纤维增强了混凝土的韧性而钢渣降低了韧性表现为脆性破坏。
【图文】：

示意图,断裂面,沥青,界面

表面接触、表面浸润、扩散和随机化，其中最重要的两个步骤为界面浸润和界面处分子的扩散重排，这两个过程均受温度影响严重。采用 Wool 的理论能够较为直观地解释沥青自愈合发生的过程，并且本文的研究内容为感应加热愈合增强技术，因此本文仅分析上述两个愈合过程的机理。界面浸润和界面处分子的扩散重排均有助于裂纹的愈合，，为了更好的理解这两个步骤发生的过程，图 1-展示了这两个过程的模型示意图。

SEM图像,内部裂纹,SEM图像

两个过程的影响因素均是从材料本身的属性出发进行分析的性能不同，浸润和重排的速率不一致，导致最终的愈合效率压力、环境温度、间歇期等也是影响沥青愈合效率的重要因响上述两个愈合过程对愈合率的贡献程度。这两个愈合过程描电子显微镜(SEM)进行观察，Ganjei[22]通过 SEM 观察到热A)微裂纹处的愈合现象：如图 1-2 所示，图 1-2(a)为断裂面的接程中发生裂纹处的浸润；1-2(b)为分子的扩散和重排的结果，与面积明显增加，即对于图 1-1 中描述的灰色区域面积增大；图之后界面处的裂纹完全消失。该图说明沥青胶浆的流动是沥合的关键因素，在材料种类确定的情况下，影响愈合效率的间歇期等外界条件，而通过加热提高愈合温度是增强愈合效式，因此，电磁感应加热是一种应用前景广阔的沥青混凝土
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414

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