基于微波加热的沥青混合料断裂愈合性能研究

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开裂是沥青路面主要病害类型之一,裂缝的存在对路面的结构性和功能性均会产生不利影响,从而导致路面使用寿命缩短。路面开裂问题一直是道路研究方向的热点之一。
  沥青材料具有自愈合特性,利用这一特性,采取合适的加热方式对沥青路面进行加热养护,能够在一定程度使其内部微损伤修复、裂缝闭合,延长路面使用寿命,这是美国、荷兰等发达国家近年来倡导先进养护理念。
  本文利用微波这一高效环保的加热技术,系统研究了沥青混合料断裂后的微波愈合性能。首先对集料、矿粉、沥青胶浆、沥青砂浆和沥青混合料进行了微波加热测试,研究发现,矿料微波升温速率随其粒径的增加而增高,粗集料对沥青混合料整体升温的贡献大于细集料和矿粉。研究发现,AC-20混合料较SMA-13混合料和AC-13混合料具有更高的升温速率;三种不同沥青(70#基质沥青、SBS改性沥青、复合改性(CM)沥青)制备的AC-13混合料试件具有相似的升温速率,说明研究所用的2种改性沥青同基质沥青具有相似性,基本不吸收微波;室内试验中,应注意控制微波加热时间以避免试件因长时间微波加热而出现局部区域过热,导致试件发生软化变形,本研究中微波功率700W下采用的最大加热时间为160s,经该条件加热后试件表面平均温度达到78℃~90℃。
  通过SCB试验,定义破坏荷载比HIP、断裂能比HIU作为愈合评价指标,从力学强度和能量的角度评价沥青混合料宏观开裂后的微波愈合性能。研究发现,发生宏观断裂的沥青混合料半圆试件在一定微波条件下能够实现愈合,愈合指数均在0-1之间,说明半圆试件力学性能得到一定恢复,微波功率700W下加热160s后,沥青混合料愈合指数能够达到40%~70%。在一定范围内,愈合指数随微波功率或加热时间的增加均大致呈线性增长,适当提高微波功率或加热时间能够有效促进沥青混合料自愈合行为,提高沥青混合料自愈合效果。此外,沥青种类和级配类型的不同也会引起沥青混合料微波愈合性能的差异,研究所用的5种沥青混合料中,SBSAC-13沥青混合料微波愈合性能最佳,SBSAC-20沥青混合料微波愈合性能最差,究其原因,主要是由沥青愈合机理、矿料级配组成和粒径大小不同所引起的。
  对比分析了烘箱加热和微波加热两种不同方式下沥青混合料愈合性能的差异。研究结果表明,相比于烘箱加热,微波加热更加高效,大大缩短了加热时间,试件经微波功率700W加热160s后的愈合效果优于烘箱经最佳加热条件(60℃,8h)加热后的愈合效果。说明微波加热技术能够应用于实际路面的裂缝修复工作中,通过微波加热这一高效环保的加热技术,使沥青路面快速升温,在路面未出现结构性破坏之前,对沥青路面进行加热修复,从而延长路面使用寿命。控制适当的微波加热条件可以使其修复效果明显优于依靠自然环境升温的修复效果。
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