导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

玄武岩纤维对聚氨酯改性沥青混合料水稳定性提升研究

为解决聚氨酯改性沥青混合料水稳定性不良的缺陷,通过浸水马歇尔试验、冻融循环条件下的劈裂试验、低温弯曲试验,研究不同玄武岩纤维掺量下聚氨酯改性沥青混合料的抗水损害能力。结果表明:在冻融循环作用下,玄武岩纤维降低了沥青混合料水损作用造成的空隙率变化,增强了沥青间的粘附性,当纤维掺量为0.3%时,其提升作用最强,残留稳定度和劈裂强度比分别提升了10.9%、32.3%,有效降低了冻融循环引起的弯拉强度与弯拉应变的下降速率,增强沥青混合料之间的粘结力,聚氨酯沥青混合料的水稳定性能得到提高。

碳纳米管改性沥青混合料低温裂缝扩展分析

为研究碳纳米管对沥青混合料低温性能的影响,分别以不同碳纳米管掺量的改性沥青混合料为对象进行劈裂试验和小梁剪切疲劳试验,并通过Abaqus建立碳纳米管改性沥青混合料路面有限元模型,从应力强度因子、裂缝能量释放率、裂缝尖端位移等方面对裂缝扩展行为进行分析。结果表明:(1)碳纳米管的加入能够提高沥青混合料的低温抗裂性能,特别是其早期抗裂能力;(2)碳纳米管的加入能够降低张拉型(Ⅰ型)裂纹扩展速度,促进剪切型(Ⅱ型)裂纹的扩展,但Ⅱ型裂纹所产生的剪切力远小于碳纳米管的抗拉裂强度,不足以使裂缝继续扩展,从整体上来说,加入碳纳米管能有效抑制沥青路面裂缝的扩展;(3)碳纳米管掺量越高,断裂释放能越大,碳纳米管在一定程度上能减弱或吸收沥青混合料外部能量,起到消能作用,限制裂缝尖端位移的变大,使得沥青混合料具有更好的低温抗裂性能。

导电沥青混合料碳纤维分散性研究

为探究导电沥青混合料中碳纤维的分散性,采用响应曲面法研究碳纤维含量、搅拌时间、分散剂质量浓度对沥青混合料中碳纤维分布系数的影响,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、低温升热方法对最佳工艺条件下制备的导电沥青混合料中碳纤维的分布进行了表征。结果表明:碳纤维质量分数为0.31%、搅拌时间为6.32min、分散剂质量浓度为3.94g/L时,导电沥青混合料中碳纤维分散效果最佳,且沥青混合料同组试块电阻率差异最小,碳纤维分布系数由0.49增加到0.87,同组试块在低温环境中的升温速率趋向一致。采用响应曲面法建立的模型可靠性高,为改善导电沥青混合料电热性提供了研究基础。

碳纳米管/碳纤维沥青混合料电热与断裂性能分析

为解决冬季道路积雪结冰的安全问题,同时弥补碳纤维用量过多团聚缺陷,采用碳纳米管/碳纤维制备导电沥青混合料,进行电热与断裂试验,分析碳纳米管在不同掺量下沥青混合料的电热与抗裂性能,结果表明,碳纳米管/碳纤维沥青混合料电阻率随碳纳米管掺量的增加呈指数函数减小,在持续通电作用下,混合料内部温度不断升高,当碳纳米管掺量为0.5%时,升温效果最佳,混合料从-10℃上升到0℃仅需5 min,升温效果在时间上提升了37.5%;适量的碳纳米管能提高沥青混合料的抗裂强度与弯拉应变,增强其韧性,宏观上表现为具有更优异的抗裂缝扩展能力。