沥青自修复微胶囊研究进展

微胶囊技术在世界上已应用于多个领域,包括医药、食品和化工等,具有广阔的应用前景。将微胶囊引入到沥青材料自修复中,可提高沥青材料的自修复能力并在裂缝产生初期即可自我修复,延长路面使用寿命。与传统的裂缝修补方法相比,微胶囊自修复技术具有节能减排、降低养护成本和防止微裂缝扩展至宏观裂缝等优势。然而,沥青自修复微胶囊技术仍处于初步探索阶段,将微米级微胶囊应用于沥青材料自修复领域还存在着微胶囊强度控制范围不够明确,微胶囊破裂理论尚不成熟,且微胶囊制备工艺参数设计尚不统一等问题。因此,研究者们除研究制备工艺的影响外,还主要从选择合适的制备工艺影响参数和微胶囊的结构与性能方面不断尝试,并取得了丰硕的成果。随着制备工艺的不断成熟和影响参数的不断优化,经原位聚合法制备的微胶囊结构致密、性能优良。目前对掺微胶囊的沥青材料自修复的研究仍存在对沥青材料自修复提升效果的评价方法和评价指标尚不统一等问题。掺微胶囊的沥青材料自修复效果主要通过不同的指标来体现,包括延度、复数模量、拉伸强度、试件的载荷和沥青混合料的疲劳寿命等。其中,还对掺微胶囊的沥青混合料进行了路用性能研究。通过不同的评价指标表明,微胶囊显著提升了沥青材料的自修复效果;掺微胶囊的沥青混合料的水稳定性和高温稳定性略有下降,低温抗裂性下降较大,但仍满足规范要求。为总结沥青自修复微胶囊的研究进展,本文对比分析了多种自修复微胶囊制备方法的优势和特点,解析了影响微胶囊质量的主要因素(芯壁比、反应温度、终点pH值、乳化转速、酸化时间),总结了微胶囊的结构与性能的表征方法,介绍了掺微胶囊沥青材料自修复性能的评价方法与提升效果,阐述了微胶囊对沥青混合料路用性能的影响,探讨了借助分子动力学手段研究掺微胶囊的沥青材料自修复行为理论的可行性并展望了其未来发展前景,以期为微米级微胶囊的应用与发展提供参考。

沥青体系的分子动力学研究进展及展望

随着我国道路工程的飞速发展,沥青混凝土在路面工程中有越来越广泛的应用。近年来,沥青材料的研究已不仅局限于宏观性能试验,还拓展到介观与微观层面对沥青材料进行多尺度研究。分子动力学方法属于微观研究方法的一种,它是通过积分算法模拟研究对象在不同条件下的分子运动轨迹与体系能量变化,并分析模拟数据得出结论。该方法已被广泛应用于分子尺度下路面沥青材料设计与微观机理研究,其优势在于从分子运动的角度解释沥青体系的各种现象与性质。因此,许多学者采用宏观试验和分子动力学模拟相结合的多尺度方法研究沥青体系,这将推动沥青材料的进一步发展。本文对沥青体系的分子动力学进行了全面的分析,构建了沥青体系分子动力学模型的一般平衡步骤,提出采用密度、玻璃态转变温度、黏度、溶解度参数等对沥青体系分子动力学模型的有效性进行验证。综合分析了分子动力学方法对沥青纳米聚集、自修复、改性、老化、界面黏附等行为机理的研究进展,提出采用耗散粒子动力学与粗粒化分子动力学对现阶段沥青体系分子动力学的研究尺度进行扩展。研究结果表明,沥青类材料的分子动力学方法还处于早期探索阶段,但其发展潜力极大,利用分子动力学方法研究沥青体系各组分分子的动力学行为,可揭示常规试验无法观察到的分子含时运动规律,预测沥青材料的宏观性能并针对沥青的分子结构提出其路用性能改善措施,从分子尺度上推动沥青路面多尺度试验仿真方法的发展与完善,为沥青材料基因组的开发研究奠定基础。

钢渣沥青混合料应用现状

总结了钢渣的物理性质、化学成分及矿物相组成,分析了影响钢渣体积安定性的因素及其改善措施,探讨了钢渣沥青混合料的配合比设计方法,分析了钢渣沥青混合料的路用性能(高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、体积安定性、抗滑性)及其功能特性(导电性与微波加热),研究了钢渣沥青混合料的生态、社会及经济效益,介绍了国内外的工程应用。研究结果表明:钢渣可用于沥青混合料,且应为陈化半年以上的转炉钢渣或电炉钢渣,钢渣的物理力学性能优良,而化学成分及矿物相组成受炼钢工艺影响有所区别,钢渣体积安定性的不足可通过预处理或陈化处理得到较好的改善,钢渣沥青混合料的配合比设计要点包括钢渣替代传统集料的方式和比例、沥青混合料级配修正、有效相对密度测定以及最佳油石比的确定,钢渣沥青混合料的路用性能及功能特性优于天然集料沥青混合料,具有较好的环境影响性且综合经济效益更高,关于钢渣沥青混合料路用性能的研究较多,而作用机理方面相对缺乏,关键性的限制因素如密度较高、体积安定性不良、混合料沥青用量增加等仍未得到根本性解决,未来应重点研究钢渣沥青路面的长期性能及质量控制体系,并开展全寿命周期研究,以加快钢渣沥青路面的应用与推广。

多孔沥青混合料堵塞规律离散元仿真

为揭示多孔沥青混合料孔隙堵塞机理,开展了多孔沥青混合料堵塞模型试验与仿真模拟结合研究;基于电子计算机断层扫描与离散元软件PFC3D V5.0分析了多孔沥青混合料孔隙特征,得到了多孔沥青混合料的孔隙数据;在PFC3D V5.0中投放各粒径集料并根据孔隙特征生成压实虚拟试件,以MATLAB切片对比实际试件孔隙图像验证模型准确性;在自重条件下设置特定级配组成堵塞物侵入多孔沥青混合料试件模拟仿真,并以室内试验结果对照验证,改变投放堵塞物粒径,分析了试件孔隙衰变率,找出了堵塞敏感颗粒;在自重条件下引入流体模拟仿真试验,改变了流体渗流速度,分析了试件堵塞变化规律。研究结果表明:PFC3D V5.0生成的虚拟试件具备较高的精确度,仿真揭示了试件堵塞规律,小颗粒除堆积于喉孔处产生堵塞外,还会在嵌挤成型后与大粒径颗粒积聚产生堵塞;自重条件下的堵塞主要集中在混合料试件上层30 mm处,相应堵塞敏感颗粒粒径分布为0.150~0.600 mm,堵塞颗粒粒径分布对堵塞结果影响较大;在重力与流体条件下,随着渗流速度从0.005 m·s^(-1)增加到0.030 m·s^(-1),孔隙衰变率变化速度增加,残留在混合料内部的堵塞物减少,孔隙衰变率减小,排水沥青路面在设计与养护时也需将当地降雨条件带入考虑。