一种形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法与流程

本发明是一种形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法，属于沥青路面耐久性技术领域。

背景技术：

近年来，中国公路建设快速发展，公路里程迅速增加。但由于气候环境变差，温室气体排放严重，再加上现代交通出行量增多，货车超载严重，以及随着公路规模扩大而产生的道路施工工艺和管理问题，都加剧了道路承载力和使用性影响。因此，急需研究路面材料，提高其耐久性。同时，沥青路面在使用年限内产生的微小裂缝由于现如今探测工具的探测能力有限，无法及时发现进行修复。如何有效对沥青进行改性，增强沥青路面的使用品质，延长沥青路面的使用寿命，减少相关的养护费用，正成为当今各国道路材料研究人员急需解决的问题。

研究发现，沥青材料本身就具有自愈合性能，早在19世纪60年代就有国外学者对其进行了证实。随后，沥青材料的自愈合性能研究受到了道路材料研究人员的广泛关注，并不断被运用到道路施工以及预防性养护技术中。由于沥青材料本身自愈合性能太弱，受荷载作用和环境因素影响较大，并不能有效处理沥青路面微裂缝病害。因此，研究人员希望能够通过了解沥青材料自愈合的形成机理和影响因素，找到合适的方法提升沥青材料自愈合性能，以抵抗其疲劳开裂，延长沥青路面的使用性。但在不断的研究中发现，沥青材料由于具有复杂多变的物理和化学特性，其自愈合效果和机理难以被研究人员理解和量化，导致道路材料研究人员难以准确预测沥青路面在使用过程中产生微细裂缝后的自愈合状况，从而有效改善沥青路面自愈合性能。因此，增强沥青材料自愈合效果研究正不断兴起。

目前沥青材料的自愈合已经达成这样一个共识，即损伤的愈合对于沥青路面的使用性能来说有实质性的影响。并提出了沥青自愈合研究的三个重要内容：了解沥青自愈合现象的相关机理；基于机理找出合适模型来表征自愈合能力；找出与模型匹配使用的测试方法。鉴于这三项内容，国内外研究人员对各种沥青材料的自愈合效果影响因素及表征方法进行了各种探索和研究。

有研究人员进行了沥青材料的毛细管实验，发现裂缝直径越小，环境温度越高，毛细管作用越明显，而当裂缝较宽时，也会出现毛细管作用，但已经不明显。说明裂缝愈合效果在裂缝形成的初期要优于裂缝形成的末期。有研究人员利用dsr直接评价沥青材料的疲劳和自愈合性能。先在沥青样品上进行连续加载，再引入一个间歇期，间歇期之后对材料再次进行试验。研究发现间歇期对材料性能的影响非常大，如果在材料疲劳破坏之前便引入间歇期，则材料的自愈合效果会更加明显。

此外，也有研究人员利用疲劳时的耗散能速率和所谓的平稳值来量化评价间歇期对沥青疲劳寿命的影响；把微观力学模型里的表面能概念引入到沥青自愈合的研究中来发现表面能与不同材料的疲劳-自愈合行为间的相关性；基于润湿卷积过程和内在自愈合过程来建立一个描述沥青愈合性能的模型等相关理论。

这些研究人员通过不同的评价方法和技术手段揭示了不同沥青材料的自愈合现象、自愈合效果以及影响自愈合效果的因素，但是不足之处在于这些试验受各种复杂因素影响，包括自愈合时间、自愈合温度等，并且这些试验大多需要进行疲劳测试，不仅耗时，而且操作复杂。此外，形状记忆聚合物改性沥青，考察沥青材料改性后自愈合效果研究较少，相关自愈合试验不仅单一，而且操作繁琐。

因此，本发明提供一种形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法，采用扭转试验装置进行试验，重复开裂-自愈合循环过程，并记录每次裂缝出现时的扭转角，以第n次与第1次扭转角的比值评价其自愈合效果以及比较添加不同掺量改性杜仲胶时沥青的自愈合情况。由此，丰富沥青自愈合性能实验，验证形状记忆聚合物改性沥青提高自愈合性能的可行性；并确定改性杜仲胶的最佳掺量，制备形状记忆杜仲胶改性沥青，提高沥青路面耐久性。

技术实现要素：

(1)技术问题

本发明目的是提供一种形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法，解决目前聚合物改性沥青自愈合性能评价方法单一、疲劳测试耗时长、操作繁琐、自愈合试验结果重复性和再现性较差等问题。

(2)技术方案

为了解决解决目前聚合物改性沥青自愈合性能评价方法单一、疲劳测试耗时长、操作繁琐、自愈合试验结果重复性和再现性较差等问题。本发明提供一种形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法，其技术方案如下：首先制备形状记忆杜仲胶改性沥青，并将其加工成长宽高一定的长方体试件，室温下静置一段时间后，放入环境箱中保温；其次对扭转试验装置中部上端内边缘进行适当润滑，将保温后的试件放在装置凹槽中，在室温下握住上部旋转把手进行缓慢旋转，当试件表面出现裂缝时，停止旋转，记录试件的扭转角θ；然后将出现裂纹的试件放入与路面最高使用温度一致的环境箱中养护，采用仪器分析裂缝处自愈合情况；最后将自愈合后试件重新放入环境箱中保温，重复相关开裂-自愈合循环过程，记录试件每次扭转角，以第n次与第1次扭转角的比值评价其自愈合效果，并比较不同掺量改性杜仲胶的自愈合情况，进一步优化杜仲胶改性沥青配方。

(3)有益效果

由于我国近年来道路交通出行量增多，对沥青路面形成了较大负荷，导致沥青路面内部产生了各种微细裂缝，严重影响了沥青路面的耐久性使用。因此，迫切需要研究人员对沥青材料进行相关改性研究，提高沥青路面自愈合性能，保障其高效安全运行。本发明提供的形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法，能够简单有效的对沥青材料的自愈合效果进行测试，不仅弱化了试验复杂因素对其不良影响，也减少了因进行疲劳试验所来的时间消耗和操作复杂。同时，利用形状记忆聚合物改性沥青，丰富了沥青自愈合性能试验，提高了该类试验研究的可行性。

附图说明

图1测试杜仲胶改性沥青自愈合性能的扭转试验装置

1——装置上部(顶盖)2——装置中部(套筒)3——装置下部(底座)

4——圆形固定棒5——360°刻度线6——装置中部挖空区

7——旋转把手8——试件上凹槽9——试件

10——固定桩口11——固定桩12——固定棒插口

13——试件下凹槽

具体实施方式

本发明提供一种形状记忆杜仲胶改性沥青自愈合性能的评价方法，具体实施步骤如下：

(1)将具有形状记忆性能的改性杜仲胶按沥青质量的0.5％、1.0％、1.5％、2.0％和2.5％掺量加入160℃沥青，经搅拌均匀制备形状记忆杜仲胶改性沥青，并加工成长度为15mm，宽度为15mm，高度为60mm的长方体试件，室温下静置24h后，将试件放入0℃的环境箱中保温2h；

(2)对测试形状记忆性能的扭转试验装置中部上端内边缘进行适当润滑，减少摩擦力，方便上部旋转，将保温后的试件放在测试形状记忆性能的扭转试验装置凹槽中；

(3)在室温下握住上部旋转把手进行缓慢旋转，观察试件表面，当裂缝出现时，停止旋转，将固定棒从装置上部(顶盖)贯穿插入装置中部(套筒)的固定棒插口中进行固定，记录此时试件的扭转角θ1；

(4)从装置中取出试件，放入与沥青路面最高使用温度一致的环境箱中养护1h，使形状记忆杜仲胶改性沥青充分发挥自愈合作用，采用扫描电镜和能谱仪分析裂缝处自愈合情况；

(5)将自愈合后试件重新放入0℃的环境箱中保温2h，重复步骤(2)至步骤(4)，记录每个开裂-自愈合-开裂循环过程试件的扭转角θn，以第n次与第1次扭转角的比值评价杜仲胶改性沥青的多次循环自愈合效果，并比较不同掺量改性杜仲胶的改性沥青自愈合情况，确定杜仲胶改性沥青配方和制备工艺。