1.本发明是一种压电沥青混合料及其荷载-压电-电热转化的评价方法，属于压电沥青混合料评价领域。
背景技术：
2.二十一世纪以来，随着我国国民经济快速增长，综合国力日益增强，基础设施建设也日趋完善，特别是我国公路建设处于持续快速发展阶段。因此对于沥青路面的养护修复需求也日益增加。
3.沥青作为一种复杂的混合高分子材料，其物性是遵循高分子运动规律、应力松弛原理和时温等效原理的。虽然沥青混凝土本身具有一定的自修复性能，有自我修复或者自我愈合的能力，在荷载间歇期，由于长时间服役而使得沥青混凝土中产生的小于某尺度(阈值尺度)的微裂纹是可以自动愈合的，其模量和强度能够得到恢复、疲劳寿命得到延长。但是，沥青本身修复能力有限且耗时较长，且当温度过低或裂纹大于其可自修复的阈值尺度时，沥青很难实现自我修复。
4.由于沥青道路的各项性能不仅取决于沥青的性能，所以集料以及其他材料的选择也十分重要。在无外部因素作用下，沥青的自愈合性能十分有限，因此许多自愈合沥青道路都是依靠增加高性能材料或是增加外部能量输入来实现路面裂缝的自愈合。
5.目前主要采取诱导或微波加热技术与微胶囊技术来提高沥青自愈合的性能。诱导加热是通过电磁感应、微波辐射的方法，提高沥青混合料的温度，增大沥青分子扩散速率与范围，加快沥青材料自修复速度。微波加热则需要材料具有一定的微波吸收性能，材料中的极性分子在微波能量辐射作用下不断运动碰撞，从而产生热能。微胶囊技术是通过在沥青混合料中掺入包含再生剂的微型胶囊，当裂纹发展到微胶囊表面，微胶囊外壳在应力集中作用下破裂，内部再生剂通过毛细管作用扩散，使老化沥青性能得到恢复并封闭裂缝。但是诱导及微波加热加热技术仍需要大型的工程车进行处理，而微胶囊技术在几次破坏之后修复能力就明显下降，耐久性较弱。
6.目前压电陶瓷在道路方面主要用于道路能量的收集。能量收集指的是使用各种方法手段来捕获环境中的能量，目前主要用于捕获道路中的车辆荷载的压力以及振动转化为电能。在压电陶瓷收集道路能量发电过程中，电能的收集与存储往往成为难题。
7.可见，目前对于自愈合沥青道路以及压电陶瓷路面发电技术均有不足。诱导加热技术仍然需要外部较多的能量输入，才能够实现路面的升温及自愈合，仍然需要较多的人力物力；微胶囊技术的耐久性存在着较多不足，在几次循环过后自修复性能就有明显下降，后续的修复问题仍待解决；压电陶瓷道路发电技术其能量收集以及在能量收集过程中的损耗问题较为严重，操作起来有诸多困难。
技术实现要素：
8.(1)技术问题
9.本发明目的是提供一种压电沥青混合料及其荷载-压电-电热转化的评价方法，解决目前压电陶瓷发电路面中电能难以收集、存储、利用等问题，同时解决自愈合沥青路面中耐久性较差及仍需要较多的人力、物力、操作复杂等问题。
10.(2)技术方案
11.为了解决压电陶瓷发电路面中电能难以收集、存储、利用等问题，同时解决目前自愈合沥青路面中耐久性较差及仍需要较多的人力、物力、操作复杂等问题。本发明首先选取聚偏二氟乙烯-六氟丙烯作为沥青改性剂，然后根据聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及沥青特性，添加导电炭黑来促使聚偏二氟乙烯-六氟丙烯向具有电活性的结晶相转化并且提高沥青导电性，选用 ac-13f级配，用压电陶瓷集料等体积替换4.75毫米及以上集料的40％，在混合料中加入钢纤维进一步提升混合料导电性能，其质量为未替换集料前集料与沥青质量和的1％，最后利用红外热成像仪观测受压力和振动作用后压电混合料的温度变化，以此评价沥青混合料的荷载
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压电-电热转化效果。
12.(3)有益效果
13.随着道路使用时间的增加和里程总量的快速增长，我国的道路养护需求也呈现出快速增长的态势，再加上我国长期以来有“重建设轻养护”的思想理念，导致公路养护基础非常薄弱。尤其是对于裂缝发展的前期养护由于其难发现，难处理，养护起来十分困难。而这些前期的微损伤、微裂缝若得不到有效地处理，在荷载、温度、水等各方面因素的继续作用下，这些微裂缝会发展成更严重的病害，严重影响沥青道路后续的路用性能，缩短了道路的使用寿命，也增加了后续养护的成本。目前的自愈合沥青研究仍存在操作较为复杂，耐久性较差等缺点。本发明目的是一种压电沥青混合料及荷载-压电-电热转化的评价方法，其中压电陶瓷集料能够将路面的压力及振动转化为电能，在导电电活性沥青中产生的电能会有一部分转化为热能，使沥青路面温度上升，有一部分电能会作用于沥青中的电活性晶体使沥青活性提升，从而提升了沥青路面自愈合能力。除此之外，添加的钢纤维一方面能提升导电性，增加发热量，另一方面作为纤维也能增加混凝土的抗拉强度，减少裂缝的扩展。
具体实施方式
14.本发明目的是提供一种压电沥青混合料及其荷载-压电-电热转化的评价方法，具体实施步骤如下：
15.(1)加热基质沥青至150℃，加入占基质沥青质量5％的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及占基质沥青质量0.5％的炭黑粉末，采用高速剪切机在150℃条件下充分剪切1小时，并放在150℃烘箱内陈化1小时，制得电活性聚合物与炭黑复合改性沥青；
16.(2)根据ac-13f沥青混合料级配设计结果，将粒径为4.75mm及以上的玄武岩粗集料的40％被等体积替换为同粒径的压电陶瓷集料，采用马歇尔设计方法确定压电沥青混合料最佳油石比；
17.(3)钢纤维掺量为未替换集料前原集料质量的1％，最佳油石比增加0.02％，按照ac-13f 沥青混合料级配称取玄武岩集料、压电陶瓷集料和钢纤维，放在180℃烘箱保温；
18.(4)将玄武岩集料、压电陶瓷集料、钢纤维按比例加入160℃拌和锅内搅拌60秒，将步骤(1)制得的电活性聚合物与炭黑复合改性沥青加热至160℃，再根据步骤(3)所确定的调整后的最佳油石比，加入所需质量的复合改性沥青，再搅拌60秒，制得含有压电陶瓷集料
和钢纤维的电活性聚合物与炭黑复合改性沥青混合料，同时采用原ac-13f沥青混合料级配制得普通沥青混合料对照组；
19.(5)制备标准马歇尔试件，采用万能材料试验机测得马歇尔试件顶面与底面之间的破坏压荷载，将马歇尔试件四周包裹保温材料，以破坏压荷载的50％为控制量在试件顶面与底面之间施加重复压荷载，加载速率为30次/分钟，持续10分钟，立即使用红外热成像仪观测马歇尔试件表面温度变化，从而评价电活性聚合物与炭黑复合改性导电沥青混合料的荷载-压电
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电热转化效能。
技术特征：
1.一种压电沥青混合料及其荷载-压电-电热转化的评价方法，其特征在于具体实施步骤如下：(1)加热基质沥青至150℃，加入占基质沥青质量5％的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及占基质沥青质量0.5％的炭黑粉末，采用高速剪切机在150℃条件下充分剪切1小时，并放在150℃烘箱内陈化1小时，制得电活性聚合物与炭黑复合改性沥青；(2)根据ac-13f沥青混合料级配设计结果，将粒径为4.75mm及以上的玄武岩粗集料的40％被等体积替换为同粒径的压电陶瓷集料，采用马歇尔设计方法确定压电沥青混合料最佳油石比；(3)钢纤维掺量为未替换集料前原集料质量的1％，最佳油石比增加0.02％，按照ac-13f沥青混合料级配称取玄武岩集料、压电陶瓷集料和钢纤维，放在180℃烘箱保温；(4)将玄武岩集料、压电陶瓷集料、钢纤维按比例加入160℃拌和锅内搅拌60秒，将步骤(1)制得的电活性聚合物与炭黑复合改性沥青加热至160℃，再根据步骤(3)所确定的调整后的最佳油石比，加入所需质量的复合改性沥青，再搅拌60秒，制得含有压电陶瓷集料和钢纤维的电活性聚合物与炭黑复合改性沥青混合料，同时采用原ac-13f沥青混合料级配制得普通沥青混合料对照组；(5)制备标准马歇尔试件，采用万能材料试验机测得马歇尔试件顶面与底面之间的破坏压荷载，将马歇尔试件四周包裹保温材料，以破坏压荷载的50％为控制量在试件顶面与底面之间施加重复压荷载，加载速率为30次/分钟，持续10分钟，立即使用红外热成像仪观测马歇尔试件表面温度变化，从而评价电活性聚合物与炭黑复合改性导电沥青混合料的荷载-压电-电热转化效能。
技术总结
本发明提供一种压电沥青混合料及其荷载-压电-电热转化的评价方法，属于压电沥青混合料评价领域，解决压电路面中电能难以收集、存储、利用、评价及自愈合沥青耐久性较差、操作复杂的问题。本发明首先采用首先将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末和炭黑粉末与基质沥青充分混合制得具有电活性及导电性的改性沥青。选用AC-13F集配，用压电陶瓷集料等体积替换4.75毫米及以上集料的40％，并加入钢纤维提升混合料的导电性。通过红外热成像仪观察施加重复荷载后马歇尔试件表面温度变化，评价荷载-发电-电热能量转化的效果。本发明的压电沥青混合料及荷载-压电-电热转化的评价方法能够有效利用道路压力及振动能量，产生的电热可提升沥青混合料的自愈合性能。合料的自愈合性能。
技术研发人员：许涛 王海森 徐子航 夏文静
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2022/8/18