沥青混合料自愈合性能研究综述

徐亚 吴丹

摘  要：沥青混合料作为一种粘弹性材料，本身就具有一定的损伤自愈合能力，人们很早就发现损伤的沥青材料在撤去荷载后，经过一段时间损伤能够愈合。自从1967年Bazin和Saunier首先报道了沥青混合料的损伤愈合以来[1]，很多研究者分别基于不同的手段验证了这一现象的存在[2]。文章基于国内外的研究，分别从自愈合机理、自愈合评价方法、自愈合影响因素等方面对沥青混合料的自愈合性能进行总结，并对其未来在本领域的发展进行展望。

关键词：沥青混合料;自愈性能;综述

中图分类号：U414         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0062-03

Abstract： As a kind of viscoelastic material， asphalt mixture has a certain damage self-healing ability. It has been found for a long time that the damaged asphalt material can heal after removing the load. Since Bazin and Saunier first reported the damage healing of asphalt mixture in 1967， many researchers have verified the existence of this phenomenon based on different means. Based on the research at home and abroad， this paper summarizes the self-healing performance of asphalt mixture from the aspects of self-healing mechanism， self-healing evaluation method， self-healing influencing factors， and anticipates its future development in this field.

Keywords： asphalt mixture; self-healing performance; overview

1 瀝青混合料自愈合机理

Shen[3]等认为沥青混合料的自愈行为包括两个方面，即沥青胶结料本身的自愈及其胶结料和集料粘附面的自愈。Jian Qiu[4]等认为沥青混合料的自愈合是开裂的逆过程，从宏观角度把这一过程描述为裂缝的闭合和混合料强度的再获得两个过程。然而这些描述只是宏观上的描述，并不能解释裂缝愈合的真正原因，于是Little和Bhasin[5]从微观角度提出了解释，他们提出沥青材料的自愈合主要是沥青的扩散，包括两个主要过程，一是裂缝上下界面的浸润，二是裂缝界面的沥青分子扩散到裂缝处，使沥青材料重新获得强度。同济大学孙大权等[6]从微观角度给出了进一步的解释，他们提出沥青混合料裂缝的自愈合过程实质上是裂缝上下表面的沥青分子为降低表面而自发进行的界面浸润于吸附和分子扩散，其动力来源于裂缝界面分子的范德华力和氢键形成的化学吸附。但是这一理论很难解释沥青路面裂缝较宽时仍能愈合的现象，为此，荷兰代尔夫特理工大学的Alvaro Garavia[7]提出了毛细管流动理论，他认为沥青材料产生的裂缝相当于是毛细管，在合适的条件下，沥青就会由于毛细作用向裂缝处流动，最终愈合裂缝。

2 沥青混合料自愈合评价方法

自从1967年Bazin和Saunier首次报道沥青混合料的自愈合性能以来，评价自愈合效果的试验方法和指标也经历了四十多年的发展，这些方法从评价对象方面可以分为沥青胶结料的自愈合评价方法和沥青混合料的自愈合评价方法。

2.1 面向沥青胶结料的自愈合评价方法

高超等[8]认为可以使用分子模拟技术和动态剪切试验来评价沥青胶结料的自愈合效果。Bommavaram等[9]采用动态剪切流变仪研究了五种沥青的自愈合性能，指出沥青材料的短期自愈效率取决于材料的表面能，长期自愈效率取决于沥青分子的扩散特性。Tan Yiqiu等[10]基于动态剪切试验评价了两种基质沥青的自愈合性能，结果指出间歇前后的模量比和循环加载次数比适用于评价沥青的自愈能力，间歇时间对沥青的自愈效果有显著影响。Kim等[11]使用动态力学分析仪研究老化对沥青自愈合性能的影响，结论指出这一方法的分析结果与基于表面能的分析结果一致。Nazzal等[12]使用原子力显微镜观测沥青表面的微观结构，以此来研究温拌剂对沥青胶浆自愈性能的影响，结果指出温拌剂会降低沥青胶浆的愈合速度。

2.2 面向沥青混合料的自愈合评价方法

沥青胶结料只是沥青混合料的组成部分，真正反映实际路面的自愈合性能还要重点考察沥青混合料的自愈合性能。1967年，Bazin和Saunier首次报道沥青混合料的自愈合性能时，使用直接拉伸试验测量沥青混合料小梁的抗拉强度，以间歇前后的抗拉强度比作为评价混合料自愈合能力的指标。马元珽[13]介绍了挪威的一种类似的方法，该方法把沥青混合料切割成75mm×75mm×75mm的立方体试件，然后进行抗拉试验，破坏后静置一段时间后再进行抗拉试验，以两次抗拉强度之比表征沥青混合料的自愈合能力。Chowday等[14]进行了沥青混合料小梁的重复三轴试验，测量在此过程中小梁试件的应力应变和变形，他用两个指标来评价沥青混合料的自愈合性能，一是间歇前后试件的变形百分比，二是卸载后间歇期的变形恢复程度。Magnanimo等[15]采取虚拟试验的方法，借助于离散元建立了相关模型，模拟出了沥青混合料的损伤-愈合过程。

3 沥青混合料自愈合影响因素

影响沥青混合料自愈合性能的因素有很多，从大的方面可以分为外部因素和内部因素两大类。外部因素主要就是温度和间歇时间，内部因素则包括沥青种类、级配、油石比等。只有搞清楚了沥青混合料自愈合性能的影响因素，才能从材料设计角度设计出自愈合性能良好的沥青混合料。

3.1 沥青混合料自愈合外部影响因素

影响沥青混合料自愈合性能的外部因素最主要就是温度和时间。在撤去外荷载后，由于沥青混合料的粘弹性，其疲劳损伤经过一段时间会愈合，从理论上讲，只要经历足够的间歇时间，沥青材料的裂缝都可以愈合，而较高的温度则会加速这一愈合过程。

Maria Castro等[16]把沥青混合料切割成小梁后分成两组，进行三点疲劳试验，一组采取连续加载的方式，另一组采取加载0.1s，间歇1s的间歇加载方式，试验结果指出采取间歇加载方式加载的小梁的疲劳寿命是采取连续加载方式小梁疲劳寿命的5-10倍，可见间歇时间对混合料愈合性能的影响。栾利强[17]基于AC-13C级配研究间歇时间对沥青混合料疲劳寿命的影响，研究结果表明当间歇时间小于0.5s时，沥青混合料的疲劳寿命随间歇时间延长而延长，当间歇时间大于0.5s后，间歇时间不再是影响疲劳寿命的主要因素。高爽等[18]通过研究指出，沥青混合料的疲劳寿命和间歇时间有很大关系，其疲劳寿命随间歇时间延长而增大，当试验温度为40℃，间歇时间为0.3s时，沥青混合料的疲劳寿命是连续加载时的5倍，当试验温度为25℃，间歇时间为0.5s时，这一比值达到了25。

3.2 沥青混合料自愈合内部影响因素

沥青混合料作为一种粘弹性材料，其自身能够发生自愈合行为与其自身的材料构成是紧密相关的。影响沥青混合料自愈合性能的内部因素主要有沥青胶浆性质、沥青含量、矿料级配等。

姜脘[19]选取SK-70号沥青，基于动态剪切试验研究了老化对沥青自愈合性能的影响，结果发现老化后的SK-70沥青的自愈合性能大幅降低。姜脘还研究了聚合物改性沥青的自愈合性能，其研究结果表明加入聚合物改性剂后，沥青的自愈合性能较基质沥青有很大提高。Kim等[20]的研究却得出了不同的结论，他们的研究认为聚合物改性剂能够降低沥青胶结料的疲劳损伤的积累，但对于沥青混合料的自愈合性能却没有影响。矿粉也会影响沥青胶浆的自愈合性能。Smith等[21]通过研究发现使用较粗颗粒矿粉的沥青胶浆的自愈合性能要优于使用较细颗粒矿粉的胶浆，但是并没有指出这种现象的原因。Jahromi等[22]的研究指出使用粗颗粒矿粉的瀝青胶浆在损伤后的劲度恢复更快，但是相应的疲劳寿命却没有较使用细颗粒矿粉的沥青胶浆增加。

4 沥青混合料自愈合研究展望

自从上世纪60、70年代人们发现沥青混合料的自愈合行为以来，经过四十多年的不断研究，已经在自愈合机理、自愈合评价方法、自愈合影响因素、自愈合增强手段等方面取得了很大的成绩，但是还存在着很多不足，展望以后的研究方向，个人觉得要在以下几个方面深入研究。

（1）自愈合评价方法方面。现在所用的评价沥青混合料自愈合性能的方法和指标并不统一，比如加载方式、试验温度、间歇时间等方面有很大分歧，各个方法和指标之间缺乏比较，并且各个实验室评价指标和沥青路面实际的自愈合效果之间相关性如何不得而知。因此，还需要在沥青混合料自愈合性能评价手段和评价指标方面深入研究，以期与沥青路面实际的自愈合效果有更好的相关性。

（2）自愈合影响因素方面。目前的研究对于影响沥青混合料自愈合性能的因素还没有定论，而且有些研究的结论与传统观点不符。比如对于聚合物改性剂沥青混合料自愈合性能的影响到底如何，不同的研究者得出的结论并不一样。传统观点认为较细的级配和较高的油石比更有利于提高沥青混合料的抗疲劳性能，而有些研究却指出较细的级配和较高的油石比反而不利于沥青混合料的自愈合性能。因此，还需要在自愈合性能影响因素方面深入研究，而正确的结论又依赖试验手段和评价指标的改善。

参考文献：

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