具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法

摘要

本发明提供一种具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法，解决目前缺少含砂雾封层材料自愈合效果测试方法的问题，属于沥青路面耐久性技术领域。本发明首先按照一定配方制备具有形状记忆性能的含砂雾封层材料，将含砂雾封层材料注入哑铃形硅橡胶模具，冷却后脱模制得拉伸试件；然后在试件左右两侧预刻两条缝，再采用沥青直接拉伸试验仪对试件进行拉伸试验直至整个断面出现裂缝；将出试件加热进行自愈合，采用扫描电镜和能谱仪考察裂缝自愈合情况；最后对愈合后的试件重复拉伸试验，以两次断裂强度比值评价含砂雾封层材料自愈合效果，确定形状记忆纤维和热塑性颗粒最佳掺量，从而提供一种直观有效的方法评价含砂雾封层材料自愈合效果。

说明书

技术领域

本发明是一种具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法，属于沥青路面耐久性技术领域。

背景技术

早在19世纪60年代就有学者发现了沥青混合料具有自愈特性，随后沥青材料的自愈合性能研究受到了道路工作者的广泛关注，沥青材料的自愈合性能越来越多地被运用到路面铺筑以及预防性养护技术中。研究者们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的自愈合性能，以抵抗其疲劳开裂，延长沥青路面的使用寿命。但由于沥青材料及其复杂多变的物理和化学特性，其自愈合效果难以被研究者们理解和量化，这就导致道路工作者难以准确预测沥青路面的性能和寿命，并有效改善沥青路面自愈合性能。

因此，对沥青材料自愈合效果的研究显得日益迫切，近年来，国内外研究者尝试了多种方法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测试与研究。有学者通过恒定应变扭转剪切疲劳试验，研究了矿粉颗粒尺寸对沥青、聚合物改性沥青胶浆的疲劳和低温断裂模式的影响；有学者采用耗散能理论定量评价了沥青材料荷载周期间的自愈，证实了荷载周期间的间歇期对沥青疲劳寿命和极限承载能力的影响；也有学者通过玻璃球间的沥青薄膜被拉出的拉伸试验，模拟了沥青膜黏附于集料的状况，通过穿透试件的超声波测量转换定义沥青自愈率。还有学者采用动态剪切流变仪，选取不同沥青胶浆为研究对象，以沥青胶浆复合剪切模量衰减和恢复程度为自愈合评价指标，在疲劳试验的基础上，进行疲劳-愈合-再疲劳测试，比较了沥青胶浆的自愈性能。

另有人采用动态剪切流变仪，对几种不同改性沥青的自愈能力进行了比较，在研究的基础上，以模量比和循环加载次数比作为合适的自愈和指标。这些试验结果提供了不同材料的自愈合现象、自愈合效果评价指标或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的因素影响，包括自愈合时间、自愈合温度、破坏阶段等，而且这些试验大多通过疲劳测试进行，非常耗时而且复杂。另外，多数研究者自愈合效果的研究对象集中在沥青、沥青混合料和沥青胶浆上，不适合用于评价含砂雾封层这样包括细集料的浆体材料，目前没有对含砂雾封层材料的自愈合效果测试方法进行研究。可见，需要研发一种含砂雾封层自愈合效果的测试方法，从而评价含砂雾封层材料自愈合效果，提出一种更适合测试含砂雾封层材料的自愈合性能的方法。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法，从而解决目前缺少含砂雾封层材料自愈合效果测试方法，类似方法比较复杂、操作繁琐、试验耗时长、测试结果重复性和再现性差的问题。

(2)技术方案

为了解决目前缺少含砂雾封层材料自愈合效果测试方法的问题，本发明提供一种具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法，从而以一种简便有效的方法评价具有形状记忆性能的含砂雾封层材料的自愈合效果。本发明技术方案如下：首先，按照一定配方制备具有形状记忆性能的含砂雾封层材料；然后，将新制备的含砂雾封层材料注入哑铃形硅橡胶模具，乳化沥青破乳后静置脱模制得材料的拉伸试件；在试件左右两侧表面预留两条深度1mm缝，再采用沥青直接拉伸试验仪对试件进行拉伸试验，采用荧光显微镜观察产生贯穿整个断面裂纹时，停止拉伸，试件重新放入模具中进行加热愈合；采用扫描电镜和EDS能谱仪观察和测试自愈合试件，考察试件中形状记忆纤维及热塑性颗粒在愈合过程中的变化情况；最后，对愈合后的试件重复拉伸试验，以再次断裂强度与初始断裂强度的比值作为评价含砂雾封层材料的自愈合能力，比较不同形状记忆纤维和热塑性颗粒掺量的含砂雾封层材料的形状记忆性能，确定形状记忆纤维和热塑性颗粒最佳掺量。

(3)有益效果

随着道路工作者对沥青材料自愈合性能研究的不断深入，越来越多的技术与材料需要通过增强沥青的自愈合性能来提高使用性能和耐久性，比如含砂雾封层之类的预防性养护技术。这就对沥青材料的自愈合效果测试方法提出了更高的要求。本发明提供的具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法，能以一种简单有效的方法对含砂雾封层的自愈合效果进行测试，大大节约了进行疲劳试验所需要的大量时间，并填补了含砂雾封层材料自愈合效果测试方法方面的空白。

根据本发明提供的专利技术，能够提出一种具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果的测试方法，能直观有效地对雾封层材料的自愈合效果进行量化评价，简化了以往需要大量时间进行疲劳试验的测试方法，节约了大量时间和精力，具有良好的经济效益；为研发含砂雾封层和评价其自愈合性能奠定了基础，为沥青路面采用含砂雾封层这种预防性养护技术提供了理论依据，具有较高的应用价值。

具体实施方式

本发明提供一种具有形状记忆性能的含砂雾封层自愈合效果测试方法，具体实施步骤如下：

(1)优选相转变温度与路表最高温度场相匹配的形状记忆短纤维和热塑性颗粒，其中纤维作为加筋材料，并通过高温加载拉伸、保持荷载不变降温、室温卸载三阶段预形变，赋予纤维形状记忆功能；

(2)在常温下按一定配比采用改性乳化沥青、预变形的形状记忆纤维、热塑性颗粒、最大粒径为1.18mm玄武岩细集料和水制备具有自愈合功能的含砂雾封层材料；

(3)将含砂雾封层材料注入50℃预热过的长100mm，宽20mm，深6mm的哑铃形硅橡胶模具中，静置24小时待乳化沥青破乳后，将样品放至冰箱冷却30min后脱模，将试件放入0℃的直接拉伸试验仪温度室中保存2小时；

(4)在试样左右两侧中间对称位置各刻一道1mm深的预留缝，在0℃环境箱保温3个小时，采用直接拉伸试验仪在0℃下进行试验，拉伸速度为100mm/min，拉伸过程中用显微镜观察，直至试件另外两侧面出现贯穿整个断面的裂纹，记录试件应力和应变；

(5)将出现裂纹的试件放入与路表最高温度一致的烘箱中养护1小时，使预形变的形状记忆短纤维和热塑性颗粒充分发挥自愈合作用，采用扫描电镜和能谱仪分析裂缝自愈合情况；

(6)将自愈合后样品重新放入0℃的温度室中3小时，重复步骤(4)拉伸试验直至试件断裂，记录试件的应力和应变，以此次断裂强度与未经拉伸愈合试件的初始断裂强度的比值评价含砂雾封层材料的自愈合效果，并比较不同形状记忆纤维和热塑性颗粒掺量的含砂雾封层材料自愈合效果，确定其最佳掺量。