CN107576783B - 一种沥青胶浆形状记忆性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种沥青胶浆形状记忆性能测试方法，属于沥青路面材料测试技术领域，解决解决目前形状记忆性能评价方法不能测定沥青胶浆形状固定率、回复率指标、难以评价沥青胶浆形状记忆性能的问题。本发明首先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，并赋予纤维形状记忆功能；再将一定量纤维、矿粉和沥青搅拌均匀，制备沥青胶浆圆柱试件，采用三轴试验仪对试件重复施加恒定载和卸载后，放入烘箱中养护，使预形变形状记忆短纤维充分回复，继续重复上述加载卸载试验，计算形状记忆指数评价沥青胶浆的形状记忆性能，比较纤维掺量对沥青胶浆形状记忆性能影响，确定纤维最佳掺量，拓展沥青胶浆形状记忆性能测试方法，提高沥青路面耐久性。

Description

一种沥青胶浆形状记忆性能测试方法

技术领域

本发明是一种沥青胶浆形状记忆性能测试方法，属于沥青路面材料测试技术领域。

背景技术

近年来，中国发展迅速，随着车辆保有量的激增，特别是超载车辆增多，沥青路面所承受交通量和轴载远超设计范围，原本设计使用服务水平难以满足。目前沥青路面的是我国道路路面的主要铺装类型，由于设计、施工、交通等因素导致沥青路面出现开裂、车辙、松散等破坏类型。其中，开裂是其中主要的危害之一。由于沥青路面属于多相非连续介质材料，在温度、交通荷载等影响下，沥青路面已产生微裂缝。但又因为目前检测工具探测精度有限，无法测到其具体位置，更难以对其进行处治，而微裂缝虽难以察觉，但在荷载反复作用下会逐渐扩展，甚至贯穿整个路面厚度，多处微裂缝交接、贯通会造成路面结构性破坏，严重影响沥青路面耐久性和使用品质。

沥青胶浆是一种由沥青和填料组成的混合体，不同粉胶比影响着沥青胶浆的性质，从而影响沥青胶浆的路用性能。填料与沥青组成的沥青胶浆，在沥青路面中既起粘结作用，又起填充粗细集料之间空隙的作用，对沥青混合料强度的形成有着重要的影响。填料能增加沥青薄膜的厚度，改善结合料的粘结性，增大沥青混合料的劲度，从而提高路面抗车辙能力。目前，研究者们逐渐开展了针对沥青胶浆的研究，如通过针入度、软化点、延度、粘度等常规试验，研究沥青胶浆性能的变化。然而，上述方法大部分是经验性的，且不能从机理上解释沥青与填料的交互作用。

目前，学者樊亮等人采用动态力学方法测试了沥青及其胶浆的相转变过程，将玻璃态转变温度作为沥青低温性能评价指标，对比了不同沥青胶浆的低温性能。崔保林等人研究了SBS改性沥青的相转变浓度及其影响因素。梁乃兴等人测定不同改性沥青粘流态转变的吸收量，对比不同粘流剂对沥青粘流态转变的影响。袁健安等研究并分析了几种改性剂对沥青改性前后的影响。

近年来，形状记忆纤维推动了材料业发展，它能够感知其所处的外界环境发生变化，并对该变化作相应的主动反应。在温度达到可逆相转变温度时对其施加外力产生形变，在低于可逆相相转变温度时将此形变固定，而又在再次达可逆相相转变温度时恢复原始形状。此性能与沥青本身具有的自修复能力不谋而合，于是将其掺入沥青胶浆中搅拌均匀制备沥青胶浆可以改善其自修复速率与效果。

当前形状记忆性能的测试方法多样，有人就采用热循环拉伸试验研究形状记忆材料的记忆效果，也有学者采用了类似于形状记忆合金的弯曲实验对形状记忆效果进行表征，还有间接测试形变恢复应力测得不同应力下试样产生的应变，以拉力对应变作图反映在不同拉伸速率下试样在形变过程中回复力的大小。多数方法直接或间接的对形状记忆性能进行测试并表征，但不能完整地应用于沥青胶浆的形状记忆性能测试中。

可见，目前对于材料形状记忆性能的评价方法仅局限于聚合物本身，而未扩展到其应用领域，比如的沥青胶浆这种浆体材料，就无法用形状固定率、回复率等指标评价其形状记忆性能，这类指标仅适用于固态的形状记忆聚合物及其复合材料，难以对沥青胶浆的形状记忆性能进行准确评价。因此，需要研发一种针对沥青胶浆形状记忆性能的评价方法，以便更准确评价所制备的沥青胶浆形状记忆性能。本发明采用三轴试验仪对掺加短纤维的沥青胶浆的形状记忆性能进行了测试，比较不同短纤维掺量对沥青胶浆形状记忆性能影响，确定最佳掺量。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种沥青胶浆形状记忆性能测试方法，解决目前形状记忆性能评价方法不能测定沥青胶浆形状固定率、回复率指标、难以评价沥青胶浆形状记忆性能的问题。

(2)技术方案

为了解决目前形状记忆性能评价方法不能测定沥青胶浆形状固定率、回复率指标、难以评价沥青胶浆形状记忆性能的问题。本发明技术方案如下：首先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，其中纤维作为加筋材料，并赋予纤维形状记忆功能；现将一定量纤维和矿粉搅拌均匀，然后将加热到160℃基质沥青加入，制备得含有形状记忆短纤维的沥青胶浆；在平板振动台上制得沥青胶浆圆柱试件，采用三轴试验仪对试件重复进行80次连续施加恒定载和卸载，加载和卸载时间均为10s，记录第1与80次末试件的变形D_i、D_f；将试件放入与路表最高温度一致的烘箱中养护，使预形变的形状记忆短纤维充分回复，继续重复上述加载卸载试验，记录第81次末试件的变形D_r；计算形状记忆指数SI＝(D_r-D_f)/(D_i-D_r)作为指标来评价沥青胶浆的形状记忆性能，比较不同短纤维掺量对沥青胶浆形状记忆性能影响，据此确定形状记忆短纤维的最佳掺量。

(3)有益效果

由于新型材料的普及，智能型材料的发展指日可待，其中形状记忆材料也正以大势头向新时代迈进。除了被应用于生物科技、医学、纺织领域等，结合沥青本身所具备的自修复性能，土木工程的学者们也将其应用于沥青的改性。但当下学者多用试验研究到掺加的形状记忆纤维对沥青的高温稳定性、抗疲劳抗开裂性能有所影响，未对改性沥青的形状记忆性能及其测试方法有一定完整的表述。本发明测试添加形状记忆短纤维的沥青胶浆形状记忆性能，能反映沥青形状记忆性能并提出自己的表征方式，拓展和完善沥青胶浆形状记忆性能测试方法，对研究沥青路面自修复提供了新方法。

具体实施方式

本发明提供一种沥青胶浆形状记忆性能的测试方法，具体实施步骤如下：

(1)采用相转变温度与沥青路面最高温度场相匹配的形状记忆短纤维作为加筋材料，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)按沥青用量的0.1％、0.2％、0.3％、0.4％和0.5％掺量，将一定量纤维和矿粉搅拌均匀，然后将加热到160℃基质沥青加入，并搅拌3min制备得含有形状记忆短纤维的沥青胶浆；

(3)在平板振动台上将不同形状记忆短纤维掺量的沥青胶浆分别注入直径为35mm，高为70mm的试模，使试件密实，在室温下静置24小时后脱模制得沥青胶浆圆柱试件；

(4)在试件上裹覆一层橡胶模，放入三轴试验仪测试单元内，三轴室注入水并避免产生气泡，旋转侧压阀将压缩空气送入三轴压力室，提供限制压力；

(5)对试件重复进行80次连续施加恒定载荷和卸载，观察试件变形响应，加载和卸载时间均为10s，记录第1与80次末试件的变形D_i、D_f；

(6)将试件放入与路表最高温度一致的烘箱中养护30分钟，使预形变的形状记忆短纤维充分回复，继续重复步骤(5)加载卸载试验，记录第81次末试件的变形D_r；

(7)采用形状记忆指数SI＝(D_r-D_f)/(D_i-D_r)作为指标来评价沥青胶浆的形状记忆性能，比较不同短纤维掺量对沥青胶浆形状记忆性能影响，确定形状记忆短纤维最佳掺量，提高沥青路面耐久性。

Claims (1)

1.一种测试沥青胶浆形状记忆性能的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

(1)采用相转变温度与沥青路面最高温度场相匹配的形状记忆短纤维作为加筋材料，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)按沥青用量的0.1％、0.2％、0.3％、0.4％和0.5％掺量，将一定量纤维和矿粉搅拌均匀，然后将加热到160℃基质沥青加入，并搅拌3min制备得含有形状记忆短纤维的沥青胶浆；

(3)在平板振动台上将不同形状记忆短纤维掺量的沥青胶浆分别注入直径为35mm，高为70mm的试模，使试件密实，在室温下静置24小时后脱模制得沥青胶浆圆柱试件；

(4)在试件上裹覆一层橡胶模，放入三轴试验仪测试单元内，三轴室注入水并避免产生气泡，旋转侧压阀将压缩空气送入三轴压力室，提供限制压力；

(5)对试件重复进行80次连续施加恒定载荷和卸载，观察试件变形响应，加载和卸载时间均为10s，记录第1与80次末试件的变形D_i、D_f；

(6)将试件放入与路表最高温度一致的烘箱中养护30分钟，使预形变的形状记忆短纤维充分回复，继续重复步骤(5)加载卸载试验，记录第81次末试件的变形Dr；

(7)采用形状记忆指数SI＝(D_r-D_f)/(D_i-D_r)作为指标来评价沥青胶浆的形状记忆性能，比较不同短纤维掺量对沥青胶浆形状记忆性能影响，确定形状记忆短纤维最佳掺量，提高沥青路面耐久性。