CN114354403B - 双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法 - Google Patents

双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法 Download PDF

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Abstract

双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，首先基于应力扫描试验确定石墨烯微胶囊沥青砂浆的线性黏弹范围，确定疲劳试验控制荷载；然后进行疲劳试验，分析石墨烯微胶囊沥青砂浆动态模量随荷载作用次数的变化规律；接着在石墨烯微胶囊沥青砂浆试件两端通直流电，使其在“自修复‑热诱导”双机制作用下间歇一段时间；间歇时间结束后再次对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，对比间歇前后石墨烯微胶囊沥青砂浆性能恢复情况，验证双机制愈合效果。该测试方法能够更准确的评价双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈合效果，对石墨烯微胶囊沥青砂浆的材料设计和工程应用具有重要意义。

Description

双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法
技术领域
本发明属于沥青砂浆自愈性测试方法技术领域，具体涉及一种双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法。
背景技术
石墨烯微胶囊是以修复剂为芯材、树脂材料和石墨烯为壁材组成的复合结构。对于掺加了石墨烯微胶囊的沥青砂浆，当内部出现损伤开裂时，裂缝处的石墨烯微胶囊破裂，修复剂流出填充裂缝并促进裂缝融合，这种愈合机制称为自修复机制。此外，囊壁中的石墨烯与沥青砂浆中的碳纤维可形成导电通路，电流作用下产生的热量会加速沥青流动促进裂缝愈合，这种愈合机制称为热诱导机制。由此可见，石墨烯微胶囊沥青砂浆能够通过自修复和热诱导两种机制同时愈合，本发明将其称为“自修复-热诱导”双机制。在双机制作用下，石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性将得到显著提高。
常规自愈性测试方法只能测试自修复单机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的愈合效果，难以反映“自修复-热诱导”双机制共同作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈能力，导致石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性评价结果不准确。因而，设计一种能反映双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性的测试评价方法，对于准确评价石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性具有重要意义。
发明内容
本发明是为了解决目前沥青砂浆的自愈性测试方法不能反映“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性能，导致石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性评价结果不准确的问题，提供一种双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，该方法能够更准确的评价双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈合效果，对石墨烯微胶囊沥青砂浆的材料设计和工程应用具有重要意义。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，所述方法步骤为：
步骤一：利用动态剪切流变仪对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行应力扫描试验，以应力为横坐标、动态模量G为纵坐标绘制石墨烯微胶囊沥青砂浆的动态模量—应力关系曲线，确定石墨烯微胶囊沥青砂浆的线性黏弹范围，在线性黏弹范围内选择石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验施加的荷载；
步骤二：采用步骤一确定的荷载对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至规定值停止加载，记录初始模量Ginitial和荷载作用次数N1；
步骤三：加载结束后，在试件靠近夹具的两侧粘贴铜电极，将电极与导线连接形成通路并施加直流电，使石墨烯微胶囊沥青砂浆在“自修复-热诱导”双机制作用下间歇一段时间；
步骤四：间歇结束后，采用与步骤二中相同的试验条件再次对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至规定值时停止加载，记录试验终止模量Gterminal和荷载作用次数N2；
步骤五：对比间歇前后石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳曲线的差异，以
Figure BDA0003437343460000021
作为愈合指数，用愈合指数评价“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性。愈合指数越大，石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性越强。
进一步地，步骤一中，石墨烯微胶囊沥青砂浆中石墨烯微胶囊含量为5％，碳纤维含量范围为0.2％，油石比为9％，应力扫描试验的试验温度25℃、荷载施加频率10Hz，控制荷载的取值范围为0～2.6Mpa。
进一步地，步骤二中，疲劳试验温度为25℃、荷载施加频率10Hz，动态模量下降至初始模量的40％～50％时停止试验。
进一步地，步骤三中，自愈时间范围为30min～1h，直流电源的电压范围为20～60V。
进一步地，步骤四中，试验停止时的动态模量值应与步骤二中相同。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明针对现有沥青砂浆自愈性测试方法仅能评价石墨烯微胶囊沥青砂浆的自修复单机制自愈效果，不能体现其“自修复-热诱导”双机制下的自愈性能，提出了一种新的双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，为更加准确、有效的评价石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性提供了一种新手段。
附图说明
图1为石墨烯微胶囊沥青砂浆应力扫描试验示意图；
图2为石墨烯微胶囊沥青砂浆双机制自愈示意图；
图3为石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验示意图(双机制作用1h)；
图4为石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验示意图(双机制作用45min)；
图5为石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验示意图(双机制作用30min)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
实施例1：
一种双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，所述方法的具体操作过程如下：
步骤一：在25℃、10Hz的条件下，利用动态剪切流变仪对5％含量的石墨烯微胶囊沥青砂浆进行应力扫描试验。以应力为横坐标、动态模量G为纵坐标绘制石墨烯微胶囊沥青砂浆的动态模量-应力关系曲线，确定石墨烯微胶囊沥青砂浆的线性黏弹范围为0～2.6Mpa(如图1所示)。在线性黏弹范围内选择2.5Mpa作为石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验施加的荷载。
步骤二：在25℃、10Hz条件下，采用步骤一确定的荷载对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始模量的50％时停止加载，记录初始模量Ginitial和荷载作用次数N1(如图3所示)。
步骤三：加载结束后，在试件靠近夹具的两侧粘贴铜电极，将电极与导线连接形成通路并施加60V的直流电(如图2所示)，使石墨烯微胶囊沥青砂浆在“自修复-热诱导”双机制作用下间歇1小时。
步骤四：1小时后，采用与步骤二中相同的试验条件再次对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始动态模量的50％时停止加载，记录试验终止模量Gterminal和荷载作用次数N2(如图3所示)。
步骤五：对比间歇1小时前后石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳曲线的差异，以
Figure BDA0003437343460000031
作为愈合指数，用愈合指数评价“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性。愈合指数越大，石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性能越好。
实施例2：
一种双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，所述方法的具体操作过程如下：
步骤一：在25℃、10Hz的条件下，利用动态剪切流变仪对5％含量的石墨烯微胶囊沥青砂浆进行应力扫描试验。以应力为横坐标、动态模量G为纵坐标绘制石墨烯微胶囊沥青砂浆的动态模量-应力关系曲线，确定石墨烯微胶囊沥青砂浆的线性黏弹范围为0～2.6Mpa(如图1所示)。在线性黏弹范围内选择2.5Mpa作为石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验施加的荷载。
步骤二：在25℃、10Hz条件下，采用步骤一确定的荷载对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始模量的50％时停止加载，记录初始模量Ginitial和荷载作用次数N1(如图4所示)。
步骤三：加载结束后，在试件靠近夹具的两侧粘贴铜电极，将电极与导线连接形成通路并施加60V的直流电(如图2所示)，使石墨烯微胶囊沥青砂浆在“自修复-热诱导”双机制作用下间歇45min。
步骤四：45min后，采用与步骤二中相同的试验条件再次对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始动态模量的50％停止加载，记录试验终止模量Gterminal和荷载作用次数N2(如图4所示)。
步骤五：对比间歇45min前后石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳曲线的差异，以
Figure BDA0003437343460000041
作为愈合指数，用愈合指数评价“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性。愈合指数越大，石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性能越好。
实施例3：
一种双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，所述方法的具体操作过程如下：
步骤一：在25℃、10Hz的条件下，利用动态剪切流变仪对5％含量的石墨烯微胶囊沥青砂浆进行应力扫描试验。以应力为横坐标、动态模量G为纵坐标绘制石墨烯微胶囊沥青砂浆的动态模量-应力关系曲线，确定石墨烯微胶囊沥青砂浆的线性黏弹范围为0～2.6Mpa(如图1所示)。在线性黏弹范围内选择2.5Mpa作为石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验施加的荷载。
步骤二：在25℃、10Hz条件下，采用步骤一确定的荷载对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始模量的50％时停止加载，记录初始模量Ginitial和荷载作用次数N1(如图5所示)。
步骤三：加载结束后，在试件靠近夹具的两侧粘贴铜电极，将电极与导线连接形成通路并施加60V的直流电(如图2所示)，使石墨烯微胶囊沥青砂浆在“自修复-热诱导”双机制作用下间歇30min。
步骤四：30min后，采用与步骤二中相同的试验条件再次对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始动态模量的50％停止加载，记录试验终止模量Gterminal和荷载作用次数N2(如图5所示)。
步骤五：对比间歇30min前后石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳曲线的差异，以
Figure BDA0003437343460000051
作为愈合指数，用愈合指数评价“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性。愈合指数越大，石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性能越好。
综上所述，基于本发明的石墨烯微胶囊沥青砂浆双机制自愈性测试评价方法可以体现热诱导机制在石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈合过程中的作用，使石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性的评价更为全面、准确。这种新的方法为研究石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性提供了一种可靠准确的手段。

Claims (4)

1.双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，其特征在于：所述方法步骤为：
步骤一：利用动态剪切流变仪对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行应力扫描试验，以应力为横坐标、动态模量G为纵坐标绘制石墨烯微胶囊沥青砂浆的动态模量—应力关系曲线，确定石墨烯微胶囊沥青砂浆的线性黏弹范围，在线性黏弹范围内选择石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳试验施加的荷载；
步骤二：采用步骤一确定的荷载对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始模量的40％～50％时停止加载，记录初始模量Ginitial和荷载作用次数N1；
步骤三：加载结束后，在试件靠近夹具的两侧粘贴铜电极，将电极与导线连接形成通路并施加直流电，使石墨烯微胶囊沥青砂浆在“自修复-热诱导”双机制作用下间歇一段时间；
步骤四：间歇结束后，采用与步骤二中相同的试验条件再次对石墨烯微胶囊沥青砂浆进行疲劳试验，当动态模量下降至初始模量的40％～50％时停止加载，记录试验终止模量Gterminal和荷载作用次数N2；
步骤五：对比间歇前后石墨烯微胶囊沥青砂浆疲劳曲线的差异，以
Figure FDA0003742299160000011
作为愈合指数，用愈合指数评价“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈性。
2.根据权利要求1所述的双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，其特征在于：步骤一中，石墨烯微胶囊沥青砂浆中石墨烯微胶囊含量为5％，碳纤维含量为0.2％，油石比为9％，应力扫描试验的试验温度25℃、荷载施加频率10Hz，控制荷载的取值范围为0～2.6Mpa。
3.根据权利要求1所述的双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，其特征在于：步骤二中，疲劳试验温度为25℃、荷载施加频率10Hz。
4.根据权利要求1所述的双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性测试评价方法，其特征在于：步骤三中，自愈时间范围为30min～1h，直流电源的电压范围为20～60V。
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