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多孔沥青的诱导愈合

Quantao Liu, Erik Schlangen, and Martin van de Ven

对多孔沥青诱导愈合的研究概述。钢纤维中加入多孔沥青混凝土使其导电性用于感应加热。当材料中出现微裂纹时，感应发电机可通过沥青的高温自愈合特性，加热使其裂纹愈合。多孔沥青混凝土钢筋的电阻和加热速度用钢纤维来检查。多孔沥青混凝土钢纤维是导电的，可以感应能加热。我们还研究了这种多孔沥青的力学性能。钢纤维增强多孔沥青混凝土通过增加其强度，颗粒损失（松散）电阻，抗疲劳。此外，诱导治疗这种多孔沥青混凝土与钢纤维的增强作用已被评估。它还证明了可通过感应加热的应用来显著延长多孔沥青的感应愈合的疲劳寿命。还发现，最佳的对于最好的治愈效果，加热温度为85°C。这些发现表明多孔沥青混凝土的自愈潜能和多孔沥青路面耐久性可用感应加热改进。最后，试验段铺在多孔荷兰A58高速公路含钢纤维沥青层。由于沥青混凝土的展品在较高的温度下更好的自愈，为未来的应用诱导治疗多孔沥青混凝土的应用似乎是有前途的。

多孔沥青混凝土被广泛地用作表面磨损材料来减少对荷兰的高速公路交通噪声。现在，近90%荷兰的高速公路网络90%被铺上具有磨损过程的多孔沥青(1)。他打开多孔沥青混凝土的性质降低交通噪声3～4分贝（2，3）。在潮湿条件下多孔沥青也减少喷雾和飞溅和防止打滑。(4, 5)然而，多孔沥青不耐用。比较分级密度的混合沥青，多孔沥青的服役时间较短(6).。损失的颗粒从路面，称为松散，是多孔沥青面层主要缺陷 (7)。脱散对降噪和舒适度和决定维修策略有消极作用 (8)。因此，提高耐久性多孔沥青层，应防止脱散。

沥青混凝土是一种自愈材料。沥青混凝土在间歇期恢复其刚度和强度。沥青混凝土的自愈能力在实验室试验和实际中已被证明自上世纪60年代（9–13）。巴赞和轮系发现在离开休息的压力下，在温度25°C对沥青混凝土梁进行测试，直到故障下单轴拉伸载荷可以恢复原来的阻力90%（9）。同时，作者还发现，疲劳损坏的梁样品可以恢复超过一半的原始疲劳寿命，当失败样品经过1天的休息期且在休息期轻压裂纹表面后，在休息期间的强度和疲劳寿命的恢复证明了诱导愈合。

后来，更多的实验研究在间歇期加载荷下的沥青混合料强度的恢复和疲劳寿命的延长。由范戴克（10），卡斯特罗和桑切斯（11），和李投和巴辛（12）的实验表明，沥青混合料的可在间歇期连续加载作用下延长疲劳寿命。沥青混凝土在此实验中也可证明能恢复；威廉姆斯等人，用表面波测量法评价一个路面刚度损害前后与24小时载荷后的刚度，刚度完全恢复在休息24小时后（14）。它也被许多学者报道裂纹在冬天出现，在夏天消失。结果表明，愈合在转移因素中起着重要的作用，要求实验疲劳寿命改变为实际情况的疲劳寿命。

众所周知，沥青混凝土的自愈是一个温度—依赖现象。高温下对愈合以及缩短愈合时间具有显著影响（16–18）。格兰特得出结论，愈合在高温下快速完成（16）；基姆和罗克表明沥青混凝土在更高温度下能更好愈合（18）。

本研究探讨沥青混凝土在高温下愈合微裂纹，恢复其力学性能，并防止诱导愈合磨损的潜在性能。此方法是为了增强沥青混凝土在高温下通过诱导愈合的自愈能力。为了将感应加热有效，将钢纤维加入多孔沥青混合料增加其导电性和适用性。诱导愈合的方法是通过感应加热，在高温下激活多孔沥青混凝土的自愈能力。为使感应加热工作，钢纤维被添加到多孔沥青混合料使其导电性和适用于感应加热。多孔沥青出现微裂纹时，感应加热应用于材料中来增加材料的真实温度，微裂纹可通过高温愈合封闭。沥青（扩散和流动）封闭的微裂纹，防止微裂纹的形成以及最后的散开。感应愈合的概念是在其他地方详细讨论（19-21）

感应加热可以加热的砂浆局部,愈合内部的裂缝，比加热石头要好，而其他加热方法（例如，红外线加热）可加热所有的材料。感应加热的能量比其他加热方式的少，因为感应加热往往只加热导电砂浆。本文的目的是总结诱导研究多孔沥青混凝土进行修复。

材料和实验

荷兰多孔沥青混合料PA 0 / 16 with5.2 %（质量分数）沥青作为本研究的参考混合物。00型钢丝绒在混合过程中直接加入，使其混合感应加热。这种钢丝绒密度7.6 g/cm3，长度为9.5毫米，和直径8.89到12.7micro;M.多孔沥青缸（Phi;100毫米times;50毫米）和梁（50times;50times;450毫米）进行用这些材料制备。

实验证明感应加热在多孔沥青混凝土中有效。首先，研究了含钢丝绒的样品的电阻和感应加热速度。然后，颗粒损失，间接拉伸强度，和疲劳试验，以确定影响的钢羊毛的多孔沥青混凝土的力学性能。最后，诱导愈合在一四点弯曲试验中，评价了这种多孔沥青混凝土的天然效果。

电阻的测试

用电阻测试仪测量了含不同钢丝绒的多孔沥青混合料的电阻。双板电极连接电阻测试二是放置在两端的样品，以测量电阻。一个光的压力被施加到铜电极，以获得良好的接触表面的样品。两电极之间的接触电阻约为0.4Omega;，这是可以忽略不计的相对于电阻的测量值（gt; 100 KOmega;）。电阻测量后，根据欧姆定律计算电阻值。

rho;=RS/L (1)

rho;=电阻率，

R =被测电阻（Omega;），

S=电极导电面积（平方米），

L=内部电极间距（米）。

感应加热试验

为了检验钢瓶样品是否与钢纤维的丝绒可以被加热的感应能量，感应加热实验进行了使用感应加热发生器的容量为50千瓦在70 kHz频率（图1）。感应电机线圈与加热顶面之间的距离样品约20毫米。样品加热3分钟，在加热过程中，640times;480像素彩色红外摄像机来记录和分析样品的温度变化。

图1：感应加热机

粒子损失试验

多孔沥青的一个主要缺点是颗粒损耗。坎塔夫罗试验用于评价多孔沥青含钢丝绒粒的损耗电阻。本试验是在21.5°C在无钢球的洛杉矶磨耗机，根据欧洲标准EN 12697-17进行的。初步确定每个样品的重量（W1），在被放置到一个洛杉矶鼓之前，300转速的鼓后（W2）在测试过程中确定的重量损失。这一伟光损失（PL）是粒子损失的指示（松散）电阻。试验结果被表示为一个百分比的重量损失从最初的重量，例如

PL=(W1-W2)/W1times;100 （2）间接拉伸强度试验

对气缸的间接拉伸强度研究在5℃下实施。确定在一个垂直的50毫米/分钟的位移速率直到达到峰值负荷的强度，根据欧洲标准EN 1269-23。经过测试，样品间接拉伸强度从下式计算

ITS=2F/pi;DH (3)

ITS=间接拉伸强度（帕），

F =总施加垂直载荷失败（N），D =直径处（M），

H=试样高度（米）。

采用间接拉伸疲劳试验方法，研究了含有2.54%钢丝绒（混合料）的试样的抗疲劳性能。负载控制的疲劳试验是在四负荷水平在5°C在一个连续的正弦载荷试验在8赫兹根据欧洲标准EN 12697-24。疲劳试验进行直至样品失效。在这样低的温度下，试样的加载区域仍有一些永久变形的迹象。经过测试，在每个负载水平的样品的疲劳寿命，并确定这些混合物的回归疲劳线，根据

N f=ksigma;minus;n （4）

N f=负载循环次数对疲劳的作用，

K和n=回归常数

sigma;=水平拉应力在中心的标本。

诱导治疗四点弯曲疲劳试验

通过感应加热的效果评价，在一四个不同的加热和休息温度下的疲劳损伤的多孔沥青混凝土柱额外的疲劳寿命进行了研究四点弯曲疲劳试验。四点弯曲疲劳代替间接拉伸疲劳无效永久变形疲劳和更好的模拟交通荷载对路面的作用。柱的原始疲劳寿命在应变控制疲劳试验在300微应变和8 Hz的20°C一四点弯曲疲劳试验下测量。疲劳试验停止时在1/2刚度。经疲劳试验后，感应加热至70℃、85℃、或者100℃、在20℃下间歇18小时，或者在20℃和5℃下间歇18小时。其余期间持续时间为简单选择。最后柱愈合的额外疲劳寿命在相同微应变的再次测量。疲劳寿命延长率（即，额外的疲劳寿命除以原始疲劳寿命）是用质量愈合为简。

诱导加热的多个实例的可能性也进行了检查，以显示感应加热时，可以重复在愈合后裂纹恢复。在8赫兹频率下300微应变的应变振幅振幅应用于多孔沥青混凝土梁50000次循环。然后，样品直接休息18小时或感应加热至85°和休息18小时为第一次，之后，另外50000个周期的疲劳载荷被施加到柱上，其次是单独间歇期或加热-间歇过程。破坏，加热和休息，和在破坏过程被重复四次，最后测量了梁的疲劳寿命。计算机断层扫描（ct）扫描的结果证明，加热和再加热过程不会导致在85℃的粘合剂排水。

本研究所用的所有梁均采用1.27%钢制丝绒制备，采用相同的成分，用于多孔沥青诱导试验段的混合料。一个钢丝绒含量低的材料（而不是最佳的含量）被用于测试部分，以解决混合问题，并降低成本。

结果与分析

电阻

图2显示了作为钢羊毛含量的函数的样品的电阻率的变化（由质量的参考混合物）。电阻率曲线中观察到的三个阶段：高电阻率，具有较高电阻的绝缘行为大于109欧姆米（Omega;-m）；，转变时当电阻率样品从109到104Omega;急剧下降- m；低电阻率，具有导电性能的电阻为104Omega;·M.

了解钢纤维如何使多孔沥青混凝土导电，可认为导电钢纤维为电学路径。当少量的钢纤维被添加到混合，纤维均匀分布在多孔沥青样品和完全相互隔离的，所以电子不能穿过钢纤维，与无钢纤维的纯样品有类似电阻率。当越来越多的钢毛被加入到混合物中，纤维开始互相接触；电子可以从一个光纤到另一个，导致电导率逐渐增加和电阻率逐渐降低。如果钢纤维含量达到2.54%（所谓的渗滤阈值），连续的钢纤维在样品形成的第一导电路径让电子通过（22，23）。在逾渗阈值后，随着钢纤维含量的增加，导电网络在三个方面逐渐发展和扩展，从而增加了更多的钢纤维，使其电阻率急剧下降。当钢纤维含量达到3.81%时，钢纤维在各个方向上相互接触，形成许多导电网络和通道，对应于低电阻率的值其中添加更多的钢纤维不再降低电阻率。因此，3.81%是最佳的钢纤维含量使混合物导电。

图2 电阻率与钢纤维含量

感应加热速度

在图3中给出了一个红外热像图，来说明感应加热是如何研究的。计算的平均温度是在试样上表面增加真实红外相机软件作为感应加热速度指示。

图4在感应加热过程中，样品表面的温度升高。普通样品不能用感应发电机加热；在多孔沥青中加入钢纤维使其适合于感应加热。具有较高的钢纤维含量的热的样品更迅速，但加热速度（即，在感应加热过程中的一定时间内的温度增加）是最大化的钢纤维含量3.81%。因此，3.81%是最佳的钢纤维含量，以获得最高的加热速度为0.80℃/秒。

与图2中的电阻率曲线相比，不需要完全导电的感应加热。每一个钢纤维是一个加热单元，所以样品用形状记忆合金也可以用感应加热，但在一个较低的速度。电阻率对加热速度也很重要；

最佳电导率对应于最佳热传导速度。本实验也具有较高的电导率可以加热更均匀的样品，在样品表面由于注意用钢纤维在导电样品中均匀分布。

图3 感应加热图像

粒子的阻力损失

图五显示了钢纤维含量对多孔沥青混凝土的颗粒损失率的影响，其中5次测量的平均值为每根钢的羊毛含量。纯多孔沥青混凝土样品的颗粒损失为14.84%。多孔沥青混凝土的颗粒损失随着钢纤维含量的增加而降低，然后在加入钢纤维增加例子损失后达到最小值。更多的钢纤维可作为增强胶，但太多的钢棉降低沥青膜厚度，从而导致膏剂之间衔接较差。最小的粒子损失值是8.01%，在钢的羊毛含量为2.54%。因此，2.54%是最佳的钢羊毛含量，以获得最佳的多孔性沥青混凝土的颗粒损失。在耐久性方面，含多孔沥青混凝土用于感应加热钢纤维有望在本身具有良好的颗粒的阻力损失，可延缓脱散。基于这个原因，2.54%被认为是最佳的内容类型00这种感应加热用的钢羊毛。

图4 感应加热过程中的温度升高。

图5 样品的粒子损失。

间接拉伸强度

图6所示为不同的钢羊毛含量的多孔沥青样品的间接拉伸强度，其中的平均值的三个测量显示为每个百分比。纯多孔沥青混凝土试样的间接抗拉强度为2.06兆帕。通过增加钢纤维，可以提高多孔沥青混凝土的间接抗拉强度，但在强度下降的过程中加入过多的结果。这一发现与粒子的结果与粒子损失测试一样：适量的纤维会增强沥青，但太多会导致膏剂之间衔接差，导致强度降低。最大的间接抗拉强度试样钢筋钢纤维3.02M PA与最佳钢纤维含量2.54%。这个最佳比例与所多孔沥青混凝土的颗粒的阻力损失相同。因为低温度，间接拉伸强度和粒子损失反映很沥青砂浆抗压强度。高拉伸应力水平打破普通多孔沥青混凝土路面需要很短的时间，因为损坏迅速发展。含2.54%型钢纤维的0号多孔沥青混凝土的疲劳寿命要长得多，这说明这些样品可以抵抗更高的疲劳载荷，而不会导致多孔沥青疲劳失效。

图6样品的间接拉伸强度（ITS）。

间接

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