溫度場對鋼筋瀝青混凝土自愈合性能的影響

李文龍，唐 進

（1.通遼市交通工程局，通遼 028000；2.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070）

在40多年前，研究員就發現瀝青混凝土具有自愈合功能。因為瀝青是一種膠凝材料，瀝青混凝土就是利用膠凝材料（瀝青）與骨料膠結而形成的材料。瀝青混凝土的防滲性能好、施工方便，在現代水工建筑土石壩心墻得到廣泛使用［1］。膠結材料的含量、溫度及混凝土的級配等方面都會對瀝青混凝土材料力學特性有較大影響，但膠結材料的含量和混凝土的級配可以通過試驗進行合理選擇，然而環境溫度的變化不是人為控制的。同時瀝青混凝土的自愈合是一個相當復雜的現象，它受自愈合溫度、自愈合時間、破壞階段以及改性材料的影響［2］。目前已有很多自愈合方法被科研工作者用于表征自愈合速率，例如Shen等［3］用不同的自愈合時間與加載時間的比來定義自愈合；Bhasin A等［4］利用兩片固定材料進行自愈合測試。

用鋼條對瀝青混凝土進行加熱，從而對瀝青混凝土進行修復。利用有限元軟件ANSYS分析瀝青路面溫度場分布狀態。研究瀝青混凝土試塊內部溫度場分布、變化規律，以及鋼條對其溫度場的影響。

1 實驗方案

1.1 材料熱物性參數

本次實驗采用砂巖和SBS改性瀝青，混合料類型為AC－13密實型結構30cm×30cm×10cm，鋼條直徑6cm，深度5cm。建立基本模型如圖1所示，材料熱物性參數如表1所示。

表1 瀝青混合料和加熱鋼條的熱物性參數

由于該模型對稱，為節約計算時間，建立二維分析模型，如圖2所示。

1.2 基本假定

1）瀝青混凝土為完全均勻的各向同性的連續體；

2）除了與瀝青混凝土上表面接觸的邊界，其余的邊界均為絕熱；

3）鋼條的溫度始終保持在80℃。

1.3 邊界條件

瀝青混凝土表面按照第一類邊界條件，表面溫度取室內環境溫度，并在瀝青混凝土表面施加對流換熱邊界條件，以大風表面［5］，取對流換熱系數為22W/m2·℃。

2 結果與討論

2.1 鋼條加熱瀝青混凝土溫度場分析結果

利用有限元軟件ANSYS對瀝青混凝土結構不同深度的溫度場分布進行了仿真模擬，路面結構中A、B、C、D的溫度曲線如圖3所示。與空氣接觸的路面（A、C）升溫較慢，而A點距加熱鋼條的距離比C點距鋼條要遠，因此，C點升溫更快一些。D點距加熱價鋼條最近，因此D點是升溫最快的。A、B、C、D各點的溫度分布都是符合實際的。

在加熱時，各個時刻瀝青路面結構內部的溫度場分布都是不同的，如圖4所示。在掌握一定數據的情況下，可以對瀝青路面結構溫度進行精確預測。

3 結 語

該文基于熱傳學基本原理和有限元方法建立了瀝青混凝土路面結構非瞬態溫度場基本模型，為瀝青混凝土自愈合做好了可靠的理論依據。

在正確掌握材料各類邊界條件、熱物性參數，可比較準確地預測混凝土路面結構溫度場分布，從而節約了人工測量的人力物力。隨著路面距離鋼條的距離增加，溫度逐漸減小。可認為控制鋼條的溫度，為瀝青加熱自愈合奠定了基礎。

［1］ 林寶玉，丁健彤.水工材料的發展前景展望［J］.中國水利，2006，20：61－63.

［2］ Qiu J.Self Healing of Asphalt Mixes.Literature Review.Research report 7－08－183－1，Delft University of Technology，2008.

［3］ Shen S，Chiu H M，Huang H.Characterization of Fatigue and Healing in Asphalt Binders［J］.J Mater Civ Eng，2010，22（9）：6－10.

［4］ Bhasin A，Little D N，Bommavaram R，et al.A Framework to Quantify the Effect of Healing in Bituminous Materials Using Material Properties［J］.Road Mater Pavement Des EATA，2008，15：219－242.

［5］ 國家技術監督局，建設部.GB 50176—93民用建筑熱工設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，1999.