應(yīng)用自修復(fù)微膠囊進(jìn)行瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)研究

0 引言

近年來我國公路交通流量呈現(xiàn)出持續(xù)增長的態(tài)勢，無論是城市道路還是高速公路，都承載著越來越多交通運(yùn)力。車輛的長期行駛會給瀝青路面造成嚴(yán)重磨損，使得瀝青路面產(chǎn)生裂縫、坑槽等病害。為了確保瀝青路面的正常使用，需要高效、及時(shí)對這些病害進(jìn)行修復(fù)以保障瀝青路面的承載力、平整度和車輛行駛的舒適度。

目前，已有多位學(xué)者對瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)展開了研究。張盼盼[通過收集路面材料的性能數(shù)據(jù)建立材料性能演變模型。根據(jù)該模型的預(yù)測結(jié)果判斷路面是否需要養(yǎng)護(hù)，但需是準(zhǔn)確性會受到多種因素的影響。李海蓮[2通過引入多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型，對瀝青路面的各個預(yù)養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行了綜合評價(jià)，但該模型的對比運(yùn)算過程較為復(fù)雜，實(shí)用性不高。鑒于上述研究情況，本文提出了基于自修復(fù)微膠囊的瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)。通過將含有修復(fù)劑的微膠囊嵌入瀝青材料中，當(dāng)路面出現(xiàn)裂縫或損傷時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對損傷部位的即時(shí)修復(fù)。應(yīng)用微膠囊技術(shù)不僅可提高路面養(yǎng)護(hù)的效率和效果，還為實(shí)現(xiàn)瀝青路面的自主化養(yǎng)護(hù)提供了新的可行性。

1工程概況

通通道。然而，隨著交通流量的不斷增加和長期使用，該公路的瀝青路面逐漸產(chǎn)生了裂縫、坑槽等多種病害，嚴(yán)重影響了道路的平整度。為了確保該公路的安全運(yùn)營、提升道路通行質(zhì)量，亟需對病害嚴(yán)重的路段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工處理。

2基于自修復(fù)微膠囊的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù) 2.1用雷達(dá)檢測瀝青路面損傷

某公路工程項(xiàng)目全長為 30km ，路面上層采用厚度為5cm的瀝青混合料面層，下層采用厚度為 25cm 的水泥穩(wěn)定碎石基層。為確保行車安全，該路段限速 60km/h 。該項(xiàng)目建成并投入使用后，成為了連接周邊區(qū)域的重要交

2.1.1 雷達(dá)檢測原理

在養(yǎng)護(hù)施工之前，采用雷達(dá)檢測技術(shù)進(jìn)行路面檢測，其特點(diǎn)是通過電磁波的傳播特性進(jìn)行檢測。當(dāng)雷達(dá)向路面發(fā)射高頻電磁波時(shí)，該電磁波在遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)發(fā)生反射電磁波。反射回來的電磁波被雷達(dá)接收并轉(zhuǎn)化為電信號。

在進(jìn)行瀝青路面檢測過程中，當(dāng)電磁波遇到其損傷位置時(shí)，反射信號的強(qiáng)度會發(fā)生變化，形成明顯的反射波峰。通過記錄反射波峰的位置，便可確定損傷位置。反射信號的強(qiáng)度越大，說明損傷位置與周圍介質(zhì)的差異越明顯，損傷程度就可能越嚴(yán)重[3]。

通過分析反射波形的特征，可以判斷損傷的類型和范圍。通過測量反射波與發(fā)射波之間的時(shí)間差，可以計(jì)算出電磁波在瀝青路面內(nèi)部傳播的距離，從而間接評估損傷的深度。雷達(dá)檢測原理如圖1所示。

2.1.2確定瀝青路面損傷位置和損傷程度

瀝青路面的損傷位置，可根據(jù)電磁波在空氣中的傳

圖1雷達(dá)檢測原理

播速度、電磁波在路面內(nèi)部傳播的時(shí)間計(jì)算得出。瀝青路面損傷位置的計(jì)算公式如下：

式中： d 為瀝青路面損傷位置， c 為電磁波在空氣中的傳播速度； t_d 為電磁波在路面內(nèi)部傳播的時(shí)間[4]。

瀝青路面的損傷程度可以通過反射信號的強(qiáng)度來評估，其計(jì)算公式如下：

式中： I 為瀝青路面損傷程度， r（t） 為信號反射幅值， a（t） 為發(fā)射信號幅值。

通過公式（2）的計(jì)算，可以確定瀝青路面的損傷程度，為后續(xù)的路面養(yǎng)護(hù)施工提供有力的數(shù)據(jù)支持。

2.2自修復(fù)微膠囊與瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工

2.2.1制備自修復(fù)微膠囊的重要性

在瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中，將微膠囊技術(shù)與智能施工技術(shù)相結(jié)合，有助于提高瀝青路面的自我修復(fù)能力和養(yǎng)護(hù)施工效率。通過在瀝青路面材料中添加微膠囊，可以實(shí)現(xiàn)瀝青路面的自修復(fù)能力。微膠囊內(nèi)部封裝了多種具有修復(fù)功能的物質(zhì)作為芯材，囊壁采用化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的材料制成，以確保微膠囊在路面材料中的穩(wěn)定性和耐久性。

2.2.2微膠囊試樣制備步驟

步驟一：稱取明膠和阿拉伯膠各 3g ，分別溶于12mL蒸餾水中，在 40^°C 的溫度下恒溫?cái)嚢?.5h，確保明膠和阿拉伯膠充分溶解、均勻分散。將明膠溶液和阿拉伯膠溶液混合，在 75^°C 的溫度下恒溫?cái)嚢柚敝脸浞只靹颍纬苫旌衔颷5]。

步驟二：稱取5g環(huán)氧樹脂將其溶于7mL蒸餾水中，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.6% 的 12mL 十二烷基苯磺酸鈉混合，在室溫下充分?jǐn)嚢瑁纬扇榛骸?/p>

步驟三：將上述混合物和乳化液進(jìn)行混合，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 12% 的檸檬酸，調(diào)節(jié)其pH值至2.4，經(jīng)過一段時(shí)間的聚合反應(yīng)后，加入2mL甲醛溶液，并繼續(xù)恒溫聚合反應(yīng)1.5h。再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 12% 的氫氧化鈉，調(diào)節(jié)其pH值至8.5，形成聚合物。

步驟四：聚合反應(yīng)結(jié)束后將溶液靜置分層，然后過濾掉上層溶液，將沉淀物進(jìn)行冷凍去水處理，最終得到微膠囊試樣。

2.2.3微膠囊的芯材選取

微膠囊內(nèi)部封裝的芯材對于瀝青路面的自我修復(fù)能力至關(guān)重要。芯材的選擇和設(shè)計(jì)需要綜合考慮修復(fù)效果、化學(xué)穩(wěn)定性、與囊壁的相容性等因素。微膠囊的芯材主要有以下3種：

一是環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂是主要的芯材成分之一，其具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能。在微膠囊中，環(huán)氧樹脂作為主要的修復(fù)物質(zhì)，能夠在路面出現(xiàn)微小裂縫時(shí)迅速滲出并參與修復(fù)過程。當(dāng)微膠囊受到外力破壞或路面溫度升高等觸發(fā)條件時(shí)，環(huán)氧樹脂能夠流出并滲透到裂縫中，隨后通過固化反應(yīng)形成堅(jiān)韌的修復(fù)層，從而恢復(fù)路面的完整性。

二是固化劑。為了增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的修復(fù)效果，需要添加固化劑。固化劑與環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了修復(fù)層的強(qiáng)度和硬度。

三是增塑劑。增塑劑是一種能夠降低材料硬度和脆性、提高其柔韌性和加工性能的添加劑。在微膠囊的芯材中，增塑劑可以起到調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物性能的作用。通過添加適量的增塑劑，可以使修復(fù)層更加柔韌和耐疲勞，從而提高路面的耐久性和使用壽命。

2.2.2瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工

2.2.2.1微膠囊與瀝青路面材料混合

將制備好的微膠囊與瀝青路面材料混合[6]，并應(yīng)用于路面的鋪設(shè)過程中。為了實(shí)現(xiàn)充分融合，將高速剪切混合器作為混合設(shè)備，設(shè)定混合溫度為 45^°C ，控制混合時(shí)間為5s，以防止微膠囊破損或內(nèi)容物提前釋放。

2.2.2.2摻入新瀝青混合料

為了修復(fù)受損的路面，使用銑刨機(jī)對受損的瀝青路面進(jìn)行處理，去除表面的破損層和松散顆粒。然后將新瀝青混合料摻入銑刨后的材料中修復(fù)破損部位，確保修復(fù)部位具有足夠的強(qiáng)度和耐久性。在路面損傷的范圍，微膠囊會迅速破裂并釋放出修復(fù)劑，填充裂縫并促進(jìn)路面的自我修復(fù)。

2.2.2.3攤鋪與碾壓

將路面受損部位修復(fù)后，進(jìn)行瀝青混合料路面攤鋪施工。按照常規(guī)的瀝青路面攤鋪工藝進(jìn)行攤鋪，在攤鋪時(shí)需要注意保持微膠囊在路面材料中的均勻分布和穩(wěn)定性，以確保其修復(fù)效果。按照設(shè)計(jì)要求，攤鋪厚度保持在3cm之內(nèi)，確保攤鋪層結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定。最后使用雙鋼輪振動壓路機(jī)對新攤鋪的瀝青路面進(jìn)行壓實(shí)，確保其壓實(shí)度和平整度應(yīng)達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

3測試與分析

3.1 測試方法

為驗(yàn)證自修復(fù)微膠囊對瀝青路面的養(yǎng)護(hù)施工效果，制備含有微膠囊的瀝青混合料路面試件，并將試件置于壓力機(jī)下，以0.25kN/s的加載速率測定其最大壓應(yīng)力。壓至預(yù)設(shè)荷載、恒壓lmin后卸載。將預(yù)損傷后的試塊置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分析養(yǎng)護(hù)前后試件的抗壓強(qiáng)度彈回率，以及微膠囊的力與位移曲線。

圖2試件的抗壓強(qiáng)度彈回率

3.2試件的抗壓強(qiáng)度彈回率測試

選用尺寸為 35mm×35mm×150mm 的試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)30d后，在干養(yǎng)條件下測試其抗壓強(qiáng)度彈回率。試件的抗壓強(qiáng)度彈回率如圖2所示。由圖2可知，在干養(yǎng)條件下，各種微膠囊摻量下的試件抗壓強(qiáng)度彈回率均超過115% ，由此表明試件自身具有一定的自修復(fù)能力，微膠囊具有一定的修復(fù)效果。

圖3微膠囊囊壁受力與位移曲線

當(dāng)微膠囊摻量為 1.5% 時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度彈回率提升較為緩慢，這可能是因?yàn)槲⒛z囊成為試件中的強(qiáng)度薄弱點(diǎn)，且在此摻量下，試件自身的修復(fù)效果及微膠囊的修復(fù)效果不足以彌補(bǔ)其帶來的缺陷。

綜上所述，采用微膠囊技術(shù)封裝修復(fù)劑，在瀝青路面出現(xiàn)微裂縫時(shí)，通過微膠囊的破裂釋放修復(fù)劑，可實(shí)現(xiàn)對裂縫的主動修復(fù)。該技術(shù)能夠顯著降低裂縫擴(kuò)展的速度，從而保障瀝青路面的運(yùn)行安全性。微膠囊技術(shù)有效減少了因裂縫導(dǎo)致的路面損壞，通過微膠囊的不斷自我修復(fù)，可提高路面的整體耐久性和穩(wěn)定性。

當(dāng)微膠囊摻量不斷增加后，試件的抗壓強(qiáng)度彈回率發(fā)生明顯變化。當(dāng)微膠囊摻量為 4% 時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度彈回率大幅度提升。由此說明，微膠囊對裂紋的填充效果較為顯著，可將縫隙完全閉合。將制備好的微膠囊按適當(dāng)比例，與瀝青混凝土均勻混合并制成試件后，微膠囊在試件基體內(nèi)具有較好的修復(fù)效果。

4結(jié)束語

3.3囊壁受力與位移曲線測試

本文通過將制備好的微膠囊與瀝青混合料進(jìn)行充分混合，使微膠囊能夠均勻地分布在瀝青混合料中。當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)裂縫或坑洼時(shí)，微膠囊內(nèi)的修復(fù)劑會自動流出，填充并修復(fù)損傷處。通過應(yīng)用基于自修復(fù)微膠囊的瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)，能夠顯著提升路面的耐久性和使用壽命。未來自修復(fù)微膠囊技術(shù)將與更多科學(xué)方法相結(jié)合，應(yīng)用于各類道路工程中，推動瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工向更高效的方向發(fā)展。

受力與位移曲線反映微膠囊囊壁材料在受力過程中的行為特性。通過采用測試儀，對微膠囊中剝離出的囊壁材料進(jìn)行納米壓痕測試，得出微膠囊囊壁材料的力學(xué)性能參數(shù)。微膠囊囊壁受力與位移曲線如圖3所示。

由圖3的測試結(jié)果可知，微膠囊囊壁的力學(xué)性能與瀝青路面內(nèi)部的力學(xué)響應(yīng)存在密切關(guān)聯(lián)。在確保施工環(huán)境不會使微膠囊囊壁提前破裂的前提下，瀝青路面材料中的微膠囊力學(xué)值達(dá)到 145μN(yùn) ，確保了微膠囊在施工過程中保持完整。一旦瀝青路面出現(xiàn)裂縫，這些微膠囊能夠及時(shí)破裂并釋放出芯材，從而有效修復(fù)裂縫，達(dá)到預(yù)期的使用效果。這一測試結(jié)果，驗(yàn)證了自修復(fù)微膠囊技術(shù)在瀝青路面修復(fù)工程中的良好應(yīng)用效果。

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