摘 要

沥青路面在低温下开裂具有危害的原因是由于大量裂缝的存在致使路表水、空气等其他有害物质通过路面内的缝隙进入其结构内部，并沿着混合料的空隙进入路面基层和路基，导致路面的结构承载力下降，当路面有行车载荷作用时会使路面形成局部凹陷，最终使有网裂和坑槽现象发生，会对车辆的行驶质量产生很大的影响，大幅度的降低路面的使用寿命。

　　本文选用了传统安山岩沥青混凝土、掺入钢渣安山岩沥青混凝土、掺入钢纤维安山岩改性沥青混凝土三种试样作为研究对象，通过动态力学分析仪（DMA）和电磁感应方式来进行试样的压断－加热愈合－再压断的实验，研究不同试样相关强度在加热愈合前后的变化规律。

同时，还通过对不同类型试样的热学性能（升温速率、导热率、比热容、温度分布）；力学性能（抗压强度、抗折强度、断裂能、修复率）；能量学性能（输出功率、愈合断裂能、能量转化效率）等的测试，综合分析数据后对比得到不同试样以及所有试样在自愈合以及融雪化冰方面的特性。

实验表明，钢纤维安山岩改性沥青混凝土在热诱导加热愈合后恢复强度效果明显，加热时升温速率可达20.4℃/min，经过愈合后强度能够恢复80%，而钢渣安山岩沥青混凝土和普通安山岩沥青混凝土对于热诱导加热自愈合的效果很差，加热时升温速率仅在1℃/min以下，恢复的强度很低。所以热诱导加热自愈合存在着一定的选择性与局限性。而通过热诱导加热自愈合技术的引用，可以使在自然条件下1.5h才能自然融化的冰层，在2min内融化脱落。热诱导加热自愈合技术在沥青路面融雪化冰方面，效果显著。

关键词：沥青材料；低温开裂；自愈合技术；融雪化冰效果

Abstract

Causes of cracking of asphalt pavement at low temperature is due to the presence of a large number of cracks resulting in surface water, air and other harmful substances through a gap in the road into the inner structure, and along the mixture into pavement and subgrade, and lead to pavement structure bearing load decreased when pavement under traffic load can make the road form a local depression and eventually make the net cracks and pits phenomenon to occur, will have a great effect on vehicle ride quality and greatly reduce the service life of the pavement.

This paper uses some change of asphalt concrete samples as the research object, by dynamic mechanical analyzer (DMA) and electromagnetic induction method to sample pressure off heating healing - broken recompression experimental study of specimens with different related strength in heating before and after the healing of the variation of traditional andesite asphalt concrete, mix into the slag of andesite asphalt concrete, adding steel fiber into andesite.

At the same time, through the thermal (heating rate, thermal diffusivity, specific heat capacity and temperature distribution); mechanical properties (compressive strength, flexural strength, fracture energy, repair rate ); energy performance (output power, healing of fracture energy, the energy conversion efficiency) of different types of samples , after a comprehensive analysis of the data and comparing to get the characteristics of self-healing and melting snow and ice at different specimens and all the specimens .

Experimental results show that the andesite of steel fiber modified asphalt concrete in recovery strength effect after heat induced heating healing, heating rate up to 20.4 ℃ / min, after healing strength can recover 80%, and andesite asphalt concrete with steel slag and ordinary andesite asphalt concrete for thermal induction heating self-healing effect is poor, heating rate only below 1 ℃/ min, the strength of the recovery is very low. So there is a certain selectivity and limitation in the heat induced self-healing. By the reference of heat - induced self - healing technology, can make the ice melting off in 2min, which needs 1.5h to melt in the natural conditions. The effect of thermal induced heating and self-healing technology in asphalt pavement snow melting ice is remarkable.

Key Words：Asphalt materials; Cracking at low temperature; self-healing technology; effect of melting snow and ice

目　　录

第1章　绪论 1

　　1.1 研究的背景与意义 1

　　　　1.1.1 研究的背景 1

　　　　1.1.2 研究的意义 1

　　1.2 国内外研究现状 2

　　　　1.2.1 沥青路面自愈合研究现状 2

　　　　1.2.2 沥青路面融雪化冰研究现状 3

　　　　1.2.3 沥青路面加热方式研究现状 3

　　1.3 本文研究的主要内容和方法 4

第2章 原材料与测试方法 6

　　2.1 实验原材料 6

　　　　2.1.1 基质沥青 6

　　　　2.1.2 填料（矿粉） 6

　　　　2.1.3 集料 6

　　2.2 试验仪器 7

　　2.3 电磁感应加热 9

　　2.4 沥青化冰实验 9

　　2.5 沥青自愈合评价指标 9

第3章 沥青混合料自愈合性能测试 10

　　3.1 沥青混合料基本性能 10

　　3.2 沥青混合料自愈合加热特性 11

　　　　3.2.1 电磁感应加热试样升温速率 11

　　　　3.2.2 沥青混凝土试样导热系数、比热容测试实验 17

　　3.3 沥青混合料热力学特性 18

第4章 沥青混合料融雪化冰特性测试与研究 22

　　4.1 沥青混合料融雪化冰特性 22

　　4.2 实验设计 22

　　4.3 试样制备与融雪化冰终点判断 22

　　4.4 测试结果与讨论 23

　　　　4.4.1 自然化冰 23

　　　　4.4.2 钢纤维试样感应加热化冰 24

第5章 结论与展望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章　绪论

1.1 研究的背景与意义

1.1.1 研究的背景

随着国家整体实力的飞速发展，我国在各个行业事业上均有较大突破，尤其是在交通运输业的发展，更是有了突破性的飞跃。从1988年第一条高速公路京津唐高速建成以来，我国高速公路的发展从数量到质量都有了巨大的提升^[1]。截止2015年年底，全国通车里程已经到达了457.73万公里，世界排名第一^[2]。

沥青混凝土路面由于其平整，低噪、抗滑等优良的特性，在我国城乡建设中已经得到了广泛的应用。沥青混凝土作为路面也具有很大的弊端，由于其在高温下具有极易变形的特点，所以在夏季道路通车时，路面会由于车辆的反复碾压产生变形，而在冬季低温时路面会因为热胀冷缩的原理产生裂纹破坏，冬季路面的冰雪会进一步降低道路的安全运输能力，每年我国因为冰雪低温路面湿滑而导致的车祸死亡事故一直处于较高水平^[3]。

我国近些年来由于经济的发展迅速，国内的人民汽车保有量在不断提高，再加上超载现象日益加剧，道路施工工程的不合格，以及自然条件的影响都会导致路面产生巨大的损害，并且日益严重，国家在养护路面方面的经济支出也非常巨大^[4]。因此路面的养护维修越来越重要，目前国家主要通过制定雨雪低温天气以及高温天气的车辆出行规范以及进行有效且高效率的清除路面积雪冰层来防范交通事故的发生，同时降低车辆对路面的损耗磨伤，最终达到延长沥青路面使用寿命的作用，世界各国的交通部门，专家学者针对于此也都一直在研究解决方案^[5]。

1.1.2 研究的意义

路面的使用寿命由于其表面以及内部裂缝的产生而降低，并且速度成正比增长关系。故减缓沥青路面裂纹的产生发展，甚至终止裂缝的发展，即达到自我愈合的条件，会对道路的质量提高，寿命正常，节约国家经济支出有着非常重要的作用^[6]。