[发明专利]一种具有车辙自修复性能的沥青混合料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高速公路、城市道路等路面材料技术领域，具体涉及到一种具有车辙自修复性能的新型沥青混合料的设计。

背景技术

形状记忆聚合物SMP(Shape Memory Polymers)是一种具有记忆效应的新型智能材料。在制造成型时，能“记忆”其永久形状，加热至特定的温度下施加荷载产生变形，撤去荷载并降温后能稳定保持临时形状，在再次加热至特定温度以上后，可以逐渐恢复为原本形状。按照激活条件不同，SMP可以分为电致型、光致型、热致型等，目前土木工程中应用最多的是环氧树脂、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氨酯、交联聚烯烃等热致型SMP及其复合材料。

利用SMP材料的形状记忆效应，可以使工程材料具有自修复功能，延长使用寿命。苯乙烯树脂基形状记忆聚合物是一种热固性材料，具有力学强度高、耐热性能好、优异的形状记忆性能等优点，且形状恢复温度可以在一个范围内调控，目前在土木工程中主要用于混凝土密封胶。利用其形状恢复性能，可以进一步应用于处理沥青路面的车辙病害，修复永久变形，从而减少道路养护工作量。

车辙病害(Rutting)是沥青路面在车辆荷载反复作用下，行车轨迹处产生纵向较大永久变形的路面损坏现象，产生的主要原因有车辆超载、交通量过大、工程设计时对夏季高温估计不足等。车辙通常形成于温度较高的季节，高温时沥青软化，对矿质骨架的约束作用降低，沥青面层在车辆的反复碾压下产生永久变形和粘性流动，行车轨迹处路面进一步密实沉陷并伴随侧向隆起。车辙的产生降低了道路的行驶舒适性，并带来了一系列安全隐患：车辙深度的加大会使车轮荷载所产生的水平横向分力加大，而气温回落后，面层材料变脆，加大的水平分力及其所形成的间接弯拉应力可能导致纵向裂缝的产生；而且下雨后车辙槽内积水，极易发生车辆水漂现象，威胁行车安全。

车辙可分为轻微车辙、横向波纹车辙、不稳定夹层车辙等，根据车辙类型主要有以下几种处理方式：若仅轮迹处凹陷，两侧无隆起，则凿去面层，凿毛凹槽，涂刷粘层沥青并修补；若轮迹两侧同时隆起，应先将隆起部位凿去，波谷处原面层凿毛，涂粘层油，铺筑与面层相同的混合料；若因基层强度不足、水稳性不好引起，则需对基层进行补强或挖除损害的基层重新铺筑。

国内处理车辙大致可归纳为挖补法和填补法，但所用材料量大，配套设备多，养护成本高，污染环境，初期养护时间长且影响交通。若通过改进沥青混合料的成分，在保持原有性能基础上拥有可控的车辙自修复能力，可有效减轻车辙病害，简化工艺和设备，使养护频率大大降低，从而降低道路的养护成本。

发明内容

发明目的：本发明目的在于克服挖补或填补车辙修复法的缺点，设计一种具有车辙自修复性能的沥青混合料及其制备方法。改善了沥青混合料的高温稳定性，能在一定触发条件下(人工加热等)，自行修复沥青路面产生的轻微车辙。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种具有车辙自修复性能的沥青混合料，该沥青混合料由沥青结合料、矿质集料、形状记忆聚合物SMP材料组成，其中各组分按质量份数配比为：

矿质集料：85.0-95.0份

沥青结合料：3.0-6.0份

形状记忆聚合物复合材料：1.5-10.0份

其中粒径为0.3-1.18mm的矿质集料用形状记忆聚合物复合材料等体积代替。

其中：

所述形状记忆聚合物复合材料为热致型，是苯乙烯树脂基形状记忆聚合物。

所述形状记忆聚合物材料为颗粒状，粒径为0.3-1.18mm，并且在与沥青结合料和矿质集料加热拌和前，已进行了形状记忆变形训练。

所述密级配沥青混合料的级配组成为连续密级配沥青混合料AC的任何上、中面层密级配类型。

所述密级配沥青混合料中沥青结合料的类型不限，为基质沥青或改性沥青。

本发明的一种具有车辙自修复性能的沥青混合料的制备方法是将形状记忆聚合物SMP原材料放置于加热到75-85℃的恒温舱中并保持25-30分钟，随后对材料施加压缩荷载，使其预应力水平达到300-310kPa，并保持变形状态20-30分钟以固定形状；此时材料体积被压缩为原来的55-65％；随后停止加热，使系统自然冷却至室温，同时保持施加的载荷恒定，在冷却结束后卸掉荷载就完成了变形训练；将经过变形训练的SMP材料加工为0.3-1.18mm的颗粒，根据面层厚度、级配类型、车辙深度计算出所需SMP颗粒在混合料中的体积含量，等体积替代级配设计中该粒径矿质集料，在加热拌和时将沥青结合料、矿质集料、SMP颗粒均匀拌合即制成车辙自修复型沥青混合料。