[发明专利]纳米氧化石墨烯改性沥青混合料自修复性能评价方法

说明书

本发明提供一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料自修复性能评价方法，属于沥青路面自修复技术领域，解决目前传统沥青混合料自修复效率低，且加热自修复评价体系难以揭示沥青混合料的自修复行为随化学成分和温度梯度分布变化规律的问题。本发明首先将纳米氧化石墨烯改性后的沥青混合料制成半圆柱体试件；然后基于温度梯度分布特性将半圆弯曲破坏后的试件分别用微波和感应加热方式进行加热自修复；最后基于宏微观两个层面采用不同自修复指标来评价沥青混合料自修复性能，确定纳米氧化石墨烯的最佳掺量和最优自修复加热方式。本发明提供的方法能提高沥青路面自修复性能，节约路面养护人力物力资源，提高沥青路面使用寿命，促进沥青路面可持续发展建设。

技术领域

本发明是一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料自修复性能评价方法，属于沥青路面自修复技术领域。

背景技术

我国绝大部分路面采用沥青路面，沥青路面具有许多优点，比如：足够的力学性能，可以承受重载交通；表面平整无接缝，行车舒适安全，平稳且降噪；有一定的弹塑性变形能力，适应性强；表面不扬尘，易清洗打扫。但是，在使用过程中，由于荷载的反复作用以及环境因素的综合影响，沥青路面会逐渐产生疲劳开裂，这些损伤往往存在于沥青路面材料内部，如果不能被及时发现并进行修复，就会造成路面材料和结构的不连续和应力分布不均，从而加快沥青路面破坏速度，缩短了沥青路面材料的使用寿命。为了维持沥青路面的使用性能，需要投入大量人力和物力来进行沥青路面损害检测和修护工作，这种工作往往比较复杂且耗时，会造成资源浪费并影响交通。因此，寻找一种简便且高效的沥青路面修复方法十分迫切。

有研究结果表明，沥青材料具有自修复特性，即在荷载间歇期，沥青混合料中小于阈值尺度的微裂纹会自动自修复，使其模量和强度得到恢复。但是，沥青材料因其独特的黏弹性与温度敏感性，在低温状况下自修复能力有限且耗时较长，温度较高时自修复性能和效果则大大改善。所以沥青的自修复性能高度依赖于其温度，一些研究人员也就利用这一特性来提高沥青混合料的自修复性能。

近年来，人们提出并研究了几种沥青混合料的自修复方法，使其能够在不中断交通的情况下立即进行局部修复，并对旧路面进行循环利用，包括微胶囊法、感应加热法和微波加热法。其中，微胶囊法虽具有较好的自修复率，但面临成本较高，对胶囊性能施工技术要求高，且只具备单次自修复功能等关键问题，无法实现持续性循环修复。感应加热是通过焦耳效应使材料升温的，因此，用于感应加热法治愈的材料应该满足两个要求：(1)必须具有导电性；(2)导电填料或纤维必须在闭环电路中连接。目前沥青混合料感应加热自修复评价均是基于整体强度恢复和整体平均温度的水平，而关于加热距离对温度分布的影响规律和加热次数对自修复效率的影响效果的研究较少，难以揭示沥青混合料的自修复行为随温度梯度分布变化规律。此外，在实际应用中，沥青混合料的感应热自修复性能还存在过热和温度分布不均匀等问题亟待解决。

与感应加热类似，微波加热也被认为是一种很有前途的促进复合材料自修复的技术。其原理是由于交变磁场的作用，微波加热使极性分子的取向发生变化，分子的运动受到干扰和阻碍，从而使温度上升。微波加热与传统的烘箱加热相比，加热速度优势显著，且微波加热加热均匀，对混合料高温稳定性、水稳定性及老化影响较小，采用微波加热沥青混合料是今后的主要趋势，并且用于开发环境可持续的新沥青路面，并且微波加热后沥青试样的平均表面温度高于感应加热后的平均表面温度，说明微波辐射对沥青混合料的加热效率更高。

纳米氧化石墨烯具有表面积大、水分散性高、胶体稳定性好、易表面改性、生物相容性好、独特的两亲性和优异的力学性能等特点，通过一种简单而低成本的方法制备的，使用的石墨来源丰富，价格便宜。两亲性使得纳米氧化石墨烯很容易分散在许多常见的溶剂中，包括水、乙二醇和离子液体。有学者研究表明，当纳米氧化石墨烯在沥青混合料中分散时，纳米薄片由于表面官能团的去质子化而获得负电荷。带相反电荷的离子被吸引到表面，形成带电荷的扩散层。该层与表面电荷一起构成电双层，通过电泳迁移率大力促进纳米氧化石墨烯的导电导热性能。可见，目前存在传统沥青混合料自修复效率低，且加热自修复评价体系只是基于整体强度和平均温度水平，难以揭示沥青混合料的自修复行为随化学成分和温度梯度分布变化规律的问题。