[发明专利]一种微胶囊在沥青混合料拌和过程中破裂的仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种微胶囊在沥青混合料拌和过程中破裂的仿真分析方法，主要包括以下步骤：1)计算微胶囊沥青混合料多尺度模型体积参数；2)预估微胶囊等效力学参数；3)计算沥青砂浆和沥青胶浆的等效力学参数；4)构建混合料拌和模型；5)确定混合料最佳拌和参数；6)构建沥青砂浆集合体受力模型；7)构建沥青砂浆单体受力模型；8)基于单体受力模型提取出模型中微胶囊所受最大法向力，并结合微胶囊材料参数建立微胶囊受力模型；9)基于微胶囊受力模型确定微胶囊的应力分布、破裂状态、破裂位置和存活率范围。用仿真模拟的方式，预估微胶囊在沥青混合料搅拌过程中的破裂率和混合料最佳拌和参数。

技术领域

本发明属于材料力学技术领域，具体涉及一种微胶囊在沥青混合料拌和过程中破裂的仿真分析方法。

背景技术

沥青路面在交通运输体系中的地位越发重要，其使用寿命和使用安全也直接影响经济的发展。但是，是近十年来由极端天气和车辆超载带来的车辙、开裂和凝冰等病害正在威胁着道路的使用寿命和使用安全。在这种背景下，作为对传统技术的补充，一些新技术被人们积极用于沥青路面的病害处治，微胶囊技术即为其中的一种。

根据解决的问题和运行原理的不同，可以将沥青路面微胶囊分为修复路面裂缝的自愈合微胶囊和调控路面温度的相变微胶囊。其中，自愈合微胶囊大多由树脂类材料包裹油性愈合剂而制成，以囊芯的愈合剂来修复沥青路面的早期裂纹。相变微胶囊是指在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成具有核-壳结构的复合相变材料，通过囊芯的相变材料调节沥青路面的温度。

目前国内外对于微胶囊的研究主要集中在微胶囊的制备、微胶囊对于沥青或沥青混合料性能的影响、微胶囊的力学性能表征等方面。采用多种树脂材料作为囊壁，以植物油、再生剂、相变材料等为囊芯，制备了自愈合微胶囊和相变微胶囊，并研究了其对自愈合性能、相变性能以及沥青混合料其它路用性能的影响。研究表明，自愈合微胶囊可以显著提高沥青路面的自愈合性能，提升沥青混合料的疲劳强度；相变微胶囊具有良好的储热调温效果，可以在夏季降低路面温度及在冬季提升路面温度，进而可以提高沥青路面的抗车辙、低温开裂及凝冰的能力。

但是，现阶段微胶囊沥青路面仍未进行大规模的推广使用，原因之一是，人们发现部分微胶囊在生效(如运营过程中路面出现裂缝，自愈合微胶囊修补裂缝，或者出现极端的气候时相变微胶囊调控温度)以前，即在沥青路面施工以及运营过程中的初期就已经开裂，囊芯材料流出，从而不再具有修复裂缝或调温功能。

对于运营期和压实过程中沥青路面中的微胶囊，沥青混合料拌和时的微胶囊所处的环境更加复杂。高达140℃～180℃的拌和温度以及离心力、集料与集料(或拌和器)之间的摩擦以及撞击等作用，对于微胶囊的热稳定和力学性能提出了很高的要求。限于问题的复杂性，目前尚未从根本上理解微胶囊在拌和过程中的力学响应、破裂机理和影响微胶囊拌和破裂的因素，不利于微胶囊产品的组成设计和微胶囊沥青路面的使用推广。

发明内容

本发明提供了一种微胶囊在沥青混合料拌和过程中破裂的仿真分析方法，目的是为了用相对方便简单成本低廉的仿真模拟的方式，在微胶囊和微胶囊沥青混合料设计之后预估微胶囊在沥青混合料搅拌过程中的破裂率和混合料最佳拌和参数，为改进微胶囊和微胶囊沥青混合料设计提供依据，为实际的微胶囊沥青路面生产提供指导，提高微胶囊沥青路面的使用效率。

为达到上述目的，本发明所述一种微胶囊在沥青混合料拌和过程中破裂的仿真分析方法，包括以下步骤：

S1：计算微胶囊沥青混合料多尺度模型体积参数；

S2：预估微胶囊等效力学参数；

S3：根据S1得到的微胶囊沥青混合料多尺度模型体积参数，预估沥青砂浆和沥青胶浆的等效力学参数；

S4：构建混合料拌和模型；

S5：根据S4构建的混合料拌和模型确定混合料最佳拌和参数；