瀝青路面的開(kāi)裂不僅會(huì)導(dǎo)致路面的結(jié)構(gòu)性能降低，還會(huì)進(jìn)一步引發(fā)坑槽、松散等病害，***終導(dǎo)致瀝青路面的使用壽命降低。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外分別從材料和混合料設(shè)計(jì)兩方面，提出了許多提高瀝青路面抗裂性的措施，但瀝青路面的開(kāi)裂問(wèn)題仍無(wú)法得到根本解決。近年來(lái)，盡管發(fā)現(xiàn)了瀝青混合料具有自愈能力，但受交通量大以及環(huán)境條件的影響，瀝青自愈能力的發(fā)揮受了較大的***。因此，通過(guò)理解和量化并加強(qiáng)瀝青及瀝青混合料的自愈能力，對(duì)于瀝青路面使用壽命的預(yù)測(cè)和提高是十分重要而迫切的。

瀝青路面的自愈是指由于交通荷載和環(huán)境等因素引起的裂縫，基于瀝青及其混合料特性的部分或全部愈合。建于1939年的阿爾及利亞瀝青混凝土漏水斜墻壩，在未加修理的情況下自我修復(fù)并停止漏水，這一現(xiàn)象引起了人們對(duì)瀝青混合料自愈性能的注意。1967年，Bazin等人率先進(jìn)行了有關(guān)瀝青混合料自愈特性的研究，隨后Schapery、Little、Lytton、Kim、Wool、Carpenter和Shen等人做了大量的有關(guān)瀝青和瀝青混合料自愈合實(shí)驗(yàn)室研究，研究主要集中于瀝青和瀝青混合料自愈機(jī)理、自愈表征和增強(qiáng)技術(shù)等3個(gè)方面。以上研究對(duì)于瀝青材料自愈合行為的進(jìn)一步合理解釋、量化評(píng)價(jià)以及自愈能力增強(qiáng)措施優(yōu)化具有深遠(yuǎn)的意義。

瀝青混合料自愈機(jī)理研究

同濟(jì)大學(xué)孫大權(quán)等認(rèn)為，瀝青混合料裂紋自愈合機(jī)理實(shí)質(zhì)是裂紋界面瀝青分子為降低表面能而自發(fā)進(jìn)行的界面浸潤(rùn)與吸附和分子擴(kuò)散，其原動(dòng)力是裂縫界面分子范德華力和氫鍵形成的化學(xué)吸附，并從表面能理論和表面擴(kuò)散理論的角度對(duì)瀝青自愈機(jī)理進(jìn)行了總結(jié)。此外，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的álvaroGarcía提出了基于毛細(xì)流動(dòng)理論的瀝青混合料自愈合理論模型。

基于表面能理論的瀝青自愈

基于表面能理論，瀝青混合料開(kāi)裂與自愈過(guò)程實(shí)為裂縫表面積的變化過(guò)程。Schapery于1984年提出了基于表面能的材料斷裂定律。將自愈過(guò)程的能量轉(zhuǎn)移視作開(kāi)裂的逆過(guò)程，Lytto于1998年提出了與材料斷裂定律對(duì)應(yīng)的材料愈合定律。由于不能直接反映自愈速率與表面能之間的關(guān)系，Lytton和Sehapery分別建立了由表面能密度的非極性(色散力)部分決定的初期自愈速度h1和由表面能密度極性(酸堿性)決定的后期自愈速度h2的表達(dá)式：裂縫表面能理論模型表征了愈合速率與裂縫表面能之間的關(guān)系，但無(wú)法揭示裂縫愈合過(guò)程，且相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)性研究。

基于表面擴(kuò)散理論的瀝青自愈

基于擴(kuò)散模型的瀝青自愈機(jī)理研究主要借鑒聚合物材料的相關(guān)研究成果。Phillops根據(jù)Kim建立的擴(kuò)散模型認(rèn)為瀝青自愈分3個(gè)階段：①基于瀝青流動(dòng)性和外力作用的微裂縫關(guān)閉;②基于表面能的裂縫界面潤(rùn)濕;③界面分子擴(kuò)散導(dǎo)致瀝青力學(xué)性能完全恢復(fù)。Wool等將聚合物愈合分為裂縫界面潤(rùn)濕和材料固有愈合兩部分，并基于Gennes于1971年建立的分子蠕動(dòng)模型提出了聚合物材料愈合動(dòng)力方程。裂縫表面擴(kuò)散理論模型從界面潤(rùn)濕和固有愈合兩方面表征了瀝青自愈合過(guò)程并建立對(duì)應(yīng)的關(guān)系式，但其中參數(shù)獲得較為困難，Little、Bhasin和Bommavaram等在這方面有所研究。此外，由于基于擴(kuò)散模型的瀝青自愈機(jī)理研究主要借鑒聚合物材料的相關(guān)研究成果，其對(duì)于瀝青材料的適用性還有待檢驗(yàn)。

基于毛細(xì)流動(dòng)理論的瀝青自愈

基于瀝青毛細(xì)流動(dòng)現(xiàn)象的室內(nèi)試驗(yàn)，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的álvaroGarcía建立了瀝青自愈毛細(xì)流動(dòng)理論模型并提出對(duì)應(yīng)假設(shè)：適宜的溫度條件下，瀝青在毛細(xì)作用驅(qū)動(dòng)下的裂縫處發(fā)生毛細(xì)流動(dòng)使得瀝青閉合，閉合域由于界面分子擴(kuò)散而強(qiáng)度恢復(fù)。álvaroGarcía認(rèn)為驅(qū)使瀝青發(fā)生毛細(xì)作用的力主要有地心引力、瀝青表面張力和瀝青粘結(jié)力。根據(jù)毛細(xì)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)Figure3Capillaryflowexperiment據(jù)以上認(rèn)識(shí)，得出基于毛細(xì)流動(dòng)理論的愈合方程。合毛細(xì)動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析了毛細(xì)作用下的瀝青自愈合，但該模型要求瀝青處于牛頓流體狀態(tài)，因而對(duì)溫度較低情況下的瀝青自愈可能不再適用。

瀝青自愈評(píng)價(jià)指標(biāo)與測(cè)試方法研究

近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)瀝青自愈行為評(píng)價(jià)指標(biāo)及測(cè)試方法進(jìn)行了大量研究。

瀝青混合料自愈增強(qiáng)技術(shù)研究

盡管瀝青具有自愈合能力，但受荷載作用間歇時(shí)間短和環(huán)境因素的影響，瀝青路面中瀝青自愈能力的發(fā)揮受了較大的***。因此，通過(guò)一定的技術(shù)措施增強(qiáng)瀝青自愈能力十分必要。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于瀝青自愈增強(qiáng)技術(shù)主要圍繞2個(gè)方面：①主動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)，即通過(guò)聚合物改性等方式提高瀝青自愈合能力和優(yōu)化瀝青混合料組成設(shè)計(jì)提高瀝青混合料自愈合能力;②被動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)，包括誘導(dǎo)式加熱、自愈微膠囊、毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。

主動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)

Shen等人認(rèn)為瀝青自愈合能力由裂縫表面自由能和裂縫界面分子自擴(kuò)散能力決定，Kim等則提出亞甲基與甲基比，與瀝青自愈速率有一定正相關(guān)性。Jones、VanderZwaag等人試圖通過(guò)離聚物的可逆離子鍵結(jié)合機(jī)制實(shí)現(xiàn)瀝青自愈的增強(qiáng)。根據(jù)Tyagi等人研究可知，納米粒子也可能是增強(qiáng)瀝青自愈的能力的不錯(cuò)選擇，其原理是在納米作用下的納米粒子想裂縫處不斷積累，從而起到抑制裂縫發(fā)展的作用。其他基于聚合物材料自愈的主動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)還有改良型交聯(lián)聚合物、超分子橡膠和分子內(nèi)部擴(kuò)散等，Qiu等對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。Grant、Kim等人從瀝青混合料設(shè)計(jì)的角度研究了瀝青混合料自愈特性，Grant根據(jù)試驗(yàn)得出粗級(jí)配瀝青混合料自愈速率高于細(xì)級(jí)配瀝青混合料自愈速度，而Kim等研究認(rèn)為低瀝青含量比高瀝青含量時(shí)的自愈速率要大，這些研究成果與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相悖，故有待深入研究。

被動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)

被動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)主要可分為誘導(dǎo)式加熱、引入自愈劑和催化劑等措施?；跍囟葘?duì)瀝青自愈速率的影響，Garcia以及荷蘭Delft大學(xué)的Liu等通過(guò)摻加導(dǎo)電纖維、石墨等導(dǎo)電介質(zhì)使瀝青混凝土具有導(dǎo)電能力，從而通過(guò)定期對(duì)路面加熱實(shí)現(xiàn)自愈能力的增強(qiáng)。這一做法在試驗(yàn)路中得以實(shí)現(xiàn)且表現(xiàn)較好。White等提出微膠囊自愈法，其原理是瀝青開(kāi)裂引發(fā)膠囊壁斷裂，從而導(dǎo)致愈合要就流出并與外界發(fā)生一定化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成聚合物對(duì)起到填充裂縫的作用。為應(yīng)對(duì)實(shí)際路面復(fù)雜的環(huán)境，Garcia等用環(huán)氧樹(shù)脂和細(xì)沙制備的膠囊壁，裹附作為再生劑載體的多孔砂形成含再生劑的膠囊顆粒?；陬愃频脑?，Bleay、Toohey等人還提出了中空玻璃纖維法和毛細(xì)管網(wǎng)法，Qiu等對(duì)此作了總結(jié)。

結(jié)語(yǔ)

瀝青及瀝青混合料自愈合為解決瀝青路面開(kāi)裂問(wèn)題及由此引發(fā)的其他道路病害提供了新的思路，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于瀝青路面使用壽命的提高具有十分重要的研究?jī)r(jià)值。目前，有關(guān)瀝青自愈合行為的研究較為零散，有些問(wèn)題尚無(wú)定論(如聚合物改性瀝青對(duì)于瀝青混合料自愈合速率的影響問(wèn)題)，有些研究結(jié)果甚至有悖于傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)(如粗集料、低瀝青含量混合料相比細(xì)集料、高瀝青含量自愈合速率要高)。當(dāng)前，還沒(méi)有哪一種理論能夠全面描述瀝青自愈合行為，也沒(méi)有能夠系統(tǒng)評(píng)價(jià)自愈合行為的指標(biāo)和測(cè)試方法，關(guān)于瀝青及瀝青混合料自愈合能力的增強(qiáng)技術(shù)也并不完善。因此，系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)于瀝青自愈合行為的研究成果十分必要。同時(shí)，有關(guān)瀝青自愈的機(jī)理、表征方法以及增強(qiáng)技術(shù)等問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究和完善。