【摘要】：瀝青是一種粘彈性材料,在荷載間歇期可自動(dòng)修復(fù)其內(nèi)部的微裂紋,這種自修復(fù)性能與溫度密切相關(guān),通過(guò)提升愈合溫度可增強(qiáng)瀝青混凝土的裂紋修復(fù)能力。利用電磁感應(yīng)加熱提高導(dǎo)電瀝青混凝土的愈合溫度是一種先進(jìn)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)方法,但目前缺少關(guān)于瀝青混凝土電磁感應(yīng)加熱的溫度分布及其梯度愈合特性的研究,且瀝青混凝土的感應(yīng)加熱速率偏低。針對(duì)上述問(wèn)題,本文研究了鋼纖維瀝青混凝土電磁感應(yīng)加熱作用下的溫度梯度分布特性與梯度愈合規(guī)律,并通過(guò)鋼棉纖維與鋼渣復(fù)摻顯著提升了瀝青混凝土的感應(yīng)加熱速率。首先,制備了可被感應(yīng)加熱的鋼棉纖維瀝青混凝土,通過(guò)力學(xué)性能確定了鋼棉纖維最佳摻量為6%,同時(shí)對(duì)鋼棉纖維瀝青混凝土電磁感應(yīng)加熱作用下的溫度分布特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:感應(yīng)加熱下瀝青混凝土在縱向上存在明顯的溫度梯度,加熱時(shí)間越長(zhǎng)、加熱距離越近,溫度梯度越大;將瀝青的軟化點(diǎn)溫度作為瀝青混凝土產(chǎn)生有效愈合的起始溫度,并據(jù)此測(cè)定了感應(yīng)加熱對(duì)瀝青混凝土產(chǎn)生的有效愈合深度,愈合深度與加熱距離和加熱時(shí)間有關(guān),加熱距離越小、加熱時(shí)間越長(zhǎng),有效愈合深度越大,在加熱距離為10mm和20mm時(shí)瀝青混凝土的有效深度分別為4.7cm和3.8cm(表面溫度約100℃)。其次,采用三層小梁試件斷裂-感應(yīng)加熱-斷裂試驗(yàn)對(duì)鋼棉纖維瀝青混凝土的電磁感應(yīng)加熱愈合特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:與微波加熱相比,在相同的表面溫度下電磁感應(yīng)的溫度梯度特性導(dǎo)致其愈合效率偏低;感應(yīng)加熱作用下瀝青混凝土在縱向上表現(xiàn)出明顯梯度愈合的特性,愈合效率沿縱向遞減,感應(yīng)加熱時(shí)間越長(zhǎng),試件縱向愈合效率相差越大;縮短加熱距離和增加愈合次數(shù)(延長(zhǎng)愈合時(shí)間)均可提高試件的愈合效率。最后,通過(guò)鋼渣與鋼棉纖維復(fù)摻制備了快速感應(yīng)加熱瀝青混凝土,并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:復(fù)摻鋼渣可將鋼棉纖維瀝青混凝土的感應(yīng)加熱速率提高34%,同時(shí)可提高其愈合效率;鋼渣降低了混凝土整體的熱傳導(dǎo)能力,鋼棉纖維能增加混凝土的熱傳導(dǎo)能力;鋼棉纖維能夠提高水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能,而鋼渣降低了水穩(wěn)定性、增強(qiáng)高溫穩(wěn)定性、對(duì)低溫抗裂性能影響不大。其他力學(xué)性能表明:鋼渣和鋼棉纖維均能提高瀝青混凝土強(qiáng)度,但鋼棉纖維增強(qiáng)了混凝土的韌性而鋼渣降低了韌性表現(xiàn)為脆性破壞。
【圖文】：

表面接觸、表面浸潤(rùn)、擴(kuò)散和隨機(jī)化，其中最重要的兩個(gè)步驟為界面浸潤(rùn)和界面處分子的擴(kuò)散重排，這兩個(gè)過(guò)程均受溫度影響嚴(yán)重。采用 Wool 的理論能夠較為直觀地解釋瀝青自愈合發(fā)生的過(guò)程，并且本文的研究?jī)?nèi)容為感應(yīng)加熱愈合增強(qiáng)技術(shù)，因此本文僅分析上述兩個(gè)愈合過(guò)程的機(jī)理。界面浸潤(rùn)和界面處分子的擴(kuò)散重排均有助于裂紋的愈合，，為了更好的理解這兩個(gè)步驟發(fā)生的過(guò)程，圖 1-展示了這兩個(gè)過(guò)程的模型示意圖。

兩個(gè)過(guò)程的影響因素均是從材料本身的屬性出發(fā)進(jìn)行分析的性能不同，浸潤(rùn)和重排的速率不一致，導(dǎo)致最終的愈合效率壓力、環(huán)境溫度、間歇期等也是影響瀝青愈合效率的重要因響上述兩個(gè)愈合過(guò)程對(duì)愈合率的貢獻(xiàn)程度。這兩個(gè)愈合過(guò)程描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行觀察，Ganjei[22]通過(guò) SEM 觀察到熱A)微裂紋處的愈合現(xiàn)象：如圖 1-2 所示，圖 1-2(a)為斷裂面的接程中發(fā)生裂紋處的浸潤(rùn)；1-2(b)為分子的擴(kuò)散和重排的結(jié)果，與面積明顯增加，即對(duì)于圖 1-1 中描述的灰色區(qū)域面積增大；圖之后界面處的裂紋完全消失。該圖說(shuō)明瀝青膠漿的流動(dòng)是瀝合的關(guān)鍵因素，在材料種類(lèi)確定的情況下，影響愈合效率的間歇期等外界條件，而通過(guò)加熱提高愈合溫度是增強(qiáng)愈合效式，因此，電磁感應(yīng)加熱是一種應(yīng)用前景廣闊的瀝青混凝土
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U414

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