公路交通系统的完善对整个社会经济发展有着举足轻重的影响。沥青公路路面具有表面平整无接缝行车振动小噪音低铺筑后开放交通快等优点,在高等级公路和市政道路中得到越来越广泛的应用。但由于环境因素影响,长期服役的沥青公路会因沥青老化使得路面产生车辙裂缝松散坑槽等病害,对交通运输的安全性和高效性以及社会经济的发展都会产生严重影响,随着社会不断发展,交通运输任务日益繁重,因此而产生的恶性循环将不断增大。目前,我国每年有超过的沥青路面需要养护,养护资金需求年均近亿元,所产生的大量废弃沥青混合料已造成了严重的资源浪费和环境污染我国的公路养护及其所存在的问题已引起的高度重视,如何延长公路的使用寿命,降低维护成本对于整个社会经济都有着十分重要的意义。
通常,沥青路面常用维修养护方法主要有雾封层法稀浆封层法微表处法碎石封层法裂缝填封法修复剂喷涂法沥青混凝土加铺层法以及就地热再生法等。如常用的裂缝填封法就是通过清理裂缝,将新鲜沥青重新注人到裂纹中,这种方法简单易操作,而且成本也比较低,但裂缝与沥青之间的结合并不牢固,需要每年都重新修补,这种累计产生费用和对人力的耗费都是极高的。修复剂喷涂也是一种常规方法,通过乳化老化沥青,以修复表面微小裂纹,但因修复剂的渗透能力有限,不能达到深度修护的效果。上述方法均是在路面出现轻微或较严重病害之后所采取的被动维修法,存在养护时机难以抉择维护周期长对道路通行影响大资源消耗大成本高等缺点。
沥青为一种复杂的混合高分子材料,其物性符合高分子运动规律应力松弛原理和时温等效原理等。沥青混凝土本身具有一定的自修复性能,在荷载间歇期,沥青混凝土中小于某尺度(阈值尺度)的微裂纹会自动愈合,使其模量和强度得到恢复。但是,沥青本身修复能力有限且耗时较长,且温度过低或裂纹大于其可自修复的阈值尺度时,沥青很难实现自我修复。因此,须通过沥青自修复技术,提高沥青的自修复性能,延长沥青的使用寿命,使得沥青的自我愈合自我修复能力增强。
电感应加热法最初应用于通过加热将路面上的积雪和冰及时融化上。通过相似原理,研究者发现将导电纤维和导电填充物混入沥青中,通电加热可用来修复沥青老化出现的微裂纹。其基本原理是:埋人沥青中的导电纤维或导电介质,经感应电流产生的焦耳热会加热周边的沥青使其处于黏流态,沥青渗人到小裂缝中,然后重新冷却凝固使裂缝消失。吴少鹏团队前期的研究表明:掺加钢纤维的导电沥青混凝土可以用于电磁感应加热;电磁感应加热可以使沥青砂浆中的裂纹愈合;电磁感应加热可以使沥青混凝土断裂梁的强度得到恢复,并且加热温度越高,强度回复率越大;电磁感应加热可以使沥青混凝土的疲劳寿命延长倍以上。可以看出当温度升高时,沥青恢复到同样强度时所需要的时间会随温度升高而减小;电磁感应法使得沥青混凝土的疲劳寿命大幅度延长。发现,电磁感应加热可以大幅度提高沥青混凝土的自修复性能,并减少沥青混凝土自修复所需的时间,且将沥青加热到℃时也不会加深沥青的老化程度。等人的研究表明,电磁感应加热可以起到六次以上的愈合效果。上述研究表明,电磁感应加热可以修复沥青混凝土中的裂纹从而大幅度延长其服役寿命。
电感应加热法修复过程的关键因素是产生焦耳热,而影响焦耳热最为直接的客观条件就是导电介质的电阻率,电阻率是随导电介质的形态变化而变化的。研究表明,导电纤维的导电性能优于其他导电填充物,即选择导电纤维更有利于产生焦耳热;且长纤维的导电性优于短纤维,加人的纤维还有防止沥青流失,延缓松散效应,加固路面的作用。除电阻率外,其他因素也会受到导电介质的影响:对于沥青凝土热传导率而言,随沥青中包含的钢纤维体积增加热传导率是增大的,导电率随钢纤维含量增加而增加,而感应加热速率则取决于钢纤维的体积和直径。可以看出,在如何选择导电介质方面应根据实际情况进行比对,进而满足修复的基本需求。
电感应加热这一方法操作实施相对简单,理论基础较明确,其修复效果得到了初步验证,有望成为一种先进的沥青路面养护技术。但其仍有待完善之处,如电感应加热法仅仅通过加热使沥青产生黏流态,简单的使微裂缝暂时弥合,不能从本质上改变沥青的化学结构,即不能增加沥青自身的修复能力。电感应法加热温度一般为℃沥青如经过长时间反复加热会更加加速了其老化速度,不断地高温加热也会使得沥青流失。同时,采取这一方法中的反复加热还会挥发有毒气体,如果大面积长期使用对于环境是不利的,不符合建立环境友好型社会的要求。由于整体修复过程不可以适时调整,这一方法还需继续完善它的智能性,如在加热时加热的温度加热的时间以及整个路面上的沥青损伤程度都应有具体标准来衡量;电感应设备经过时可以根据传感器测得的数据反馈到电脑程序里,适时调节设备工作状态,从而能既不浪费资源也达到预期效果。纤维发生的氧化会影响导电传热性能,在这个过程中产生的一些热损失或者导电损失都要进行考量,需要更多地理论依据构建完整理论体系。这个方法虽然实用性很好,但也有自身发展空间,需要进一步探索。返回搜狐,查看更多责任编辑:










