溫度場(chǎng)對(duì)鋼筋瀝青混凝土自愈合性能的影響

李文龍，唐 進(jìn)

（1.通遼市交通工程局，通遼 028000；2.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

在40多年前，研究員就發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土具有自愈合功能。因?yàn)闉r青是一種膠凝材料，瀝青混凝土就是利用膠凝材料（瀝青）與骨料膠結(jié)而形成的材料。瀝青混凝土的防滲性能好、施工方便，在現(xiàn)代水工建筑土石壩心墻得到廣泛使用［1］。膠結(jié)材料的含量、溫度及混凝土的級(jí)配等方面都會(huì)對(duì)瀝青混凝土材料力學(xué)特性有較大影響，但膠結(jié)材料的含量和混凝土的級(jí)配可以通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行合理選擇，然而環(huán)境溫度的變化不是人為控制的。同時(shí)瀝青混凝土的自愈合是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的現(xiàn)象，它受自愈合溫度、自愈合時(shí)間、破壞階段以及改性材料的影響［2］。目前已有很多自愈合方法被科研工作者用于表征自愈合速率，例如Shen等［3］用不同的自愈合時(shí)間與加載時(shí)間的比來(lái)定義自愈合；Bhasin A等［4］利用兩片固定材料進(jìn)行自愈合測(cè)試。

用鋼條對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行加熱，從而對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行修復(fù)。利用有限元軟件ANSYS分析瀝青路面溫度場(chǎng)分布狀態(tài)。研究瀝青混凝土試塊內(nèi)部溫度場(chǎng)分布、變化規(guī)律，以及鋼條對(duì)其溫度場(chǎng)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 材料熱物性參數(shù)

本次實(shí)驗(yàn)采用砂巖和SBS改性瀝青，混合料類型為AC－13密實(shí)型結(jié)構(gòu)30cm×30cm×10cm，鋼條直徑6cm，深度5cm。建立基本模型如圖1所示，材料熱物性參數(shù)如表1所示。

表1 瀝青混合料和加熱鋼條的熱物性參數(shù)

由于該模型對(duì)稱，為節(jié)約計(jì)算時(shí)間，建立二維分析模型，如圖2所示。

1.2 基本假定

1）瀝青混凝土為完全均勻的各向同性的連續(xù)體；

2）除了與瀝青混凝土上表面接觸的邊界，其余的邊界均為絕熱；

3）鋼條的溫度始終保持在80℃。

1.3 邊界條件

瀝青混凝土表面按照第一類邊界條件，表面溫度取室內(nèi)環(huán)境溫度，并在瀝青混凝土表面施加對(duì)流換熱邊界條件，以大風(fēng)表面［5］，取對(duì)流換熱系數(shù)為22W/m2·℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼條加熱瀝青混凝土溫度場(chǎng)分析結(jié)果

利用有限元軟件ANSYS對(duì)瀝青混凝土結(jié)構(gòu)不同深度的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真模擬，路面結(jié)構(gòu)中A、B、C、D的溫度曲線如圖3所示。與空氣接觸的路面（A、C）升溫較慢，而A點(diǎn)距加熱鋼條的距離比C點(diǎn)距鋼條要遠(yuǎn)，因此，C點(diǎn)升溫更快一些。D點(diǎn)距加熱價(jià)鋼條最近，因此D點(diǎn)是升溫最快的。A、B、C、D各點(diǎn)的溫度分布都是符合實(shí)際的。

在加熱時(shí)，各個(gè)時(shí)刻瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布都是不同的，如圖4所示。在掌握一定數(shù)據(jù)的情況下，可以對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

該文基于熱傳學(xué)基本原理和有限元方法建立了瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)非瞬態(tài)溫度場(chǎng)基本模型，為瀝青混凝土自愈合做好了可靠的理論依據(jù)。

在正確掌握材料各類邊界條件、熱物性參數(shù)，可比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)混凝土路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分布，從而節(jié)約了人工測(cè)量的人力物力。隨著路面距離鋼條的距離增加，溫度逐漸減小?？烧J(rèn)為控制鋼條的溫度，為瀝青加熱自愈合奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 林寶玉，丁健彤.水工材料的發(fā)展前景展望［J］.中國(guó)水利，2006，20：61－63.

［2］ Qiu J.Self Healing of Asphalt Mixes.Literature Review.Research report 7－08－183－1，Delft University of Technology，2008.

［3］ Shen S，Chiu H M，Huang H.Characterization of Fatigue and Healing in Asphalt Binders［J］.J Mater Civ Eng，2010，22（9）：6－10.

［4］ Bhasin A，Little D N，Bommavaram R，et al.A Framework to Quantify the Effect of Healing in Bituminous Materials Using Material Properties［J］.Road Mater Pavement Des EATA，2008，15：219－242.

［5］ 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，建設(shè)部.GB 50176—93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.