封裝愈合劑及橡膠瀝青混合料的自愈性能

何 亮 蔡 卓 張軍輝 王渝文

(1重慶交通大學(xué)交通土建工程材料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400074)(2重慶交通大學(xué)歐洲研究中心, 重慶 400074)(3長沙理工大學(xué)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室, 長沙 410114)

廢舊橡膠粉改性瀝青不僅具有良好的高溫穩(wěn)定性、抗裂性、抗老化等性能,同時(shí)還能大大減輕廢舊輪胎堆積對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響,在我國高速公路路面工程中有著廣泛的應(yīng)用.近年來,我國交通量增速遠(yuǎn)高于道路里程增速,外加超載超限的現(xiàn)象十分嚴(yán)重,這對我國的橡膠瀝青路面提出了更高的抗裂要求；另一方面,北方每年出現(xiàn)的暴雪天氣會(huì)使氣溫驟降到-30 ℃以下,橡膠瀝青路面在極端天氣下開裂也不可避免.因此,如何充分地利用橡膠瀝青混合料的抗裂優(yōu)勢,及時(shí)修復(fù)無法避免的早期裂縫將成為目前急需解決的問題.

瀝青混合料自愈合修復(fù)技術(shù)可利用瀝青的自愈合能力恢復(fù)其力學(xué)性能,以最小的維修成本延長路面使用壽命,同時(shí)大大減少環(huán)境污染.其主要原理為將封裝愈合劑的微膠囊加入混合料中,當(dāng)混合料出現(xiàn)開裂時(shí)微膠囊也隨之破壞,同時(shí)釋放出愈合劑加速瀝青自愈合,是一種集高效、節(jié)能與環(huán)保為一體的瀝青路面非破壞性早期養(yǎng)護(hù)的有效途徑.Garcia等[1-3]將封裝愈合劑技術(shù)引入瀝青混合料中,并開發(fā)了1.6 mm的微膠囊,囊芯是填充有愈合劑的多孔砂,囊壁是環(huán)氧樹脂和細(xì)砂；通過間接拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微膠囊降低了瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度和疲勞壽命并增加了最終變形.Su等[4]采用兩步凝聚法制備了以甲醛-三聚氰胺-甲醛(MMF)為囊壁的5～23.5 μm微膠囊,發(fā)現(xiàn)調(diào)整攪拌速率、囊芯材料、囊壁材料比例可以控制微膠囊的平均粒徑、壁厚、壁密度和包封率；并通過納米壓痕試驗(yàn)測試了MMF微膠囊的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)微膠囊的尺寸和囊壁厚度是影響微膠囊力學(xué)性能的主要因素[5]；同時(shí),發(fā)現(xiàn)微膠囊的尺寸、愈合劑含量、修復(fù)溫度與時(shí)間是影響瀝青基材料自修復(fù)行為的主要因素[6].Sun等[7]用原位聚合法合成了三聚氰胺甲醛樹脂(MF)為囊壁的微膠囊,并用激光捕獲顯微解剖試驗(yàn)(LMD)測試了微膠囊破裂后愈合劑的釋放速度,發(fā)現(xiàn)55%的愈合劑從破碎的微膠囊中流出只需要10 s.Micaelo等[8]開發(fā)了以海藻酸鈣包封葵花籽油為囊芯,以環(huán)氧樹脂和細(xì)砂為囊壁的微膠囊,認(rèn)為該微膠囊的摻入不影響瀝青混合料的抗疲勞性能.Shirzad等[9]對比了葵花籽油和Pennz Suppress兩種愈合劑,發(fā)現(xiàn)葵花籽油能夠更有效地輔助老化瀝青混合料自愈合.Garcia等[10]通過循環(huán)加載的方式模擬了封裝葵花籽油的微膠囊在交通荷載作用下的破裂情況,發(fā)現(xiàn)微膠囊在循環(huán)加載的過程中逐漸破裂.愈合劑在間歇期內(nèi)流出軟化了的瀝青；另外,混合料的勁度模量隨微膠囊的直徑減小而減小[11].Tabakovic等[12]比較了瀝青混合料自愈合特性的多種評價(jià)方法,認(rèn)為四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)是最合適的評價(jià)方法.Su等[13]通過試驗(yàn)段發(fā)現(xiàn)微膠囊在施工過程能夠保持完好,并在極端溫度變化后能夠保持穩(wěn)定.目前,摻封裝愈合劑的微膠囊瀝青路面自愈合技術(shù)仍處于探索階段,該技術(shù)要求在瀝青混合料生產(chǎn)、施工的過程中要確保微膠囊完好,同時(shí)其力學(xué)強(qiáng)度又不能太高,否則在路面開裂時(shí)不能及時(shí)破裂,而且微膠囊的摻入不應(yīng)對路面原有的路用性能帶來較大的負(fù)面影響.

本文采用銳孔-凝固浴法方法制備封裝愈合劑海藻酸鈣微膠囊,并基于微膠囊在橡膠瀝青混合料生產(chǎn)、施工和服役中所處的高溫與受力環(huán)境下進(jìn)行了微膠囊的基本物理指標(biāo)、內(nèi)外結(jié)構(gòu)特征、耐熱性能、耐壓性能、開裂有效性等方面研究,優(yōu)選出適用于橡膠瀝青路面自愈合修復(fù)的微膠囊,并通過四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)評價(jià)該膠囊對橡膠瀝青混合料自愈合性能的提升效果,最后探討了微膠囊對混合料路用性能的影響,以期為封裝愈合劑技術(shù)在橡膠瀝青路面工程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ).

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

微膠囊合成試驗(yàn)的囊壁主要原料為海藻酸鈉分析純(天津巴斯夫)、氯化鈣分析純(天津登科),囊芯愈合劑為菜籽油(凱欣糧油).

橡膠瀝青選用基質(zhì)瀝青為中石油東海牌70#瀝青,以及常溫研磨法生產(chǎn)的30目廢胎膠粉.粗集料、細(xì)集料、礦粉均為重慶地區(qū)的石灰?guī)r,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足行業(yè)規(guī)范要求.

1.2 橡膠瀝青混合料的制備

1.2.1 橡膠瀝青的制備與主要技術(shù)指標(biāo)

橡膠瀝青改性采用濕法工藝,膠粉摻量為外摻20%.表1為試驗(yàn)用橡膠瀝青的基本指標(biāo),均符合《公路工程廢胎膠粉橡膠瀝青中華人民共和國交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(JT/T 798—2011)中橡膠瀝青技術(shù)要求.

表1 橡膠瀝青基本指標(biāo)

1.2.2 混合料的設(shè)計(jì)與成型

本研究選用《橡膠瀝青及混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南》提供的ARHM-13(w)橡膠瀝青混合料,通過馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定最佳油石比,結(jié)果見表2.

表2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

封裝愈合劑微膠囊的添加采用干法工藝,在普通橡膠瀝青混合料拌和完成后摻入瀝青質(zhì)量5%的微膠囊,并攪拌30 s.

1.3 試驗(yàn)方案

1.3.1 封裝愈合劑微膠囊的制備與基本特征試驗(yàn)

本文采用銳孔-凝固浴法制備海藻酸鈣微膠囊,方法步驟如下：

① 混合.將海藻酸鈉、菜籽油、蒸餾水按照一定的比例混合,其中海藻酸鈉與蒸餾水的質(zhì)量比為2.5%.

② 攪拌.上述混合物在高速剪切攪拌機(jī)的作用下形成均勻的乳液.

③ 成型.將上述乳液逐滴滴入到CaCl2溶液中,得到囊壁為海藻酸鈣微膠囊；將上述微球在氯化鈣溶液中攪拌浸泡2～6 h.

④ 干燥.將浸泡后的微球在一定溫度下鼓風(fēng)干燥,直至微球完全干燥成半透明狀,形成海藻酸鈣油囊.

按照上述微膠囊的制備方法,本文制作了不同油水比(菜籽油/蒸餾水)的微膠囊.選取其中包封性較好的微膠囊進(jìn)行物理指標(biāo)測試、顯微結(jié)構(gòu)觀察等基本特征試驗(yàn).

1.3.2 封裝愈合劑微膠囊的耐熱性能

由于橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)與施工溫度比普通瀝青混合料高約20 ℃,因此微膠囊需要更高的熱穩(wěn)定性來保證微膠囊在經(jīng)歷施工環(huán)節(jié)后能夠保持絕大部分完好.將不同油水比的微膠囊分別在不同溫度的高溫環(huán)境中放置5 h,測量微膠囊的質(zhì)量損失.

1.3.3 封裝愈合劑微膠囊的耐壓性能

封裝愈合劑的微膠囊需要足夠的耐壓能力,以保證微膠囊能夠在橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)、施工過程中不提前破裂.本文通過獨(dú)立加載試驗(yàn)測試了不同油水比的微膠囊在不同荷載條件下愈合劑的泄露情況,然后結(jié)合模擬橡膠瀝青混合料的可視化馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)確定微膠囊的耐壓性能.

1.3.4 封裝愈合劑微膠囊開裂有效性

微膠囊一方面需要足夠的耐壓強(qiáng)度；另一方面還需要在路面產(chǎn)生微裂縫時(shí)及時(shí)破裂,從而釋放愈合劑.利用瀝青延度試驗(yàn)在試模灌模過程中加入若干微膠囊；然后將試件冷凍處理后直接拉斷,根據(jù)試件斷面部位的微膠囊的破裂情況判斷微膠囊隨橡膠瀝青裂縫而開裂的有效性.

1.3.5 摻微膠囊的橡膠瀝青混合料自愈合特性試驗(yàn)

采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)進(jìn)行混合料自愈合特性評價(jià)方法.采用澳大利亞IPC的UTM 試驗(yàn)機(jī),首先對摻微膠囊與原樣橡膠瀝青混合料小梁試件進(jìn)行15 ℃的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn),頻率為10 Hz的半正弦波,應(yīng)變?yōu)?×10-4,在小梁達(dá)到其初始勁度模量的50%時(shí)終止試驗(yàn)；然后,將小梁置于室溫條件(20 ℃)中間歇20 h,并對間歇后的小梁再次進(jìn)行相同的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn),分別計(jì)算2組小梁的勁度模量恢復(fù)率和疲勞壽命恢復(fù)率.

1.3.6 摻微膠囊的橡膠瀝青混合料路用性能試驗(yàn)

微膠囊的摻入可能會(huì)對瀝青路面的路用性能產(chǎn)生一定的影響,因此還需要進(jìn)行混合料的路用性能試驗(yàn),保證其能夠滿足瀝青路面規(guī)范的技術(shù)要求.研究內(nèi)容包括高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性.

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 封裝愈合劑微膠囊的制備與基本特征試驗(yàn)

2.1.1 封裝愈合劑微膠囊的制備試驗(yàn)

本文采用銳孔-凝固浴法制備了油水比為1∶1,1∶2,1∶4,1∶6,1∶8,1∶10的6種微膠囊,如圖1所示.

(a) 1∶1

(b) 1∶2

(c) 1∶4

(d) 1∶6

(e) 1∶8

(f) 1∶10

由圖1可見,微膠囊在烘干過程中均會(huì)出現(xiàn)一定漏油現(xiàn)象.但隨著油水比的減小,其漏油情況也逐漸減少.其中油水比1∶1,1∶2,1∶4的微膠囊烘干后可以觀察到漏油情況明顯,且其強(qiáng)度偏低,部分微膠囊在烘干過程中發(fā)生了結(jié)構(gòu)和形狀的改變,不利于其在橡膠瀝青混合料生產(chǎn)與施工過程中保持完好.油水比1∶6,1∶8,1∶10的微膠囊顆粒完整且漏油情況明顯減少,具有較高的強(qiáng)度.這可能是由于不同油水比海藻酸鈣微膠囊囊壁的厚度差異所致,隨著油水比的減小,相同體積乳濁液中的海藻酸鈉含量增加,在氯化鈣定型液中成型的微膠囊將擁有較厚的海藻酸鈣囊壁.

鑒于此,本文將著重研究油水比1∶6,1∶8,1∶10的微膠囊的性能,并從中優(yōu)選出最適合橡膠瀝青路面的微膠囊作進(jìn)一步混合料試驗(yàn).

2.1.2 封裝愈合劑微膠囊的基本物理指標(biāo)

測試微膠囊的平均粒徑、平均質(zhì)量以及平均含芯率(囊芯與微膠囊質(zhì)量比),結(jié)果見表3.由表可見：隨著油水比的減小,微膠囊的粒徑和質(zhì)量逐漸減小,油水比1∶8的微膠囊的含芯率最高.

表3 微膠囊的基本物理指標(biāo)

2.1.3 封裝愈合劑微膠囊的顯微結(jié)構(gòu)分析

首先,通過40倍光學(xué)顯微鏡觀察油水比1∶6,1∶8,1∶10微膠囊的外部切片,結(jié)果如圖2所示.

(a) 1∶6

(b) 1∶8

(c) 1∶10

由圖2可見,3種微膠囊囊壁外表粗糙,材質(zhì)較為致密,有助于增大微膠囊與瀝青之間的接觸面積,保證微膠囊力學(xué)強(qiáng)度.

采用光學(xué)顯微鏡觀察3種微膠囊的內(nèi)部切片,結(jié)果如圖3所示.由圖可見：微膠囊內(nèi)部切片中有多個(gè)不規(guī)則氣泡狀的空腔結(jié)構(gòu),可以儲(chǔ)存囊芯材料,相比單一腔體還能增強(qiáng)微膠囊的抗壓性能.

(a) 1∶6

(b) 1∶8

(c) 1∶10

2.2 封裝愈合劑微膠囊的耐熱性能分析

本研究通過微膠囊在160,180,200 ℃的烘箱高溫環(huán)境中5 h的質(zhì)量損失比(累計(jì)質(zhì)量損失/初始質(zhì)量)來表征其耐熱性能,如圖4所示.

由圖4可見,在相同溫度下,隨著時(shí)間的增加,3種微膠囊的質(zhì)量損失逐漸增大,其增長速率逐漸減緩,并在5 h附近趨于穩(wěn)定,且3種微膠囊的質(zhì)量損失比表現(xiàn)出相同的增長規(guī)律,油水比1∶6>1∶8>1∶10；同時(shí),隨著溫度的升高,同一種微膠囊的質(zhì)量損失也逐漸增加,其中在200 ℃時(shí)質(zhì)量損失大幅增加.因此,油水比1∶10的微膠囊耐熱性能最佳,同時(shí)其在橡膠瀝青混合料生產(chǎn)與施工中的溫度不應(yīng)超過200 ℃.

(a) 160 ℃

(b) 180 ℃

(c) 200 ℃

(d) 不同溫度下微膠囊的最終質(zhì)量損失

2.3 封裝愈合劑微膠囊的耐壓性能分析

2.3.1 微膠囊獨(dú)立加載試驗(yàn)

在常溫環(huán)境(20 ℃)下,將3顆相同油水比的微膠囊放置于一個(gè)墊有濾紙的玻璃皿底部,微膠囊呈等邊三角形布置,其上蓋有另一個(gè)直徑略小的玻璃皿,在上面玻璃皿中放置不同質(zhì)量的砝碼，對油水比1∶6,1∶8,1∶10的微膠囊進(jìn)行加載試驗(yàn),通過濾紙上所顯示的油印面積來表征微膠囊的耐壓性能.耐壓性試驗(yàn)裝置如圖5所示,試驗(yàn)結(jié)果見圖6.

圖5 微膠囊獨(dú)立加載試驗(yàn)

由圖6可見：隨著加載質(zhì)量的增加,微膠囊的油印面積不斷增大；同時(shí)隨著加載時(shí)間的增加,囊芯材料逐漸釋放,但釋放速率逐漸減小,特別是500 g加載3種微膠囊均在90 min出現(xiàn)了明顯的釋放速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)而趨于平穩(wěn),這應(yīng)該與微膠囊的內(nèi)部多腔體結(jié)構(gòu)有關(guān).

另外,相同加載條件下油水比1∶6的微膠囊具有最大的愈合劑釋放量,且遠(yuǎn)大于另外2種微膠囊,因而不適用于橡膠瀝青混合料生產(chǎn)與施工過程中的復(fù)雜受力環(huán)境.油水比1∶10的微膠囊表現(xiàn)出最優(yōu)的耐壓性能.

2.3.2 模擬摻微膠囊的橡膠瀝青混合料可視化

吳邦偉將他的一生都獻(xiàn)給了體育事業(yè)，為中國體育做出了重要的貢獻(xiàn)；同時(shí)他也是近代中國較早深入研究社會(huì)體育的學(xué)者之一，但迄今為止，尚未有學(xué)者對其社會(huì)體育思想進(jìn)行研究。研究以大成數(shù)據(jù)庫、超星百鏈、超星讀秀等數(shù)據(jù)庫檢索到的吳邦偉四十余篇期刊論文、演講稿和數(shù)本著作為基礎(chǔ)，對他的社會(huì)體育貢獻(xiàn)、思想進(jìn)行深入剖析。在全民健身如火如荼開展的當(dāng)下，對其體育思想進(jìn)行深入探討，不僅是對老一輩體育人的懷念，同時(shí)也是回顧歷史，汲取前輩的體育智慧，為當(dāng)代體育發(fā)展提供一些借鑒意義。

以馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)為基礎(chǔ),通過對摻加微膠囊的模擬橡膠瀝青混合料的成型來進(jìn)一步探究微膠囊的耐壓性能.模擬橡膠瀝青混合料即用普通膠水取代橡膠瀝青中的純?yōu)r青部分,同時(shí)加入相同比例的橡膠粉制成模擬橡膠瀝青,并采用已確定的混合料配合比按照常規(guī)的混合料攪拌工藝常溫下攪拌均勻后,分別加入油水比1∶6,1∶8,1∶10的微膠囊(瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)，再次攪拌30 s,雙面擊實(shí)75次,脫模后如圖7(紅色圈為部分可見微膠囊)所示.

脫模后發(fā)現(xiàn)在馬歇爾試件的外側(cè)可以清晰觀察到完整微膠囊的存在,說明微膠囊能夠承受混合料的擊實(shí)荷載.試件破壞后其內(nèi)部情況如圖8所示.由圖可見,馬歇爾試件的內(nèi)部依然有大部分微膠囊保持完整,表明在馬歇爾擊實(shí)荷載下,混合料內(nèi)部擠壓效應(yīng)依然不能使大部分微膠囊破壞.從破壞的馬歇爾試件中分離出形態(tài)完好的微膠囊和已經(jīng)破壞的微膠囊,如圖9所示.

(a) 100 g加載

(b) 200 g加載

(c) 300 g加載

(d) 400 g加載

(e) 500 g加載

(f) 最終油印面積

(a) 平面圖

(b) 側(cè)面圖

圖8 摻微膠囊的橡膠瀝青混合料模擬試件內(nèi)部圖

(a) 完整微膠囊

(b) 已破壞微膠囊

將篩選出來的完整微膠囊進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì),定義完整微膠囊數(shù)占所摻微膠囊數(shù)的比值為微膠囊的完整率.將3種油水比的微膠囊分別摻入到模擬橡膠瀝青混合料中得到3組混合料,擊實(shí)成型后,每組5個(gè)試件,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖10.

圖10 微膠囊完整率柱狀圖

由圖10可見,3種微膠囊的完整率分別為82.87%,91.76%,92.93%,且樣本數(shù)據(jù)波動(dòng)不大.3種微膠囊的完整率都達(dá)到80%以上,油水比1∶10的微膠囊的完整率最高,比油水比1∶6,1∶8的微膠囊分別高12.1%和1.3%,其中不同油水比的完整率1∶10>1∶8>1∶6,這表明大部分微膠囊能夠抵抗馬歇爾擊實(shí)荷載帶來的試件內(nèi)部壓應(yīng)力,其中油水比1∶10的耐壓性能最佳.

綜合不同油水比微膠囊的基本特征、耐熱性能和耐壓性能可以得出：3種微膠囊均能夠較好地封裝囊芯材料,其中油水比1∶10的微膠囊表現(xiàn)出最優(yōu)的耐熱性和耐壓性.最終選擇油水比1∶10的微膠囊作為制作摻微膠囊的橡膠瀝青混合料進(jìn)行混合料試驗(yàn).

2.4 封裝愈合劑微膠囊開裂有效性

向橡膠瀝青摻入10%的微膠囊,并在175 ℃下進(jìn)行5 h室內(nèi)薄膜加熱老化.按照瀝青延度試驗(yàn)的方法在延度儀試模中澆筑橡膠瀝青,之后將試件在-15 ℃的環(huán)境中冷凍1 h,最后將試件直接拉伸斷裂,獲得試件斷面如圖11所示.由圖可見,摻微膠囊的橡膠瀝青試件斷裂后,微膠囊與瀝青材料一同發(fā)生斷裂,表明微膠囊與橡膠瀝青間有足夠的黏附性,且能夠在瀝青路面產(chǎn)生裂縫時(shí)有效開裂.

圖11 微膠囊橡膠瀝青延度試件斷面圖

2.5 摻加微膠囊的橡膠瀝青混合料的自愈合特性

制備相同配合比摻微膠囊的和未摻微膠囊的2組橡膠瀝青混合料,其中摻微膠囊的橡膠瀝青混合料的微膠囊摻量為瀝青質(zhì)量的5%,將2組混合料分別進(jìn)行松散狀態(tài)175 ℃下4 h模擬短期老化,并按照瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)的方法切割小梁試件.對2組橡膠瀝青混合料小梁試件進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn),結(jié)果如圖12所示.

(a) 未摻微膠囊

(b) 摻加微膠囊

(a) 勁度模量

(b) 疲勞壽命

(c) 恢復(fù)率

由圖12和圖13,可以得出以下結(jié)論：

1) 摻加微膠囊的橡膠瀝青混合料的初始勁度模量是未摻加微膠囊的89.5%,間歇前摻加微膠囊的橡膠瀝青混合料的疲勞壽命比未摻加微膠囊低6.7%,間歇后的疲勞壽命比后者高出11.2%.這表明微膠囊的摻入會(huì)造成橡膠瀝青混合料的勁度模量和疲勞壽命降低,但可以增強(qiáng)橡膠瀝青混合料發(fā)生損失后的疲勞壽命恢復(fù)量.

2) 未摻加微膠囊的橡膠瀝青混合料在經(jīng)過一定的間歇期后,其初始勁度模量能夠恢復(fù)到原來的92.2%,且疲勞壽命能夠恢復(fù)到原來的73.35%,這說明橡膠瀝青混合料自身就具有一定的自愈合修復(fù)能力.

3) 摻微膠囊的橡膠瀝青混合料的勁度模量與疲勞壽命恢復(fù)率均高于未摻加微膠囊的勁度模量和壽命恢復(fù)率；兩者的初始勁度模量恢復(fù)率均較高,分別為97.19%和92.20%；但是前者疲勞壽命恢復(fù)率為87.99%,比后者高20%,表明封裝愈合劑微膠囊能夠有效增強(qiáng)橡膠瀝青混合料的自愈合修復(fù)能力.

2.6 摻微膠囊的橡膠混合料的路用性能

采用車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)分別對摻微膠囊和未摻微膠囊的橡膠瀝青混合料進(jìn)行路用性能分析,如圖14所示.

(a) 車轍試驗(yàn)

(b) 低溫彎曲試驗(yàn)

(c) 浸水馬歇爾試驗(yàn)

(d) 凍融劈裂試驗(yàn)

由圖14可見：未摻微膠囊的橡膠瀝青混合料的高溫性能明顯優(yōu)于摻加微膠囊的橡膠瀝青混合料,但兩者的高溫穩(wěn)定性都能夠滿足改性瀝青規(guī)范要求(大于3 000次/min)；2組混合料均具有優(yōu)秀的低溫抗裂性能,都能夠在冬嚴(yán)寒區(qū)(最大彎拉應(yīng)變大于3.0×10-3)使用,未摻微膠囊的橡膠瀝青混合料低溫性能略優(yōu)于后者；兩者均表現(xiàn)出良好水穩(wěn)定性,未摻微膠囊的略優(yōu)于后者.

總體而言,銳孔-凝固浴法制備的封裝愈合劑微膠囊對橡膠瀝青混合料的高溫性能有一定影響,對其他路用性能影響不大,未來需要進(jìn)一步減小封裝愈合劑微膠囊尺寸,同時(shí)增強(qiáng)其抗剪能力.

3 結(jié)論

1) 用銳孔-凝固浴法制備的封裝愈合劑海藻酸鈣微膠囊在烘干階段會(huì)出現(xiàn)漏油,油水比越大,漏油情況越嚴(yán)重；其中,油水比1∶6,1∶8,1∶10的微膠囊自身強(qiáng)度較高,漏油量較小.

2) 海藻酸鈣微膠囊的外部質(zhì)地致密,表面粗糙,可增強(qiáng)與周圍瀝青的表面接觸；內(nèi)部為多個(gè)不規(guī)則空腔結(jié)構(gòu),可儲(chǔ)存囊芯材料,相比單一腔體能增強(qiáng)微膠囊的抗壓性能.

3) 油水比1∶8,1∶10的海藻酸鈣微膠囊均表現(xiàn)出較好的耐熱性能和耐壓性能,其中油水比1∶10的性能最優(yōu),能夠有效抵御橡膠瀝青混合料生產(chǎn)與施工過程中的高溫和受力環(huán)境,并能在路面開裂時(shí)及時(shí)破裂,同時(shí)其在生產(chǎn)與施工中的溫度不應(yīng)超過200 ℃.

4) 橡膠瀝青混合料自身具有一定的自愈合性能,而封裝愈合劑微膠囊能夠顯著增強(qiáng)橡膠瀝青混合料的自愈合能力(如勁度模量與疲勞壽命的恢復(fù)率),并在實(shí)施自修復(fù)后較未摻加微膠囊的更能延長其疲勞壽命,但是摻加微膠囊會(huì)導(dǎo)致混合料的初始勁度模量與疲勞壽命一定程度的降低.

5) 封裝愈合劑微膠囊對橡膠瀝青混合料高溫性能有明顯降低,對低溫性能略有降低,對水穩(wěn)定性沒有明顯影響,但其混合料路用性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范的技術(shù)要求.因此,微膠囊的尺寸在未來的研究中可以向微米級發(fā)展,以減少對路面路用性能的影響,同時(shí)在保證其強(qiáng)度的前提下可提高含芯率以提升路面的自修復(fù)率.