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原文传递吸波沥青混合料微波加热自愈合性能研究

论文题名：	吸波沥青混合料微波加热自愈合性能研究
关键词：	道路工程;吸波沥青混合料;微波加热;数值模拟;自愈合性能
摘要：	裂缝是沥青混凝土路面主要的病害之一。如果不及时修复，将严重影响沥青路面的使用寿命。微波加热是一种先进、环保、高效的沥青路面养护方式。然而，普通沥青混合料反射微波辐射能力弱。为进一步增强普通沥青混合料的微波吸收能力，可将吸波剂掺入到沥青混合料中，提高沥青材料的自愈合性能。本文以炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉3种吸波材料为研究对象，通过吸波材料替代部分矿粉制备吸波沥青混合料，并开展吸波沥青混合料微波加热自愈合性能研究。　　炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉的理化性能和微波热诱导性能测试表明，3种吸波材料粒径分布分别集中在0.06~141.60μm、1.42~89.34μm和0.18~502.38μm之间，具有较好的热稳定性；含有易导电化合物和金属氧化物，复介电常数较大，表现出优良的微波热诱导性能。　　通过马歇尔稳定试验，确定了吸波沥青混合料的配合比。掺入炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉的吸波沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温性能和水稳定性等路用性能。采用微波加热试验和COMSOLMultiphysics软件数值仿真模拟，研究了吸波沥青混合料的微波传热性能。结果表明，在微波加热120s后，掺量为30%的炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉沥青混合料表面和内部温度升温速率为0.66℃/s、0.67℃/s、0.54℃/s和0.67℃/s、0.68℃/s、0.57℃/s，为普通沥青混合料的1.1倍以上。通过对模型进行体积积分计算，测得炭黑粉、羰基铁粉、镍锌铁氧体粉沥青混合料的能量耗散分别比普通沥青混合料能量耗散减少了21.6%、33.6%和16.5%。同时，微波加热吸波沥青混合料温度分布的数值仿真结果和试验结果基本一致。　　采用SCB（半圆弯曲）试验，以试件经微波加热愈合后的峰值荷载比（HIF）和断裂能比（HIU）作为自愈合评价指标，定量研究了吸波材料类型和掺量、微波加热功率、加热时间、愈合时间、损伤程度等因素对吸波沥青混合料微波加热自愈合性能的影响。结果表明，在相同吸波材料掺量下，由于吸波材料电磁性能的差异性，羰基铁粉沥青混合料的自愈合率最大，其次是炭黑粉，最后是镍锌铁氧体粉。相同微波加热条件下，当吸波材料掺量由10%增至30%时，吸波沥青混合料的自愈合率呈逐渐上升趋势。微波加热时间120s、微波功率700W时，掺量为30%时，3种吸波沥青混合料达到最佳自愈合效果时的自愈合率HIF和HIU分别为71.16%、67.62%、61.32%和48.8%、52.05%、39.17%。愈合时间是影响吸波沥青混合料自愈合能力重要因素。当愈合时间从4h增至16h时，吸波沥青混合料的微波加热自愈合率逐渐增大，试件拥有的较好的自愈合能力。吸波沥青混合料损伤程度越严重，其微波加热自愈合效果越差。当切缝深度为15mm时，吸波沥青混合料的微波加热自愈合率较小，裂缝自修复较困难。
作者：	孔斌
专业：	交通运输
导师：	赵毅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023