感应加热沥青颗粒作为道路养护的新材料
Hadel Obaidi; Breixo Gomez-Meijide, Ph.D.; and Alvaro Garcia, Ph.D.
摘要：在本研究中，已经制备并测试了含有钢砂的沥青颗粒，作为传统道路建筑材料（如热沥青和冷沥青混合物）的节能和耐用替代品。除了其他优点之外，该技术还具有高能效，可以减少交通中断并改善运营商的健康和安全条件。通过铺设，感应加热和压实，可以简单地在路面上使用颗粒。在本文中，获得了它们在电磁感应作用下的加热电位，以及压实后产生的材料的体积和机械性能，如拉伸强度，剪切强度和抗永久变形，以评估所提出的技术并进行比较用热拌和冷拌沥青。结果表明，该技术可以成为当前用于隔离和准时坑洼的修复材料的强有力竞争者，但仍不能替代主要的维护操作，例如道路铣刨和修复。 标识：10.1061 /（ASCE）MT.1943-5533.0002485。 copy;2018美国土木工程师学会。
作者关键词：坑洞; 沥青颗粒; 感应加热; 钢砂; 道路维护。
沥青混凝土是一种复杂的粘弹塑性材料，由骨料和沥青组成，广泛用于道路建设（沥青研究所2007）。因环境条件导致沥青化学降解的因素（Read和Whiteoak 2003），由于水分渗透导致的粘合剂 - 骨料粘附力下降（Zheng et al.2013），热力工作（Zborowski和Kaloush 2011）以及交通作用于老化沥青路面的荷载（Mobasher等人，1997）主要负责减少道路的使用寿命。尽管在沥青的疲劳寿命期间发生的机械性能的一些降低是可逆的（Nguyen等人，2015），当这些因素持续存在时，裂缝在材料中传播，产生总损失并最终形成碗状坑洼（米勒和贝林格2003）。由于这些问题，沥青铺面可能具有短至7-15年的使用寿命，远低于10-20年的正常设计寿命（Highways England 2011）并且需要连续的修补和修复，随后对交通和环境的阻碍（Better Roads 2011）。
为了以低成本修补道路，可以使用临时方法，例如铺设沥青，并用卡车轮胎压实沥青，但是它们仅适用于天气条件太差而无法进行永久性修补或计划在不到一年的时间内正确修复道路（Wilson and Romine 2001）。使用其他技术可以实现更好的质量，例如热烫铺路工艺。在这种情况下，最常用的材料是热拌沥青（HMA），其需要将沥青和聚集体加热至180℃并保持高温以防止混合物固结。主要缺点是HMA分批生产2-3吨，而平均补丁只需要几公斤沥青。因此，这种方法仅用于需要高质量维修的地方（Saeed和Hammons 2009; Baker 2012）。此外，当HMA在混合，运输和储存过程中长时间保持在高温时，沥青老化，其软化点和粘度增加（Read和Whiteoak 2003; Simpson等，1961）。这可能导致磨损和/或破裂（Read和Whiteoak 2003）。
作为替代方案，由于使用乳化沥青和水（Gomez-Meijide和Perez 2015），冷沥青混合物（CAM）可在环境温度下生产和应用，但所获得的耐久性通常比HMA低几年由于刚度和强度低，固化时间长（Thanaya等人2009; Gomez-Meijide等人2016b）。此外，在过去的几十年中，开发了新一代聚合物材料和树脂[例如，二环戊二烯（Yuan等人2012）]或快速固化聚氨酯树脂（Kraus和Wyman 2010），提供高品质修补补丁。然而，它们的高成本使它们仅适用于非常特殊的应用，例如波特兰水泥混凝土（PCC）路面和高容量结构材料。
此外，沥青颗粒是沥青和最大尺寸约为20-40mm的骨料的组合，可以在烘箱中加热并用于制造少量沥青混合物以修补道路;它们具有与HMA类似的耐久性和机械性能，能耗更低（Artamendi等，2014,2016）。沥青颗粒可以在环境温度下储存和运输，并在现场加热，这样可以减少加热需求和粘合剂老化[Saeed and Hammons 2009; W. R. Bailey，“Asphalt pellets”，美国专利No.13 / 153,175（2011）]。
图1.通过感应加热沥青颗粒的示意性坑洞修复过程。 （图片来自Hadel Obaidi。）
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