摘要
沥青因其经济性及用其所修建的路面具有乘坐舒适性良好、行车安全系数高等特点而被广泛用作路面材料。然而，在交通荷载与自然环境的作用下，沥青会发生老化，从而诱发沥青基体产生微裂纹并进一步扩展，最终形成龟裂、横竖向裂缝等病害，严重降低了沥青路面的使用寿命。因此，如何延长沥青路面的使用寿命成为广大学者们关注的焦点问题。 微胶囊包埋法是一种基于物质填充的技术，是利用包覆修复剂的微胶囊与基质沥青共混制备改性沥青来修筑沥青路面。当路面因老化出现微裂纹时，微胶囊被刺破，封装的修复剂渗入微裂纹，通过物理软化或化学交联固化填充来连接周围的沥青修补微裂纹，从而提高沥青的自修复能力并延长使用寿命。但目前研究所制备的微胶囊大多存在均一性差、修复过程中会产生污染，以及修复效率评估方式单一等问题。基于此，本研究通过溶剂挥发法和一步原位聚合法，分别以菜籽油、环氧树脂和胺类固化剂为芯材，以聚甲基丙烯酸甲酯或脲醛树脂为壳材，制备了包覆三种芯材的两种壳材微胶囊。探索出各自的最佳制备工艺以确保微胶囊的均一性。然后，将采用最佳工艺制得的三种不同芯材微胶囊掺入基质沥青制备了改性沥青，通过高温老化与疲劳老化实验综合评估筛选出了自修复性能最优的微胶囊改性沥青，并对自修复机理进行了探索。本研究的主要内容和结论如下: (1)聚甲基丙烯酸甲酯壳层-胺类固化剂芯材微胶囊的制备及表征:利用溶剂挥发法制备了以胺类固化剂为芯材、以聚甲基丙烯酸甲酯为壳层的微胶囊。通过制备工艺优化研究得出，当采用十二烷基磺酸钠(SLS)-阿拉伯树胶复配乳化剂，且乳化剂浓度为1.0 wt.％、乳化转速为300 rpm、乳化时间为30 min、反应温度为40℃、芯壳质量比为4∶1时，可制备出形貌规整、表面光滑无粘附、粒径分布均匀的微胶囊。微胶囊的平均粒径、壁厚和芯材包覆率分别为24.7 μm、3.2μm和19.1 wt.％。红外光谱和热失重测试证明胺类固化剂芯材被成功包覆，且与未微胶囊化的芯材相比，微胶囊化后芯材的热分解温度得到了显著提高，从90℃提高到了 200℃,从而保证在沥青拌合(180℃)与摊铺(160℃)过程中包覆的固化剂能够稳定存在。 (2)脲醛树脂壳层-菜籽油/环氧树脂芯材微胶囊的制备及表征:基于一步原位聚合法制备了分别以环氧树脂和菜籽油为芯材的脲醛树脂壳层微胶囊。利用正交试验考察了当尿素与37％甲醛溶液的质量比为1∶2、NH4Cl与间苯二酚的用量为尿素质量的10.0 wt.％、体系pH为4、乳化时间为30min、反应时间为4h时，各种可变工艺条件对微胶囊形貌和结构的影响。研究结果表明:当SLS-阿拉伯树胶复配乳化剂浓度为2.0 wt.％、乳化转速为1200 rpm、反应转速为700 rpm、芯材稀释比为1∶1以及芯材与两种壳材原料质量比为2∶(1∶2)时，可制得球形规则、囊壁内外表面致密且光滑无粘连的微胶囊，其粒径分布范围、平均壁厚和芯材包覆率分别为40～50 μm、2.0 μm和84.0 wt.％(菜籽油)与40.4wt.％(环氧树脂)。红外光谱和热失重分析表明成功制备得到含有两种芯材的脲醛树脂壳层微胶囊，且在沥青高温拌合与摊铺过程中微胶囊能保持完整。 (3)菜籽油芯材微胶囊改性沥青的自修复行为研究:将最优的菜籽油(RO)芯材微胶囊引入基质沥青中，制得了 RO微胶囊改性沥青。通过高温老化前后基础性能的测试发现，当RO微胶囊的掺量为3.0 wt.％时，相较基质沥青，高温老化后改性沥青的基础性能得到了很好的恢复，自修复能力得以提高。虽然在疲劳老化过程中RO微胶囊会降低改性沥青的复剪切模量，但经过修复后，其结构强度也在一定程度上得到了恢复，尤其是在RO微胶囊掺量为3.0wt.％时，其复剪切模量的恢复率(HIG*)、储能模量的恢复率(HIG'')、循环剪切次数的恢复率(HIN)与累积耗散能的恢复率(HIDE）可由基质沥青的77.66％、74.50％、1.29％和 1.10％提升到改性沥青的 93.53％、96.37％、38.47％和 38.42％,且疲劳寿命也得以延长。 (4)环氧树脂/胺类固化剂芯材微胶囊改性沥青的自修复行为研究:将最佳的环氧树脂芯材(E)微胶囊和胺类固化剂芯材(A)微胶囊以质量比1.00∶1.22共混复配后引入基质沥青中，制备得到EA微胶囊改性沥青。对所制备的改性沥青高温老化前后的针入度、延度和软化点，以及疲劳-修复-疲劳测试进行考察，并与基质沥青的性能对比，发现掺量为3.0 wt.％的EA微胶囊改性沥青高温老化后的基础性能虽然有一定程度的降低，但疲劳老化后的黏弹性、结构强度和外力承载能力却得到了极大程度的恢复。EA微胶囊掺量为3.0 wt.％的改性沥青的HIG*、HIG''、HIN与HIDE从基质沥青的77.66％、74.50％、1.29％和1.10％增加至改性沥青的91.24％、87.41％、95.74％与89.15％，这表明向沥青中引入3.0 wt.％的EA微胶囊可大幅度提升沥青的自修复能力。
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