一种利用超声能量愈合沥青超薄罩面裂纹的方法 专利技术说明

道路,铁路或桥梁建设机械的制造及建造技术1.本发明属于沥青路面修复技术领域，具体涉及一种利用超声能量愈合沥青超薄罩面裂纹的方法。背景技术：2.沥青路面遭受阳光紫外辐照、水侵蚀、杂质侵入的影响时，会出现早期损害。为防止损害加剧，现在多采用沥青超薄罩面在原路面上加铺。沥青超薄罩面为沥青、集料与其它添加剂经热拌或温拌后的混合料再经摊铺碾压后形成的厚度约为2-3mm的罩面层，可以快速恢复路面服役性能，保障交通运输。因此沥青超薄罩面受到路面管养单位的欢迎，在我国的应用案例越来越多。3.超薄罩面也存在一些缺点，例如：罩面层厚度仅为2-3mm，其抗压、抗剪强度较低，在气温剧烈波动时也易发生损害，较为典型的病害即为开裂。在现有沥青路面结构下，水稳基层由于收缩会产生收缩裂纹，向上传导至沥青面层，而后再传导至超薄罩面层。此外，行车荷载的重复碾压也易使超薄罩面层出现疲劳裂纹。因此裂纹是超薄罩面失效的主要病害。4.目前有研究尝试使沥青路面具有愈合功能：5.cn202011162394.2中公开了感应加热与微波加热的沥青路面多功能坑槽修复方法，将沥青砖下表面及四周涂刷沥青，可以根据修复路面的材料的不同选用感应加热或微波加热，并在沥青砖的四周及底部撒布感应或吸波介质；通过感应/微波加热该区域，完成坑槽的修复。该专利适用范围仅为沥青路面坑槽病害的修复方法，无法实现沥青超薄罩面裂纹的愈合。6.cn201611189826.2中公开了一种基于微胶囊和感应加热的沥青混凝土修复方法，沥青混凝土在制备时掺入钢砂和含有沥青再生剂的微胶囊得到导电沥青混凝土；利用沥青路面感应加热仪将沥青混凝土路面加热至80～110℃，由此利用感应加热技术对沥青混凝土中的裂纹进行热诱导自修复。该专利需要预先制备一种含有沥青再生剂的微胶囊，且需要准备一定量的钢砂，在沥青路面拌和时将上述两种材料加入其中，即需要制备专用的愈合型沥青混合料，才能在后期实现热诱导修复。7.cn202110044984.3中公开了一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法，通过向体系中加入有机硅改性层状双金属氢氧化物、石墨烯、有机降粘剂和钢棉纤维，利用钢棉纤维的感应加热性能，实现自愈合功能。该专利需要预先在沥青混合料拌和时将石墨烯和钢棉纤维加入，与第二种方法类似，均需要制备专用的愈合型沥青混合料，才能在后期实现热诱导修复。8.上述三种方法均无法实现常规沥青超薄罩面裂纹的愈合。9.除此之外，本领域对沥青路面裂纹的修复也常常采用高分子材料向裂纹处灌缝的方式，费时费力，高分子与沥青裂纹两侧的材料存在不兼容、粘附易失效等问题。技术实现要素：10.为了克服上述现有背景技术的不足之处，本发明提供了一种利用超声能量愈合沥青超薄罩面裂纹的方法。本发明采用超声波作为能量输入，在无需向沥青超薄罩面添加任何导电相材料的情况下实现裂纹的快速高效愈合。11.为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：12.一种利用超声能量愈合沥青超薄罩面裂纹的方法，包括：13.s1、将待处理的沥青超薄罩面清扫干净，确定沥青超薄罩面裂纹长度与宽度，标记裂纹处的位置；14.s2、利用超声能量发射装置产生的超声振动处理已标记的沥青超薄罩面裂纹，裂纹愈合后停止振动；15.s3、移去超声能量发射装置，并将其放于下一处裂纹处重复使用。16.优选地，步骤s2中，所述超声能量发射装置产生的超声振动频率为10-20khz，振幅在30-50μm。17.优选地，步骤s2中，所述超声能量发射装置是通过设置于其下部的压头产生超声振动，所述压头与沥青超薄罩面裂纹相接触，所述压头能够覆盖裂纹。18.优选地，所述压头形状为圆形或长方形。其中圆形压头对应于超薄罩面出现“网裂”等病害处置，而长方形则对应于单条狭长型裂纹。19.优选地，步骤s2中，愈合时间为3-5s。20.优选地，步骤s2中，当裂纹处的温度超过180度时，停止振动。21.本发明的原理为：通过与沥青超薄罩面接触的压头产生的高频机械振动10-20khz，使裂纹两端的沥青胶浆在振动中出现分子摩擦而使裂纹处的温度快速上升，在振动中沥青分子剧烈振荡，实现沥青裂纹界面分子的快速扩散，在宏观上表现为沥青相互流动融合，从而实现裂纹的愈合。同时设置高频机械振动振幅在30-50μm，以此保障愈合过程中不会让沥青超薄罩面发生永久变形的病害。22.与现有技术相比，本发明取得的有益效果如下：23.本发明技术可适用于所有的沥青超薄罩面，无需向原罩面层中添加任何导电相材料，因此不需要专门生产愈合型的沥青混合料，具有适用面广、操作简单的优点。24.本发明技术具有快速高效的优点，通过超声波振动，沥青裂纹处温度最快可在2s内达到180度，实现裂纹的快速愈合。通过高速振动压头产生的超声能量可使病害处多条裂纹同时愈合，效率高。附图说明25.图1为本发明超声能量发射装置处理裂纹的工作示意图。26.附图标记：1-超声能量发射装置；11-压头；2-沥青超薄罩面；21-裂纹。具体实施方式27.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本发明的限制，仅作举例而已。28.下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。29.实施例130.(1)准备阶段：采用人工或自动化检测设备确定沥青超薄罩面2上裂纹21的长度与宽度，标记裂纹处的位置。检测发现病害处裂纹成网状，故选择圆形的压头，安装于超声能量发射装置最下端，保证压头能够覆盖网状裂纹，如图1所示。31.(2)参数设置：选定超声波振动频率为15khz，振幅为50μm。32.(3)裂纹愈合：开启超声能量发射装置1，使压头11产生如上述“参数设置”里的超声振动，利用红外式温度计监测裂纹处的温度。33.(3)实施时发现超声振动时间为4s时，裂纹处的温度已达到181度，立即移去超声能量发射装置，观测裂纹已完全愈合。34.实施例235.(1)重复如实施例1中的准备阶段。36.(2)参数设置：选定超声波振动频率为20khz，振幅为30μm。37.(3)裂纹愈合：开启超声能量发射装置，使压头产生如上述“参数设置”里的超声振动。利用红外式温度计监测裂纹处的温度，当温度超过180度时即停止振动。38.(3)实施时发现超声振动时间为2s时，裂纹处的温度已达到182度，立即移去超声能量发射装置，观测裂纹已完全愈合。39.实施例340.(1)重复如实施例1中的准备阶段。检测发现病害为单条狭长裂纹，故选择长方形的压头，安装于超声能量发射装置最下端，保证压头能够覆盖裂纹。41.(2)参数设置：选定超声波振动频率为15khz，振幅为35μm。42.(3)裂纹愈合：开启超声能量发射装置，使压头产生如上述“参数设置”里的超声振动。利用红外式温度计监测裂纹处的温度，当温度超过180度时即停止振动43.(3)实施时发现超声振动时间为3s时，裂纹处的温度已达到184度，立即移去超声能量发射装置，观测裂纹已完全愈合。44.实施例445.(1)重复如实施例3中的准备阶段。46.(2)参数设置：选定超声波振动频率为18khz，振幅为40μm。47.(3)裂纹愈合：开启超声能量发射装置，使压头产生如上述“参数设置”里的超声振动。利用红外式温度计监测裂纹处的温度，当温度超过180度时即停止振动。48.(3)实施时发现超声振动时间为5s时，裂纹处的温度已达到184度，立即移去超声能量发射装置，观测裂纹已完全愈合。49.对比例150.(1)重复如实施例3中的准备阶段。51.(2)参数设置：选定超声波振动频率为20khz，振幅为80μm。52.(3)裂纹愈合：开启超声能量发射装置，使压头产生如上述“参数设置”里的超声振动。53.(3)裂纹处的温度已达到180度时，立即移去超声能量发射装置。54.对比例255.(1)重复如实施例1中的准备阶段。56.(2)参数设置：选定超声波振动频率为20khz，振幅为30μm。57.(3)裂纹愈合：开启超声能量发射装置，使压头产生如上述“参数设置”里的超声振动，持续振动10s。58.如上述实施例所述，修复后的沥青超薄罩面层主要技术参数如下表1所示。采用三个主要技术指标来评价修复效果，分别是裂纹破损面积比(％)、永久变形(mm)和沥青老化指数(％)。59.裂纹破损面积比为裂纹面积占监测区域的比重，可以采用自动激光扫描仪来计算，是本领域的常规做法。60.永久变形又名车辙病害，是指沥青超薄罩面发生的不可恢复的纵向形变。61.沥青老化指数(α)的计算公式为：[0062][0063]其中，s1为修复后沥青的动态剪切模量，用dsr动态剪切流变仪可以测出；s2为修复前沥青的动态剪切模量。[0064]表1各实施例中对沥青超薄罩面裂纹修复前后的技术指标[0065][0066]从表1中可以看出，实施例1至4对沥青路面进行修复后，裂纹均已完全愈合，且不会对沥青路面产生永久变形影响。反观对比例1和2，没有按照权利要求书中展示的技术指标来开展愈合，对比例1中超声振幅过大，使路面出现了明显的永久变形，达到0.81mm；对比例2中愈合时间过长，裂纹处的温度高达278度，裂纹处虽然已完全愈合，但沥青经受了严重的老化，实施后的动态剪切模量急剧增加。部分区域沥青急速老化会使沥青路面在车载与环境影响下迅速开裂，且不能再接受二次修复。[0067]应当指出，以上所述实施例仅为本发明的优选实施方式，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他任何具体形式实现本发明。因此，本实施例仅仅只是示范性案例，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。









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