一、概述 由于对铺路材料持久性需求的不断增长,沥青混合料中的聚合物改性已成为具有吸引力的解决方案。感应加热诱导聚合反应是一种用于环氧沥青(EA)体系的原位固化技术,保留着温度驱动聚合的大部分优势,并解决了允许通车前需要在较低温度下经历较长固化时间的问题。 分散在混合料中的钢纤维暴露于感应线圈产生的交变电磁场时受热升温,从而快速引发环氧沥青的聚合反应。本研究对试样进行 CT 扫描,重建含钢纤维的成型压实混合料微观结构,采用有限元模拟计算有效电导率。通过已有模型的扩展对电磁感应诱导环氧沥青的聚合进行模拟,预测固化进程的演变和进一步的力学性能,验证电磁感应是一种可靠的 EA 体系聚合方法。 二、图像处理和模拟 将钢纤维与沥青砂浆混合制备试样,钢纤维的长度和直径分别为 2.5 mm 和 0.083 mm,沥青砂浆中粘合剂、填料和细砂的重量百分比为 28:38:34。使用高分辨率的 X 射线 CT 设备对试样扫描,获得的图像数据导入 Simpleware 软件进行处理。基于阈值将试样分割为钢纤维和沥青砂浆两相,测得钢纤维的体积分数为 4.7%。在 Simpleware FE 模块为边长 1.18 mm 的立方体模型生成体积网格,包含约 50 万个四面体单元。 将生成的高质量体积网格模型导入 COMSOL Multiphysics 进行模拟,设置沥青和钢纤维的电导率分别为 10 × 10-6 S/m 和 4.8 × 106 S/m。在模型的两个对立面施加 10 V 的电势梯度,视其余四个侧面为电绝缘。 图1:EA 体系(a)由 CT 扫描数据生成的体积网格模型(b)钢纤维分布(c)施加电势差的对立面 本研究模拟沥青路面感应热产生和温度发展所用多物理模型为已开发模型的扩展版本,可预测由交变电磁场引起均匀连续介质/路面中的热量发展。交变磁场的来源为沿介质移动单匝感应线圈的系统,三维模型中约包含 70 万个四面体单元。 假设连续介质为各向同性的路面结构(高度 0.3m),整个介质/路面的相对磁导率为 1,相对介电常数为 6。结合计算获得的感应介质电导率数量级为 1 S/m,这里设置有效电导率为 […]