基于磁响应控释微胶囊的老化沥青自再生策略研究——可持续长寿命路面系统创新

针对传统沥青微胶囊被动修复效率低、不可控的问题，本研究创新性开发了磁响应控释微胶囊（MRCRM）沥青系统。通过紫外光谱（UV-vis）、动态剪切流变（DSR）和傅里叶红外（FTIR）等多维分析，构建性能综合评价指标P，揭示MRCRM在交替磁场（AMF）下两阶段控释动力学特征（0-60s），提出预防性自再生最优方案（方案3），实现老化沥青未裂先修，为绿色低碳路面维护提供新范式。

　　

在全球推进碳减排与绿色交通的背景下，传统沥青路面因氧化、挥发等老化问题导致使用寿命缩短，常规维护方法存在高成本、高碳排放等弊端。尽管沥青具备自愈合特性，但恶劣环境严重限制其修复能力。现有微胶囊技术多依赖被动释放和单次修复，无法满足未开裂老化沥青的预防性维护需求。

针对这一技术瓶颈，中国研究团队创新开发了磁响应控释微胶囊（Magnetic Response Controlled Release Microcapsules, MRCRM）系统。该技术以纳米Fe₃O₄为"热转换器"，通过高频交替磁场（Alternating Magnetic Field, AMF）实现定时、定量、多次主动控释，突破传统微胶囊被动修复局限。研究采用紫外可见分光光度法（UV-vis）解析MRCRM两阶段释放动力学：0-10秒爆发式释放与10-60秒缓释。结合动态剪切流变仪（DSR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）测试，构建基于主成分分析（PCA）的性能综合评价指标P，系统评估五种控释方案对老化沥青自再生效果的影响。

关键技术方法包括：1）MRCRM制备采用改进原位聚合法；2）UV-vis建立Higuchi动力学模型；3）通过DSR和FTIR表征沥青流变/化学性能；4）PCA构建综合评价体系。

研究结果揭示：
• 释放动力学：MRCRM符合Higuchi模型，AMF作用下呈现快速-缓释双相特征
• 控释效应：合理延长控释时间（方案3）可提升再生效果，但过度延长会导致"热点老化"和"热过载"
• 时效特征：老化后期自再生效果更显著，两阶段控释优于单阶段
• 最优方案：方案3实现性能恢复率超85%，预防性维护效益达 corrective maintenance的6-10倍

该研究首次将磁热效应应用于沥青预防性维护，提出的"未裂先修"理念类似疫苗预防机制，通过MRCRM实现：1）精准时空控释；2）多次梯度修复；3）老化前干预。技术经济分析显示，该策略可降低60%以上维护成本，减少碳排放45%，为长寿命低碳路面发展提供新范式。论文发表于《Journal of Cleaner Production》，其创新性体现在：突破传统被动修复范式，建立主动控释理论体系，开发性能多维度评价方法，为智能基础设施维护提供关键技术支撑。未来研究可进一步优化磁热转换效率，开发多场耦合控释系统，推动该技术向桥梁、隧道等重大工程拓展应用。