玄武岩纤维沥青胶浆性能及其界面粘结特性研究

摘要

随着我国高速公路建设规模的逐渐扩大，沥青路面出现了大量的早期公路病害现象，而沥青材料的选择及其性能直接决定了沥青路面的耐久性和使用性能，玄武岩纤维(BF)以其优异的性能取代其它种类纤维应用于改性沥青材料具有广阔的前景。因此为了揭示玄武岩纤维沥青材料的作用机理，对玄武岩纤维的形貌结构、基本性能及其与沥青材料的界面粘结特性、玄武岩纤维沥青胶浆的路用性能等方面的研究具有十分重要的意义。
　　首先，本文对纤维的吸水性、耐高温性、pH值、吸附沥青能力等指标与微观形貌进行了测定。结果表明三种短切玄武岩纤维中，B型BF呈酸性，对与沥青混合后界面的粘附性不利;C型BF吸湿率、高温质量损失均最大，不利于沥青材料性能的稳定;A型BF具有较高的弹性模量、拉伸强度、较小的吸水率和良好的高温稳定性，有助于减缓沥青路面的水损坏现象，显著改善沥青高温软化、低温脆化的缺点，更适用于增强沥青材料。
　　其次，通过动态剪切流变试验(DSR)、低温梁弯曲蠕变试验(BBR)系统测定了粉胶比、玄武岩纤维掺量、纤维类型对沥青胶浆高、低温性能的作用规律。结果表明矿粉的添加有利于改善沥青胶浆的高温性能，但对其低温性能不利，粉胶比宜取范围为0.8～1.2;玄武岩纤维能够改善浆体的高温稳定性能和抗老化性能，适宜掺配比范围为1％～4％，最佳掺量约为2％，但纤维的加入不利于沥青胶浆低温性能，三种短切玄武岩纤维掺入后，A型BF沥青胶浆的路用性能最好，且温度敏感性更低，有利于提高浆体的抗老化性能和抗疲劳性能，更适用于沥青路面。
　　再次，结合沥青材料的特点，通过纤维沥青拉拔测定仪评价了玄武岩纤维与沥青材料的界面粘结强度，研究了影响玄武岩纤维增强效果的主要因素。数据表明长度20mm时玄武岩纤维在SBS改性沥青中承受最大界面作用力较长度6mm时提高了42.6％，在满足分散性要求下纤维的长度越接近临界长度值，其力学性能发挥得越充分;基体材料的强度性能越好则界面间的粘结强度越大。
　　最后，基于表面能理论，进行了玄武岩纤维、固体沥青表面能测试试验，分析了界面的粘附功;同时结合SEM法对玄武岩纤维沥青胶浆试样的代表性表面及部分损伤面的微观形貌结构进行了观测。结果表明SBS改性沥青与玄武岩纤维的粘附性能要优于基质沥青，作为玄武岩纤维的胶结材料能够形成较强的界面粘结力;A型玄武岩纤维对沥青的粘附性较好，能够有效降低沥青的温度敏感性，提高沥青混合料的高温稳定性。
　　本文的研究成果为沥青路面工程中适用的玄武岩纤维种类及技术要求提供了参考，具有一定的理论研究意义与推广应用价值。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 玄武岩纤维特性研究现状

1．2．2 玄武岩纤维沥青胶浆性能研究现状

1．2．3 玄武岩纤维对沥青材料增强作用机理研究现状

1．3 主要研究内容与技术路线

1．3．1 研究思路与研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 课题来源

第2章 试验原料特性研究及试验方案设计

2．1 试验原材料

2．1．1 沥青

2．1．2 矿粉

2．1．3 纤维

2．2 玄武岩纤维沥青胶浆制备方法

2．3．1 玄武岩纤维沥青胶浆动态剪切流变试验

2．3．2 玄武岩纤维沥青胶浆低温弯曲流变试验

2．4 本章小结

第3章 玄武岩纤维沥青胶浆路用性能分析

3．1 玄武岩纤维沥青胶浆高温特性

3．1．1 粉胶比对沥青胶浆高温性能的影响

3．1．2 纤维种类对沥青胶浆高温性能的影响

3．1．3 纤维掺量对沥青胶浆高温性能的影响

3．1．4 老化对沥青胶浆高温性能的影响

3．2 玄武岩纤维沥青胶浆低温特性

3．2．1 粉胶比对沥青胶浆低温性能的影响

3．2．2 纤维种类对沥青胶浆低温性能的影响

3．2．3 纤维掺量对沥青胶浆低温性能的影响

3．3 本章小结

第4章 玄武岩纤维沥青胶浆界面粘结力测定研究

4．1 玄武岩纤维与沥青胶浆界面粘结力的测定

4．1．1 玄武岩纤维与沥青胶浆界面粘结力测定装置设计

4．1．2 玄武岩纤维与沥青胶浆界面粘结力测定方法

4．2 玄武岩纤维与沥青胶浆界面拉拔试验结果分析

4．2．1 纤维埋深对界面粘结力的影响

4．2．2基体种类对界面粘结力的影响

4．3 玄武岩纤维指标要求的计算与分析

4．3．1 玄武岩纤维的临界掺量

4．3．2 玄武岩纤维的临界长度

4．4 本章小结

第5章 玄武岩纤维沥青材料界面作用机理研究

5．1．1 表面能理论简介

5．1．2 沥青与玄武岩纤维的表面能计算

5．1．3 沥青与玄武岩纤维的粘附功计算

5．2 玄武岩纤维沥青胶浆微观形貌分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 主要创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的科研成果

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