硅藻土復合木質(zhì)纖維對瀝青的增強機理研究.pdf

1、交通是發(fā)展國民經(jīng)濟的先導和命脈，公路建設是交通建設的重中之重，是關系到國計民生的大事。瀝青路面是目前公路交通的主要路面型式，特別是在高等級路面中，瀝青路面的優(yōu)勢更為明顯。瀝青路面受自然條件和行車荷載的作用，經(jīng)常會發(fā)生一些道路病害，這些道路病害降低了瀝青路面的服務質(zhì)量和使用壽命，威脅著行車安全。改性瀝青技術是降低這些道路病害的發(fā)生頻率、提高瀝青路面服務質(zhì)量最為有效的手段之一。
　　硅藻土和木質(zhì)纖維是近年來新興的道路用瀝青及其混合料的

2、增強改性材料，然而將兩者復合制備成為一種新型材料，并將其應用于道路瀝青改性的研究卻未見報道。本文將硅藻土復合木質(zhì)纖維用于改性瀝青，對改性瀝青的宏觀路用技術性能進行評價，并著重揭示復合纖維對瀝青路用性能增強的機理，旨在提高路面的服務功能，降低路面病害，延長路面壽命，具有十分重要的意義。
　　本文應用理論分析、檢測和試驗相結(jié)合的研究方法，采用紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、動態(tài)剪切流變儀、差示掃描量熱分析(DSC)等多種先進的分析測試儀器

3、和分析方法來開展硅藻土復合纖維改性瀝青的機理研究，并采用針入度、軟化點等評價指標研究復合纖維對道路瀝青的作用效果。
　　選取技術指標不同的三種自制木質(zhì)纖維作為改性劑，采用機械攪拌法制備改性瀝青，并從低溫性能、高溫性能和感溫性能三方面評價木質(zhì)纖維改性瀝青的技術性能。高溫性能選擇軟化點和當量軟化點T800進行評價;低溫性能選取當量脆點T1.2進行評價;感溫性能選取針入度指數(shù)PI進行評價。研究表明:木質(zhì)纖維使瀝青高溫性能、感溫性能和低溫

4、性能均得到改善。木質(zhì)纖維的摻入量與改性瀝青性能關聯(lián)顯著，并且三種木質(zhì)纖維改性瀝青性能的提高隨摻量的變化規(guī)律相一致，均在摻量0.5％時達到最佳改性效果。不同種類的復合木質(zhì)纖維對瀝青性能增強的效果不同，H-2硅藻土復合木質(zhì)纖維對瀝青性能改善的效果最好。
　　應用紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、動態(tài)剪切流變儀、差示掃描量熱分析等手段，從木質(zhì)纖維與瀝青的界面吸附特性、界面微觀結(jié)構(gòu)、界面作用強度、改性瀝青聚集態(tài)變化等角度對改性機理進行了深入的研

5、究。研究結(jié)果表明，木質(zhì)纖維與基質(zhì)瀝青沒有發(fā)生化學反應，而是選擇性吸附瀝青中的輕組分，發(fā)生溶脹作用，由扁平帶狀變?yōu)閳A柱狀，以分散狀結(jié)構(gòu)無規(guī)則、不連續(xù)地在瀝青基體中三維分布。木質(zhì)纖維加入后，使瀝青的膠體結(jié)構(gòu)重新調(diào)整，瀝青中部分組分的存在形式及數(shù)量發(fā)生變化，這些變化使瀝青的微觀結(jié)構(gòu)改變，導致改性瀝青的聚集態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的組分數(shù)量減小，改性過程是一個瀝青自身微觀結(jié)構(gòu)改善的物理鑲嵌共混過程。瀝青與木質(zhì)纖維之間形成界面結(jié)構(gòu)，并且三種木質(zhì)纖維表面微觀結(jié)構(gòu)

6、的不同使得其界面形態(tài)有所不同，H-2硅藻土復合木質(zhì)纖維與瀝青形成的界面最佳。瀝青與木質(zhì)纖維界面的作用強弱可以用參數(shù)F表征，三種木質(zhì)纖維與瀝青界面的粘結(jié)作用有明顯的差異，H-2硅藻土復合木質(zhì)纖維與瀝青的界面作用最強。三種木質(zhì)纖維改性瀝青的聚集態(tài)、界面結(jié)構(gòu)、界面作用強弱的變化規(guī)律與改性瀝青宏觀路用性能的變化規(guī)律相一致。瀝青與木質(zhì)纖維界面的形成過程可分為瀝青基體與木質(zhì)纖維接觸潤濕、木質(zhì)纖維吸附瀝青輕組分、界面固化三個階段。木質(zhì)纖維改性瀝青的微

7、觀結(jié)構(gòu)可以用吸附溶脹模型、分布模型、界面模型三個微觀物理模型表示。
　　木質(zhì)纖維增強瀝青性能的機理包括三個方面:
　　①木質(zhì)纖維表面的大量微孔、裂縫及表面的硅藻土能夠選擇性的吸附瀝青中飽和分和芳香分，這種作用改變了這些組分在瀝青中的含量和原有的存在狀態(tài);
　?、谀举|(zhì)素纖維在瀝青基體內(nèi)三維空間隨機分布，這些縱橫交錯的木質(zhì)素纖維所吸附的結(jié)構(gòu)瀝青形成了結(jié)構(gòu)瀝青網(wǎng);
　　③瀝青與木質(zhì)纖維之間具有良好的浸潤性，能夠充分融合