硅藻土復(fù)合木質(zhì)纖維對(duì)瀝青的增強(qiáng)機(jī)理研究.pdf

1、交通是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)和命脈，公路建設(shè)是交通建設(shè)的重中之重，是關(guān)系到國(guó)計(jì)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(jí)路面中，瀝青路面的優(yōu)勢(shì)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(huì)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(wù)質(zhì)量和使用壽命，威脅著行車安全。改性瀝青技術(shù)是降低這些道路病害的發(fā)生頻率、提高瀝青路面服務(wù)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(lái)新興的道路用瀝青及其混合料的

2、增強(qiáng)改性材料，然而將兩者復(fù)合制備成為一種新型材料，并將其應(yīng)用于道路瀝青改性的研究卻未見(jiàn)報(bào)道。本文將硅藻土復(fù)合木質(zhì)纖維用于改性瀝青，對(duì)改性瀝青的宏觀路用技術(shù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并著重揭示復(fù)合纖維對(duì)瀝青路用性能增強(qiáng)的機(jī)理，旨在提高路面的服務(wù)功能，降低路面病害，延長(zhǎng)路面壽命，具有十分重要的意義。
　　本文應(yīng)用理論分析、檢測(cè)和試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，采用紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、動(dòng)態(tài)剪切流變儀、差示掃描量熱分析(DSC)等多種先進(jìn)的分析測(cè)試儀器

3、和分析方法來(lái)開展硅藻土復(fù)合纖維改性瀝青的機(jī)理研究，并采用針入度、軟化點(diǎn)等評(píng)價(jià)指標(biāo)研究復(fù)合纖維對(duì)道路瀝青的作用效果。
　　選取技術(shù)指標(biāo)不同的三種自制木質(zhì)纖維作為改性劑，采用機(jī)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(píng)價(jià)木質(zhì)纖維改性瀝青的技術(shù)性能。高溫性能選擇軟化點(diǎn)和當(dāng)量軟化點(diǎn)T800進(jìn)行評(píng)價(jià);低溫性能選取當(dāng)量脆點(diǎn)T1.2進(jìn)行評(píng)價(jià);感溫性能選取針入度指數(shù)PI進(jìn)行評(píng)價(jià)。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(guān)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(shí)達(dá)到最佳改性效果。不同種類的復(fù)合木質(zhì)纖維對(duì)瀝青性能增強(qiáng)的效果不同，H-2硅藻土復(fù)合木質(zhì)纖維對(duì)瀝青性能改善的效果最好。
　　應(yīng)用紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、動(dòng)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(qiáng)度、改性瀝青聚集態(tài)變化等角度對(duì)改性機(jī)理進(jìn)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(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(wú)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(dǎo)致改性瀝青的聚集態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的組分?jǐn)?shù)量減小，改性過(guò)程是一個(gè)瀝青自身微觀結(jié)構(gòu)改善的物理鑲嵌共混過(guò)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(fù)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(qiáng)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(fù)合木質(zhì)纖維與瀝青的界面作用最強(qiáng)。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(qiáng)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(guò)程可分為瀝青基體與木質(zhì)纖維接觸潤(rùn)濕、木質(zhì)纖維吸附瀝青輕組分、界面固化三個(gè)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(gè)微觀物理模型表示。
　　木質(zhì)纖維增強(qiáng)瀝青性能的機(jī)理包括三個(gè)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(jī)分布，這些縱橫交錯(cuò)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);
　?、蹫r青與木質(zhì)纖維之間具有良好的浸潤(rùn)性，能夠充分融合