随着我国经济的迅速发展,高速公路的交通路况呈现重载荷、高流量和渠道化明显等特点,对沥青路面的质量要求越来越高。另外,冰冻灾害、高低温周期交替及酸雨侵蚀等自然现象也会使沥青路面出现大量的早期病害现象。由于沥青材料具有高温容易流淌、低温容易变硬变脆且感温性大等缺点,严重限制了沥青材料在工程中的应用,因此对沥青进行改性,提高沥青的高、低温性能和路用性能成为建材领域研究的紧迫任务。纤维改性剂因其对沥青显著的改性效果引起了科研工作者的广泛关注,其中研究较多的有玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维、玻璃纤维等。 玄武岩纤维是近年来出现的新型高性能沥青改性剂,与其他纤维相比,玄武岩纤维在沥青路面的应用中表现出显著的优势,如力学性能优异、工作范围大、比表面积大、耐酸碱性、耐老化和水稳定性好等。研究者在纤维增强沥青混凝土的路用性能方面积累了大量数据,但对玄武岩纤维材料自身的结构、物化性能和改性机理方面研究不足。玄武岩的微观结构和基本的理化性能如化学稳定性、热稳定性等,都是纤维能够在沥青路面中发挥作用的基本前提,对揭示纤维改性沥青的作用机理起着基础和关键性的作用。

纤维加入沥青材料后,纤维与沥青两相的结合状态是纤维改性沥青的基本先决条件。在沥青材料中添加纤维改性剂后,沥青材料自身的组分和结构会发生变化,从而使沥青材料的流变性能发生相应的变化。纤维改性剂是如何改变沥青材料的流变性能、改性过程中哪些因素能产生明显的改性效果以及改性剂改性的作用机理等,都需要用流变理论和流变模型来阐释和预测。因而对沥青流变特性的研究可从根本上揭示纤维改性剂的改性效果和作用机理,对纤维改性沥青胶浆的流变性能进行系统研究具有十分重要的意义。 采用SEM、EDS、FTIR和Raman光谱分别对玄武岩纤维的微观形貌、成分及分子结构进行研究；用X射线衍射仪对玄武岩纤维的矿物物相进行研究,并通过高斯拟合以及准谢乐公式计算得到纤维的近程有序度；利用无规网络学说,结合玄武岩纤维的成分计算得到纤维的无规网络参数,并对玄武岩纤维的结构和性能做进一步的预测。 对化学稳定性的研究,首先利用SEM、EDS、XRD、FTIR等测试方法表征酸碱处理后玄武岩纤维的微观形貌、成分、矿物物相、近程有序度以及分子结构,并借助质量保留率、强度保留率、弹性模量保留率等参数来表征其质量和力学性能的损伤规律,最后经综合分析获得玄武岩纤维的酸碱侵蚀机理。 对热稳定性的研究则先利用不同气氛下的TG-DSC曲线分析玄武岩纤维在热处理过程中可能发生的理化反应,然后利用金相显微镜、拉伸试验和FTIR光谱获得热处理对玄武岩纤维形貌、力学性能及分子结构的影响,并通过XRD研究玄武岩纤维热处理前后的析晶物相的变化,获得玄武岩纤维的析晶规律以及原理。 对纤维沥青结合状态的研究,借助旋转粘度计、维卡仪、网篮析出实验、FTIR光谱、软化点仪分别研究玄武岩纤维对沥青胶浆的粘度和针入度的影响、不同种类纤维对沥青的吸附性能、各种纤维与沥青的两相结合的类型以及玄武岩纤维与棉状纤维分别对沥青胶浆软化点的影响规律。 利用动态剪切流变仪研究纤维沥青胶浆的动态剪切流变性能,实验中研究了玄武岩纤维的不同掺量、试验温度、纤维种类、载荷作用频率和纤维的长径比分别对纤维沥青胶浆的动态剪切流变性能的影响规律,并利用美国公路战略研究计划(SHRP)中定义的车辙因子来表征纤维沥青胶浆的抗永久变形的能力。

最后利用软件将玄武岩纤维沥青胶浆的车辙因子和温度的关系进行拟合,获得车辙因子和温度的拟合关系方程,并赋予方程中的拟合参数一定的物理意义。

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