玄武巖纖維及其改性瀝青
隨著我國經濟的迅速發展,高速公路的交通路況呈現重載荷、高流量和渠道化明顯等特點,對瀝青路面的質量要求越來越高。另外,冰凍災害、高低溫周期交替及酸雨侵蝕等自然現象也會使瀝青路面出現大量的早期病害現象。由于瀝青材料具有高溫容易流淌、低溫容易變硬變脆且感溫性大等缺點,嚴重限制了瀝青材料在工程中的應用,因此對瀝青進行改性,提高瀝青的高、低溫性能和路用性能成為建材領域研究的緊迫任務。纖維改性劑因其對瀝青顯著的改性效果引起了科研工作者的廣泛關注,其中研究較多的有玄武巖纖維、木質素纖維、聚酯纖維、玻璃纖維等。 玄武巖纖維是近年來出現的新型高性能瀝青改性劑,與其他纖維相比,玄武巖纖維在瀝青路面的應用中表現出顯著的優勢,如力學性能優異、工作范圍大、比表面積大、耐酸堿性、耐老化和水穩定性好等。研究者在纖維增強瀝青混凝土的路用性能方面積累了大量數據,但對玄武巖纖維材料自身的結構、物化性能和改性機理方面研究不足。玄武巖的微觀結構和基本的理化性能如化學穩定性、熱穩定性等,都是纖維能夠在瀝青路面中發揮作用的基本前提,對揭示纖維改性瀝青的作用機理起著基礎和關鍵性的作用。
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纖維加入瀝青材料后,纖維與瀝青兩相的結合狀態是纖維改性瀝青的基本先決條件。在瀝青材料中添加纖維改性劑后,瀝青材料自身的組分和結構會發生變化,從而使瀝青材料的流變性能發生相應的變化。纖維改性劑是如何改變瀝青材料的流變性能、改性過程中哪些因素能產生明顯的改性效果以及改性劑改性的作用機理等,都需要用流變理論和流變模型來闡釋和預測。因而對瀝青流變特性的研究可從根本上揭示纖維改性劑的改性效果和作用機理,對纖維改性瀝青膠漿的流變性能進行系統研究具有十分重要的意義。 采用SEM、EDS、FTIR和Raman光譜分別對玄武巖纖維的微觀形貌、成分及分子結構進行研究；用X射線衍射儀對玄武巖纖維的礦物物相進行研究,并通過高斯擬合以及準謝樂公式計算得到纖維的近程有序度；利用無規網絡學說,結合玄武巖纖維的成分計算得到纖維的無規網絡參數,并對玄武巖纖維的結構和性能做進一步的預測。 對化學穩定性的研究,先利用SEM、EDS、XRD、FTIR等測試方法表征酸堿處理后玄武巖纖維的微觀形貌、成分、礦物物相、近程有序度以及分子結構,并借助質量保留率、強度保留率、彈性模量保留率等參數來表征其質量和力學性能的損傷規律,后經綜合分析獲得玄武巖纖維的酸堿侵蝕機理。 對熱穩定性的研究則先利用不同氣氛下的TG-DSC曲線分析玄武巖纖維在熱處理過程中可能發生的理化反應,然后利用金相顯微鏡、拉伸試驗和FTIR光譜獲得熱處理對玄武巖纖維形貌、力學性能及分子結構的影響,并通過XRD研究玄武巖纖維熱處理前后的析晶物相的變化,獲得玄武巖纖維的析晶規律以及原理。 對纖維瀝青結合狀態的研究,借助旋轉粘度計、維卡儀、網籃析出實驗、FTIR光譜、軟化點儀分別研究玄武巖纖維對瀝青膠漿的粘度和針入度的影響、不同種類纖維對瀝青的吸附性能、各種纖維與瀝青的兩相結合的類型以及玄武巖纖維與棉狀纖維分別對瀝青膠漿軟化點的影響規律。 利用動態剪切流變儀研究纖維瀝青膠漿的動態剪切流變性能,實驗中研究了玄武巖纖維的不同摻量、試驗溫度、纖維種類、載荷作用頻率和纖維的長徑比分別對纖維瀝青膠漿的動態剪切流變性能的影響規律,并利用美國公路戰略研究計劃(SHRP)中定義的車轍因子來表征纖維瀝青膠漿的抗永久變形的能力。
后利用軟件將玄武巖纖維瀝青膠漿的車轍因子和溫度的關系進行擬合,獲得車轍因子和溫度的擬合關系方程,并賦予方程中的擬合參數一定的物理意義。
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