玄武岩纤维沥青混合料疲劳自愈合性能研究

发布时间：2020-06-21 20:53

【摘要】：荷载裂缝是沥青混凝土路面的主要破坏形式之一,严重影响了公路的正常运行,自1967年Bazin和Saunier用试验证明沥青混凝土具有自愈能力以来,注许多研究均证明了沥青材料的自愈合特性,并确定了加载应变间歇时间,混合料结构及不同的加载间歇比例等因素对自愈合的影响,但是现有研究多基于改性剂沥青,对常用的纤维沥青混合料的研究较少。玄武岩纤维以路面性能提升明显、化学性能稳定、天然环保、价格低廉等优点脱颖而出,成为路面纤维改性剂的重要研究方向。因此,本文从材料复合化的角度出发,利用玄武岩纤维材料的抗裂特点沥青的自愈性能相结合,研究添加玄武岩纤维对沥青混合料自愈合能力的影响。首先,基于马歇尔试验方法,进行AC-16C密集配基质沥青混合料配合比设计,确定最佳油石比为4.9%,以此为基础制备改性剂含量4.5%的SBS改性沥青混合料,0.03%质量分数的玄武岩纤维沥青混合料,在此过程中探究了玄武岩纤维沥青混合料拌和工艺,提出了一种新的纤维混合料拌和方式。其次,针对三种沥青混合料进行四点弯疲劳试验,发现损伤程度对于沥青混合料疲劳性能有较大影响,损伤程度越大改性沥青混合料疲劳性能提升越明显;添加玄武岩纤维后沥青混合料疲劳性能提升明显但仍不及SBS改性沥青混合料;耗散能变化率曲线可以更好的反映沥青混合料的损伤程度,分析曲线我们可以发现沥青混合料疲劳损伤分为三个阶段,分别对应缺陷的累计、扩张和稳定阶段,损伤程度在30%是缺陷累计阶段,30%~50%是裂缝的萌生阶段,损伤程度超过50%~70%是混合料内部裂缝剧烈发展。再次,通过正交试验分析研究愈合时间、愈合温度、损伤程度对不同沥青混合料自愈合性能影响,选用损伤速率最为愈合性能评价指标,试验表明:对于三种混合料自愈合性能来说,损伤程度具有消极作用,温度具有积极作用,时间也有积极作用但是提升效果不如温度明显;SBS改性沥青混合料、玄武岩纤维沥青混合料经受轻微损伤之后,在合适的养护条件下发生“锻造效应”即抗疲劳性能会好于愈合前;损伤程度超过50%时基质沥青混合料愈合性能下降明显,SBS改性沥青混合料几乎不愈合,玄武岩纤维沥青混合料愈合性能最好。最后,本章借助电子扫描显微镜(SEM)分别对基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料、玄武岩纤维沥青混合料进行了微观结构分析,结合界面理论、复合材料观点和断裂力学理论定性分析了玄武岩纤维对沥青混凝土增强性能的作用机理。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：

微观形态,玄武岩纤维,短切

图 2-1 短切玄武岩纤维图 2-2 微观玄武岩纤维形态Figure.2-1 Short cut basalt fiber Figure.2-2 Microbasalt fiber morphology微观玄武岩纤维形态如图 2-2 所示。从图中我们可以发现玄武岩纤维微观形态呈现平滑的柱状，这是因为纤维在成形过程当中，玄武岩经历高温熔化拉伸时，表面受张力作用收缩成面积最小原型，玄武岩纤维具体如表 2-3 所示。表 2-3 玄武岩纤维化学组成Table 2-4 Chemical composition of basalt fiber化学成分 FeO3+FeO TiO2 Na2O+K2O MgO CaO Al2O3 SiO2 其他含量/wt% 9.50 1.40 4.20 4.20 7.20 17.80 55.60 0.10玄武岩在 1500℃高温的条件下拉丝制成玄武岩纤维，纤维的性能指标经试验测试。纤维的技术指标如表 2-4 所示表 2-4 纤维的技术指标Table 2-4 Technical indicators of fiber指标测试值工作温度（℃） >1000长度（mm） 6

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【参考文献】