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原文传递蓄盐复合纤维沥青混合料抗凝冰机理及衰变规律研究

论文题名：	蓄盐复合纤维沥青混合料抗凝冰机理及衰变规律研究
关键词：	道路工程;沥青混合料;蓄盐复合纤维;抗凝冰特性;疲劳特性
摘要：	现有针对寒冷地区沥青路面冬季结冰问题的抗凝冰添加剂价格高，对混合料的技术性能改善有限，尤其是对生态环境影响巨大，阻碍了其大面积推广应用。因此本文开发一种价格合适、效果良好、环保，适宜于沥青路面使用的蓄盐复合纤维抗凝冰剂，并对其在应用中的相关问题进行了系统的探讨研究。　　研究了蓄盐复合纤维的制备工艺，确定了蓄盐复合纤维的掺配比例，即有机树脂：乙酸钠：硅酸钠：木质素纤维：海泡石纤维=1:1.336:0.573:0.17:0.255。通过沥青胶浆试验，掺加蓄盐复合纤维能改善SBS改性沥青的高温、低温流变性能，并且具有较高的电导率，具备抗凝冰特性。　　通过沥青混合料性能试验，分析了四种级配下，蓄盐复合纤维等体积替换矿粉后，掺加不同掺量的蓄盐复合纤维的沥青混合料的路用性能。结果表明，与马飞龙沥青混合料相比，蓄盐复合纤维沥青混合料的高温抗剪切性能、低温抗裂性能、水稳定性能、抗疲劳性能均更优，但抗滑性能有所降低；随着蓄盐复合纤维掺量的增大，改性沥青混合料的各项性能提高幅度逐渐变低，抗滑性能降低更多，因此一定掺量的蓄盐复合纤维用于沥青混合料中是充分可行的。　　通过对蓄盐复合纤维微观形态和蓄盐复合纤维改性沥青的研究，盐晶体均匀分布在纤维中，即蓄盐复合纤维具有很好的吸持盐分的特性，同时表面的有机树脂能够加强蓄盐复合纤维与沥青的粘结；SBS改性沥青掺加蓄盐复合纤维后，SBS聚合物的分散程度更加显著，蓄盐复合纤维、SBS与沥青之间形成交互连接，大大增强了结构稳定性；蓄盐复合纤维中的—COOH基团与沥青发生了化学反应，改变了沥青的碳链结构，使得沥青中的大分子化学物成分增多，使得蓄盐复合纤维改性沥青的抗老化性能得到了显著提高，热稳定性有所提高。　　对于抗凝冰沥青混合料，随着雨水、冰雪的作用，加快了路面中盐分的析出，在荷载作用下容易出现抗凝冰能力衰减过快。通过凝冰粘结力性能测试、CT试验研究了不同动水冲刷时间前后蓄盐复合纤维沥青混合料的抗凝冰性能和空隙特征。掺加蓄盐复合纤维后，对混合料空隙结构影响很小。在动水作用下，蓄盐复合纤维沥青混合料的溶液电导率持续升高，最大扭矩增幅速率变得更慢，其抗凝冰性能衰减更慢；其平均空隙体积、最可几空隙逐渐增大，空隙维数逐渐减小，但随着蓄盐复合纤维掺量的不断增大，空隙特征指标的变化幅度越来越小，表明随着盐分析出，纤维能够很好地吸持沥青，分割了混合料内部空隙，增加了微孔数量，保证了空隙结构的稳定，确保了长期的抗凝冰性能；提出了抗凝冰路面混合料凝冰粘结力扭矩值应不大于60N·m，分析了蓄盐复合纤维沥青混合料抗凝冰衰变特点。　　在冬季，沥青路面空隙内部的水并会在外界温度变化下产生盐冻融循环，导致沥青路面产生损伤，采用OT试验、四点弯曲疲劳试验研究了盐冻融循环前后蓄盐复合纤维沥青混合料的耐久性能，随着盐冻融循环作用，抗凝冰沥青混合料中盐分会缓慢的析出，并均匀地分散在空隙内的水中，在水结冰时减小了冻胀力，尤其是蓄盐复合纤维中由于硅酸钠的析出，降低了混合料的表面能，使水分在结冰时更容易脱落，且纤维的加筋作用能够提升其抗开裂的能力。掺加蓄盐复合纤维能够显著改善盐冻融循环前后沥青混合料的耐久性能，分析了蓄盐复合纤维沥青混合料疲劳性能衰变特点。
作者：	张航
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	凌天清
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2021