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原文传递硅烷偶联剂改性絮状玄武岩纤维增强SMA-13沥青混合料性能及机理研究

论文题名：	硅烷偶联剂改性絮状玄武岩纤维增强SMA-13沥青混合料性能及机理研究
关键词：	沥青混合料;絮状玄武岩纤维;硅烷偶联剂;路用性能
摘要：	随着经济的迅速发展，我国物流和交通行业的繁荣发展带来的车辆大型化、重载化问题给沥青路面造成了车辙、裂纹、水损坏等不可逆转的病害。近年来，对沥青路面进行外掺纤维改性以提高其路用性能受到了越来越多行业学者的关注，木质纤维虽以其优异的吸油性使其在SMA-13沥青混合料体系中得到了广泛的应用，但更多研究发现，沥青路面中的木质纤维存在易降解、高温稳定性较差、易吸水等弊端，影响了沥青混合料的性能。而玄武岩纤维具有良好的力学性能和高温稳定性，且可循环再生利用，使得其在沥青混合料中的得到了推广使用。　　本文选用的玄武岩纤维是将熔融矿料经离心法制成的功能型高性能絮状玄武岩纤维，在对比研究了不同絮状玄武岩纤维和木质纤维增强沥青三大指标性能的基础上，为进一步改善絮状玄武岩纤维与沥青界面粘结力，提高纤维对沥青的吸附性能，对絮状玄武岩纤维进行硅烷偶联剂改性并测试其增强SMA-13沥青混合料的路用性能。主要研究工作及结论如下：　　本文首先对絮状玄武岩纤维进行表面偶联剂改性研究。选取7种含有不同特征官能团的硅烷偶联剂，对比研究不同偶联剂水解方法，得出硅烷偶联剂的最佳水解条件为水：无水乙醇=3：7，除含氨基特征官能团外的其他型号硅烷偶联剂需加入冰乙酸调节pH值至3-5，水解时长1h，随后通过表面自由能（SE）、沥青吸持率、FTIR和SEM等手段表征絮状玄武岩纤维经硅烷偶联剂改性后的表面形貌、基础性能和官能团等变化，结果表明絮状玄武岩纤维经改性后表面出现附着物，粗糙度升高，沥青吸持率和表面含油率上升，红外吸收光谱随改性剂种类的不同可检测出不同的特征官能团。　　然后对表面改性前后的絮状玄武岩纤维增强沥青性能进行对比研究。从纤维种类、掺量和偶联剂种类等角度研究各因素对SBS改性70#沥青三大指标（软化点、锥入度、测力延度）的影响规律和机理，研究结果表明，在0-6%质量比的范围内，沥青性能随纤维掺量先增加后下降，在4%达到峰值。经KH550、UP602、UP312偶联剂改性的絮状玄武岩纤维对沥青三大指标性能有提升作用，经KH560、KH580和A151改性后纤维掺入沥青中出现性能下降的现象，KH570改性纤维对沥青性能没有明显影响，通过机理分析得出原因为：改性后絮状玄武岩纤维表面粗糙度升高，附着了有机物改性剂，同时由于改性剂特征官能团的存在，可提高纤维与沥青间的界面粘结；另外，粘附功计算结果显示，不同硅烷偶联剂改性后的絮状玄武岩纤维对纤维-沥青间粘附功有不同程度影响，从而导致沥青性能的差异。　　最后研究改性絮状玄武岩纤维对沥青混合料路用性能的影响。通过配合比设计得出改性絮状玄武岩纤维和木质纤维增强SMA-13沥青混合料的最优配合比和油石比，对比研究了两类纤维混合料的高温车辙、低温抗裂和水稳定性，通过对4种偶联剂改性絮状BF 沥青混合料路用性能的研究再次验证了各偶联剂特征官能团对沥青混合料路用性能的影响。结果显示表面改性絮状玄武岩纤维混合料各项路用性能均优于木质纤维混合料。KH550改性、UP602 改性和UP312改性絮状BF均对沥青混合料的路用性能有不同程度的提升，而KH570改性絮状BF对沥青混合料路用性能的作用效果不大。
作者：	郭凤宇
专业：	材料工程
导师：	刘建勋;唐宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022