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原文传递基于表面能理论的玄武岩纤维增强沥青及其混合料性能研究

论文题名：	基于表面能理论的玄武岩纤维增强沥青及其混合料性能研究
关键词：	沥青混合料;束状玄武岩纤维;表面改性;路用性能;化学惰性
摘要：	随着我国各等级公路建设的拓展，对高性能沥青路面的需求日益提高。纤维掺入作为一种增强沥青混合料的有效手段，具有广阔的应用前景。玄武岩纤维作为一种绿色环保的高性能纤维，能够大幅度提高沥青混合料的各项路用性能。然而玄武岩纤维由于其表面光滑且呈化学惰性，在与沥青相结合的过程中对于沥青的吸附能力不足，影响了玄武岩纤维在沥青路面中的应用效果。为解决这个问题，已有较多对玄武岩纤维进行表面改性的研究，测试改性后玄武岩纤维掺入沥青及沥青混合料中的性能变化，然而对于纤维表面改性的方法局限于KH550硅烷偶联剂改性，缺乏不同偶联剂改性对纤维与沥青界面性能的影响研究，还缺乏界面性能对沥青以及沥青混合料性能之间关联性的研究。因此，本文选用KH550、KH560、KH570、UP580、UP602、UP312、A171共七种硅烷偶联剂改性束状玄武岩纤维，并通过扫描电镜、表面能、傅里叶红外光谱对硅烷偶联剂改性前后束状纤维的表面特性进行了表征，测定改性前后的束状玄武岩纤维增强SBS改性70＃沥青的锥入度、测力延度、软化点，研究了硅烷偶联剂改性对于束状玄武岩纤维增强SMA-13沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性的影响，最后通过线性回归拟合以及Pearson相关性分析，对纤维与沥青间的粘附功与纤维增强沥青、沥青混合料的各项性能变化趋势进行了关联性分析。本文旨在研究不同硅烷偶联剂改性束状玄武岩纤维对于玄武岩纤维增强SBS改性70＃沥青及SMA-13沥青混合料的性能变化特点，并深入探究玄武岩纤维表面特性对于沥青及沥青混合料性能提升的内在作用机理及相关性。经大量实验研究，本文主要结论如下：　　（1）经硅烷偶联剂改性后，玄武岩纤维表面粗糙度得到提升，有利于增强纤维与SBS改性沥青界面的粘附性；通过表面能测定发现，硅烷偶联剂改性后表面能均发生了下降，通过傅里叶红外光谱测试发现，硅烷偶联剂通过与纤维表面羟基（-OH）发生化学键合，生成更为牢固的Si-O-Si键，通过引入自身特征官能团来提高玄武岩纤维表面活性；通过粘附功计算发现，经KH550和UP580改性后能提高玄武岩纤维与SBS改性沥青间的粘附功，其余偶联剂改性会降低粘附功，不利于玄武岩纤维与沥青的结合。　　（2）7种硅烷偶联剂中的KH550和UP580改性后玄武岩纤维增强SBS改性沥青的低温抗拉性能以及抗剪切强度均得到了提高，其余效果不明显；7种硅烷偶联剂改性后对玄武岩纤维增强SBS改性沥青的软化点影响均不明显。　　（3）通过沥青混合料配合比实验，确定了在SMA-13沥青混合料中束状玄武岩纤维的掺量为0.5％时的最佳油石比为6.0%。经KH550和UP580改性后的玄武岩纤维增强SMA-13沥青混合料拥有最佳的路用性能，其中KH550相较于未改性束状玄武岩纤维，增强SBS改性70＃沥青混合料的动稳定度提升了5.4%，破坏应变提高了3.8%，浸水稳定度提高了2.1%，残留稳定度提高了2.3%，冻融劈裂比提高了3.4%。　　（4）经线性回归拟合和Pearson相关性分析后得出，玄武岩纤维与沥青间的粘附功与玄武岩纤维增强沥青以及沥青混合料的各项性能均有着极显著的强相关性，表明可通过粘附功计算来对沥青及沥青混合料的性能变化趋势进行预测，指导玄武岩纤维表面改性工艺的实施。
作者：	马铂程
专业：	材料科学工程
导师：	刘建勋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022