劍麻纖維改性再生混合料抗沖刷性能研究

研究摻入不同比例劍麻纖維的水泥穩(wěn)定碎石材料的干縮性能和溫縮性能,結(jié)果表明:水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)均隨劍麻纖維摻量的增加逐漸降低。因此將劍麻纖維水泥穩(wěn)定碎石用于公路路面基層,必將提高基層的收縮性能,減少塑性收縮開裂,達到延長路面使用壽命的目的。

將劍麻纖維摻入水泥穩(wěn)定碎石材料中作為公路基層,其研究和利用均較少。本文研究了摻入不同比例劍麻纖維水泥穩(wěn)定碎石材料的無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度、抗彎拉強度和抗沖擊性能。結(jié)果表明:劍麻纖維對水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度略有改善,但提高幅度不大,對劈裂強度、抗彎拉強度和抗沖擊性能的改善效果較明顯。因此將劍麻纖維水泥穩(wěn)定碎石用于公路路面基層,必將提高基層的綜合力學性能,減少早期破壞,達到延長路面使用壽命的目的。

為改善我國公路過高的建養(yǎng)成本,提高公路的建設(shè)質(zhì)量,延長路面的使用壽命,試驗將劍麻纖維摻入到瀝青混凝土中,驗證其增強效果。針對ac-13瀝青混合料,在已確定其礦料配合比及最佳油石比的基礎(chǔ)上,主要進行了馬歇爾試驗及殘留穩(wěn)定度馬歇爾試驗,基本確定了劍麻纖維的最佳摻量及最佳長度。

采用動態(tài)保壓注塑成型技術(shù)(dpim),通過在熔融共混體系中施加往復的剪切應力以改善劍麻纖維(sf)與聚丙烯(pp)復合材料的結(jié)構(gòu)與性能。力學性能測試表明:動態(tài)保壓獲得的樣品,拉伸強度與模量獲得大幅度提高,但樣品沖擊性能有所下降。當劍麻纖維質(zhì)量分數(shù)為30%時,動態(tài)復合材料的拉伸強度提高了23%。dsc結(jié)果表明:由于劍麻纖維充當了結(jié)晶成核點的作用,使得復合物的結(jié)晶溫度提高。

文章以國道324線岑溪至容縣一級公路(容縣段)為依托工程,在分析水泥穩(wěn)定碎石混合料沖刷機理的基礎(chǔ)上,提出采用抗沖刷試驗評價水泥穩(wěn)定碎石冷再生混合料的抗沖刷性能,試驗結(jié)果表明,沖刷量隨水泥劑量的增加而減少,隨累計沖刷時間的延長而增加;材料的沖刷與強度的關(guān)聯(lián)性不大,沖刷后試件強度不下降。

針對冷再生混合料配合比設(shè)計不完善、高低溫性能欠佳的問題,選用抽提前的rap,對sbs改性乳化瀝青-水泥冷再生混合料進行配合比優(yōu)化設(shè)計.通過凍融劈裂強度試驗、高溫車轍試驗、低溫彎曲梁試驗,與傳統(tǒng)乳化瀝青-水泥冷再生混合料進行路用性能對比分析.試驗結(jié)果顯示,sbs改性乳化瀝青再生混合料殘留穩(wěn)定度達到了85.5％,比傳統(tǒng)再生混合料提高了10.9％,劈裂強度比tsr提高了10.2％;動穩(wěn)定度提高了10.3％,達到10557次/mm;破壞應變增大了42％,達到了2545με.經(jīng)過改性后的乳化瀝青-水泥再生混合料具有更好的路用性能及推廣應用價值.

為提高瀝青路面表層抗滑性能,對路面抗滑的機理進行了分析,并對瀝青混合料中的纖維添加劑進行了比選,通過往瀝青混合料中摻加不同長度、不同摻量的劍麻纖維進行若干組對比試驗,確定了瀝青混合料中劍麻纖維的最佳長度及最佳摻量。結(jié)果表明:劍麻纖維是很適合提高路面表層抗滑性能的瀝青混合料添加劑。

通過對不同摻量劍麻纖維混凝土在海洋環(huán)境下進行耐腐蝕性試驗,得出了不同摻量劍麻纖維增強基劍麻纖維混凝土復合材料的耐腐蝕性的變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上提出了不同劍麻摻量劍麻纖維混凝土的抗壓強度耐蝕系數(shù),并探索最佳劍麻纖維的摻量范圍,為進一步研究劍麻纖維增強基復合材料的抗腐蝕性能及應用提供參考。

為了研究動水沖刷作用對瀝青混合料性能的影響,利用自研的動水沖刷裝置,針對不同空隙率的sma-13瀝青混合料進行動水沖刷試驗,比較動水沖刷前后試件滲水系數(shù)、抗壓強度、劈裂強度和質(zhì)量等參數(shù)的變化;參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中瀝青混合料水穩(wěn)定性評價標準,提出了基于動水沖刷前后抗壓強度比和劈裂強度比的瀝青混合料抗沖刷評價指標及標準建議值。研究結(jié)果表明:動水沖刷作用對瀝青混合料性能有不利影響,空隙率不同,影響程度不同;抗壓強度和劈裂強度均隨空隙率增大而減小,空隙率8%左右的瀝青混合料受動水沖刷后其衰減程度最大;動水沖刷后,滲水系數(shù)略有增大,質(zhì)量損失隨空隙率的增大而增加,但增加速率逐漸放緩。

目前綠色發(fā)展已經(jīng)成為一個重要趨勢,如何在工程中提高資源的利用率是解決目前發(fā)展過程中資源與環(huán)境的嚴峻形勢的重要之路。泡沫瀝青冷再生技術(shù)采用泡沫瀝青作為粘結(jié)劑對洗刨、破碎后的瀝青混合料進行再次拌合的技術(shù)。泡沫瀝青冷再生技術(shù)一方面能夠降低道路修建成本,另一方面能夠提高資源的利用率,是公路養(yǎng)護、舊路改造的綠色方案。本文主要從設(shè)計到施工進行闡述泡沫瀝青的冷再生技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。

伴隨著我國公路快速發(fā)展,創(chuàng)造大量社會和經(jīng)濟效益的同時,公路養(yǎng)護維修改建等方面問題已經(jīng)凸顯出來.泡沫瀝青因此應運而生,它是把在高溫瀝青中注入定量的冷水,熱瀝青和冷水接觸后就會發(fā)生劇烈的體積膨脹變化,從而產(chǎn)生無數(shù)的瀝青泡沫.由于極大地降低了建設(shè)成本,所以這種材料在很多領(lǐng)域有廣闊的應用空間.

目的研究溫拌—再生改性瀝青sma混合料的路用性能和疲勞性能,為溫拌—再生技術(shù)在工程中的應用提供有價值的數(shù)據(jù)和理論依據(jù).方法采用馬歇爾配合比設(shè)計方法進行設(shè)計.對舊路瀝青混合料和既添加再生劑又添加溫拌劑的溫拌—再生瀝青混合料的各項性能指標進行對比研究.結(jié)果確定了溫拌—再生改性瀝青sma混合料的最佳拌合溫度為140℃.溫拌—再生改性瀝青sma混合料的動穩(wěn)定度為7450次/mm,殘留穩(wěn)定度為87.3%,凍融劈裂強度比為84.7%,都高于規(guī)范要求.在4種應力比下溫拌—再生改性瀝青sma混合料的疲勞壽命都高于舊瀝青混合料.結(jié)論在降低拌合溫度的情況下,溫拌—再生瀝青混合料的力學性能和路用性能可以滿足規(guī)范要求.抗水損害和抗疲勞性能都得到了提高,冬季現(xiàn)場熱再生施工期得到了延長.改性瀝青sma混合料的溫拌—再生技術(shù)具有很廣闊的應用前景.

為改善我國公路過高的建養(yǎng)成本,提高公路的建設(shè)質(zhì)量,延長路面的使用壽命,嘗試將劍麻纖維摻入到瀝青混凝土中,驗證其增強效果,試驗針對ac-13瀝青混合料,主要進行了原材料的檢測、礦料的配合比設(shè)計以及混合料的最佳油石比確定。為進一步進行的馬歇爾試驗、車轍試驗及凍融劈裂試驗奠定基礎(chǔ)。

針對sbs改性瀝青廠拌熱再生混合料,通過測量不同rap用量及舊料加熱溫度下的抗壓強度、劈裂強度,對再生混合料的力學性能變化規(guī)律進行了分析.試驗結(jié)果表明:rap含量在20%以內(nèi)時,再生混合料性能與新料性能并無明顯差別;隨著rap比例增加,再生混合料強度逐漸提高.當溫度條件滿足要求時,可以適當提高rap用量.

提出采用纖維增強sbs改性瀝青ac-13混合料作為加鋪層的上面層。通過一系列室內(nèi)試驗研究,介紹了纖維增強sbs改性瀝青ac-13混合料的原材料的選擇、配合比設(shè)計要點,提出適合于舊水泥路面加鋪的配合比方案。試驗結(jié)果表明,纖維增強sbs改性瀝青ac-13混合料具有比普通sbs瀝青混合料更好的路用性能,能夠滿足舊水泥路面加鋪層的使用要求。

分別用堿處理和甲基丙烯酸甲酯接枝聚合的方法對sf進行表面改性。研究了sf表面處理對pp/sf復合材料的熱性能、動態(tài)力學性能、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響。結(jié)果表明sf表面處理改善了pp與sf間的界面相容性,提高了pp/sf共混物的熱穩(wěn)定性和復合材料的損耗因子強度,增加了β晶型pp的含量,降低了pp相的結(jié)晶度,同時提高了pp/sf復合材料的強度和韌性。sf表面接枝pmma比表面堿處理對pp/sf復合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響更為顯著。

目前,我國很多地區(qū)都在針對水泥混凝土損壞路面展開大量的改造工程,然而反射裂縫是改造后瀝青面層后出現(xiàn)的常見問題,由于半柔性道路材料兼有高強度和高韌性的特點,可用作加鋪中的應力吸收層,用來解決出現(xiàn)反射裂縫的問題,因此,本文在泡沫瀝青冷再生技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上,研發(fā)了水泥-泡沫瀝青半柔性冷再生混合料,并通過與兩種冷再生工程中常用的泡沫瀝青混合料進行對比試驗研究,發(fā)現(xiàn)其具有良好的物理力學性能,能夠獲得較好的密實性、理想的高承載性與高韌性以及較高的抗剪強度,希望能為解決舊水泥路面加鋪瀝青面層發(fā)生反射裂縫問題,提供一種新的方法。

劍麻纖維乳化瀝青混凝土是一種新型的乳化瀝青混合料,對不同摻量、不同長度的劍麻纖維乳化瀝青混凝土進行了路用性能研究,主要包括力學性能、高溫性能和水穩(wěn)定性。通過對比試驗,確定劍麻纖維的最佳摻量與最佳長度。

通過設(shè)置對比試驗組,主要對比分析了不同長度及摻量下的劍麻纖維對普通水泥砂漿的流動度值、抗折強度及抗?jié)B性能的影響,并深入研究了其作用機理。試驗結(jié)果表明:劍麻纖維的長度與摻入量對普通水泥砂漿的物理性能有顯著影響,摻量為4.5kg/m3且長度為10mm的劍麻纖維能使水泥砂漿具有更好的流動度,28d劍麻纖維水泥砂漿的抗折強度提高了29.5%,抗?jié)B性能提高了45.9%,可滿足實際工程的需要。

劍麻纖維是生產(chǎn)和生活過程中不可缺少的天然纖維之一,其機械提取具有環(huán)保且不破壞其特性的優(yōu)點。目前,劍麻纖維大多依靠化學或生物提取,尚沒有專業(yè)提取器具。為此,設(shè)計了一種縱臥喂料式滾筒劍麻纖維提取機。該機主要由輸送裝置、夾持裝置以及刮雜裝置等主要的關(guān)鍵部件構(gòu)成。確定了本機的輸送裝置、夾持裝置和刮雜裝置的主要結(jié)構(gòu)和工作原理,并計算出了刮雜刀輥所需的轉(zhuǎn)速。該機的設(shè)計為劍麻纖維提取機的設(shè)計開發(fā)提供了參考,對促進中國劍麻生產(chǎn)區(qū)劍麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

本文以劍麻纖維為原料,采用濕法抄紙工藝抄造劍麻纖維無紡布。實驗結(jié)果表明:與常壓下用krk磨漿機處理后直接得漿相比,劍麻化學漿的撕裂度、耐破度和耐折度更佳,更適宜作為濕法抄造無紡布的原料;在劍麻化學漿中添加聚酯纖維與添加pva纖維相比,后者在增強劍麻無紡布的緊度、挺度、抗張和耐破方面優(yōu)于前者;當pva纖維添加量為10%時,劍麻纖維無紡布的耐破指數(shù)為2.37kpa·m2/g,抗張指數(shù)為173.65n·m/g,伸長率4.69%,cobb值217.7g/m2,緊度0.989g/cm3,挺度1.589m·n·m。

泡沫瀝青冷再生混合料屬于半柔性材料,它對于公路的路面有很好的保護作用,能夠預防反射性的裂縫,從而使公路的使用年限增加,使工程項目使用壽命延長。泡沫瀝青在經(jīng)過處理之后,能夠?qū)Ψ柿线M行回收,避免了資源的浪費,也間接的保護了環(huán)境。就針對于泡沫瀝青冷再生混合料的性能進行相關(guān)的探討,為泡沫瀝青的回收提供數(shù)據(jù)支持。