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(dá)到延長(zhǎng)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(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和抗沖擊性能。結(jié)果表明:劍麻纖維對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度略有改善,但提高幅度不大,對(duì)劈裂強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)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(xué)性能,減少早期破壞,達(dá)到延長(zhǎng)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(zhǎng)路面的使用壽命,試驗(yàn)將劍麻纖維摻入到瀝青混凝土中,驗(yàn)證其增強(qiáng)效果。針對(duì)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(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)及殘留穩(wěn)定度馬歇爾試驗(yàn),基本確定了劍麻纖維的最佳摻量及最佳長(zhǎng)度。

采用動(dòng)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(fù)的剪切應(yīng)力以改善劍麻纖維(sf)與聚丙烯(pp)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能。力學(xué)性能測(cè)試表明:動(dòng)態(tài)保壓獲得的樣品,拉伸強(qiáng)度與模量獲得大幅度提高,但樣品沖擊性能有所下降。當(dāng)劍麻纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),動(dòng)態(tài)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了23%。dsc結(jié)果表明:由于劍麻纖維充當(dāng)了結(jié)晶成核點(diǎn)的作用,使得復(fù)合物的結(jié)晶溫度提高。

文章以國道324線岑溪至容縣一級(jí)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(jī)理的基礎(chǔ)上,提出采用抗沖刷試驗(yàn)評(píng)價(jià)水泥穩(wěn)定碎石冷再生混合料的抗沖刷性能,試驗(yàn)結(jié)果表明,沖刷量隨水泥劑量的增加而減少,隨累計(jì)沖刷時(shí)間的延長(zhǎng)而增加;材料的沖刷與強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性不大,沖刷后試件強(qiáng)度不下降。

針對(duì)冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)不完善、高低溫性能欠佳的問題,選用抽提前的rap,對(duì)sbs改性乳化瀝青-水泥冷再生混合料進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì).通過凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、低溫彎曲梁試驗(yàn),與傳統(tǒng)乳化瀝青-水泥冷再生混合料進(jìn)行路用性能對(duì)比分析.試驗(yàn)結(jié)果顯示,sbs改性乳化瀝青再生混合料殘留穩(wěn)定度達(dá)到了85.5％,比傳統(tǒng)再生混合料提高了10.9％,劈裂強(qiáng)度比tsr提高了10.2％;動(dòng)穩(wěn)定度提高了10.3％,達(dá)到10557次/mm;破壞應(yīng)變?cè)龃罅?2％,達(dá)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(yīng)用價(jià)值.

為提高瀝青路面表層抗滑性能,對(duì)路面抗滑的機(jī)理進(jìn)行了分析,并對(duì)瀝青混合料中的纖維添加劑進(jìn)行了比選,通過往瀝青混合料中摻加不同長(zhǎng)度、不同摻量的劍麻纖維進(jìn)行若干組對(duì)比試驗(yàn),確定了瀝青混合料中劍麻纖維的最佳長(zhǎng)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(duì)不同摻量劍麻纖維混凝土在海洋環(huán)境下進(jìn)行耐腐蝕性試驗(yàn),得出了不同摻量劍麻纖維增強(qiáng)基劍麻纖維混凝土復(fù)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(qiáng)度耐蝕系數(shù),并探索最佳劍麻纖維的摻量范圍,為進(jìn)一步研究劍麻纖維增強(qiáng)基復(fù)合材料的抗腐蝕性能及應(yīng)用提供參考。

為了研究動(dòng)水沖刷作用對(duì)瀝青混合料性能的影響,利用自研的動(dòng)水沖刷裝置,針對(duì)不同空隙率的sma-13瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)水沖刷試驗(yàn),比較動(dòng)水沖刷前后試件滲水系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),提出了基于動(dòng)水沖刷前后抗壓強(qiáng)度比和劈裂強(qiáng)度比的瀝青混合料抗沖刷評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)建議值。研究結(jié)果表明:動(dòng)水沖刷作用對(duì)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(qiáng)度和劈裂強(qiáng)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(dòng)水沖刷后其衰減程度最大;動(dòng)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(gè)重要趨勢(shì),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(yán)峻形勢(shì)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(duì)洗刨、破碎后的瀝青混合料進(jìn)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(hù)、舊路改造的綠色方案。本文主要從設(shè)計(jì)到施工進(jìn)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(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),公路養(yǎng)護(hù)維修改建等方面問題已經(jīng)凸顯出來.泡沫瀝青因此應(yīng)運(yùn)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(huì)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(yīng)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(yīng)用提供有價(jià)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(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì).對(duì)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(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)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(dòng)穩(wěn)定度為7450次/mm,殘留穩(wěn)定度為87.3%,凍融劈裂強(qiáng)度比為84.7%,都高于規(guī)范要求.在4種應(yīng)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(xué)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(chǎng)熱再生施工期得到了延長(zhǎng).改性瀝青sma混合料的溫拌—再生技術(shù)具有很廣闊的應(yīng)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(zhǎng)路面的使用壽命,嘗試將劍麻纖維摻入到瀝青混凝土中,驗(yàn)證其增強(qiáng)效果,試驗(yàn)針對(duì)ac-13瀝青混合料,主要進(jìn)行了原材料的檢測(cè)、礦料的配合比設(shè)計(jì)以及混合料的最佳油石比確定。為進(jìn)一步進(jìn)行的馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

針對(duì)sbs改性瀝青廠拌熱再生混合料,通過測(cè)量不同rap用量及舊料加熱溫度下的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度,對(duì)再生混合料的力學(xué)性能變化規(guī)律進(jìn)行了分析.試驗(yàn)結(jié)果表明:rap含量在20%以內(nèi)時(shí),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(qiáng)度逐漸提高.當(dāng)溫度條件滿足要求時(shí),可以適當(dāng)提高rap用量.

提出采用纖維增強(qiáng)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(yàn)研究,介紹了纖維增強(qiáng)sbs改性瀝青ac-13混合料的原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn),提出適合于舊水泥路面加鋪的配合比方案。試驗(yàn)結(jié)果表明,纖維增強(qiáng)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(duì)sf進(jìn)行表面改性。研究了sf表面處理對(duì)pp/sf復(fù)合材料的熱性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)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(fù)合材料的損耗因子強(qiáng)度,增加了β晶型pp的含量,降低了pp相的結(jié)晶度,同時(shí)提高了pp/sf復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。sf表面接枝pmma比表面堿處理對(duì)pp/sf復(fù)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(duì)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(qiáng)度和高韌性的特點(diǎn),可用作加鋪中的應(yīng)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(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)其具有良好的物理力學(xué)性能,能夠獲得較好的密實(shí)性、理想的高承載性與高韌性以及較高的抗剪強(qiáng)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(duì)不同摻量、不同長(zhǎng)度的劍麻纖維乳化瀝青混凝土進(jìn)行了路用性能研究,主要包括力學(xué)性能、高溫性能和水穩(wěn)定性。通過對(duì)比試驗(yàn),確定劍麻纖維的最佳摻量與最佳長(zhǎng)度。

通過設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)組,主要對(duì)比分析了不同長(zhǎng)度及摻量下的劍麻纖維對(duì)普通水泥砂漿的流動(dòng)度值、抗折強(qiáng)度及抗?jié)B性能的影響,并深入研究了其作用機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明:劍麻纖維的長(zhǎng)度與摻入量對(duì)普通水泥砂漿的物理性能有顯著影響,摻量為4.5kg/m3且長(zhǎng)度為10mm的劍麻纖維能使水泥砂漿具有更好的流動(dòng)度,28d劍麻纖維水泥砂漿的抗折強(qiáng)度提高了29.5%,抗?jié)B性能提高了45.9%,可滿足實(shí)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(jī)械提取具有環(huán)保且不破壞其特性的優(yōu)點(diǎn)。目前,劍麻纖維大多依靠化學(xué)或生物提取,尚沒有專業(yè)提取器具。為此,設(shè)計(jì)了一種縱臥喂料式滾筒劍麻纖維提取機(jī)。該機(jī)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(jī)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(jì)算出了刮雜刀輥所需的轉(zhuǎn)速。該機(jī)的設(shè)計(jì)為劍麻纖維提取機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了參考,對(duì)促進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與常壓下用krk磨漿機(jī)處理后直接得漿相比,劍麻化學(xué)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(xué)漿中添加聚酯纖維與添加pva纖維相比,后者在增強(qiáng)劍麻無紡布的緊度、挺度、抗張和耐破方面優(yōu)于前者;當(dāng)pva纖維添加量為10%時(shí),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(zhǎng)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(duì)于公路的路面有很好的保護(hù)作用,能夠預(yù)防反射性的裂縫,從而使公路的使用年限增加,使工程項(xiàng)目使用壽命延長(zhǎng)。泡沫瀝青在經(jīng)過處理之后,能夠?qū)Ψ柿线M(jìn)行回收,避免了資源的浪費(fèi),也間接的保護(hù)了環(huán)境。就針對(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料的性能進(jìn)行相關(guān)的探討,為泡沫瀝青的回收提供數(shù)據(jù)支持。