竹纤维沥青混合料的耐久性能研究

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沥青路面是我国高等级路面的主要形式,外界因素的影响会对路面耐久性产生较大影响,缩短其使用寿命。掺加纤维可提高沥青路面的耐久性能,当前广泛用于沥青混合料的木质素纤维取自原木,其大规模使用不符合生态文明建设的理念,而我国竹材资源丰富,竹纤维生产过程环境友好、具有良好的物理力学特性、价格低廉。为保护生态环境,减少森林资源消耗,拓宽现行技术规范的取材范围,本文将从毛竹杆茎中提取的絮状竹纤维加入沥青混合料中,采用四种级配方案,通过系列室内试验从老化耐久性、冻融循环耐久性和疲劳耐久性三个方面研究竹纤维沥青混合料的耐久性,并与无纤维沥青混合料和木质素纤维沥青混合料进行对比。得出以下主要结论:(1)竹纤维直径分布不一,表面粗糙,其各项指标均符合规范要求。与木质素纤维相比,竹纤维具有较高的吸油率和较低的吸水率。竹纤维改善沥青胶浆黏度和弹性恢复率的效果优于木质素纤维。(2)通过标准马歇尔试验确定了各纤维沥青混合料的级配、最佳纤维掺量(AC-13 和 AC-16 级配:0.4%,SMA-13 和 SMA-16 级配:0.3%)、最佳油石比(AC-13:无纤维:4.7%、木质素纤维5.0%、竹纤维5.3%;AC-16:无纤维4.6%、木质素纤维4.9%、竹纤维5.2%;SMA-13:木质素纤维5.9%、竹纤维6.5%;SMA-16:木质素纤维5.7%、竹纤维6.0%)。(3)在不同的老化时间与温度下,竹纤维沥青混合料的低温稳定老化耐久性和水稳定老化耐久性优于木质素纤维沥青混合料,但力学性能弱于后者。纤维在沥青混合料中可起到吸附、稳定、桥接、加筋的作用。竹纤维的粗糙表面、良好的吸油性和较高的强度有效减轻了其改性沥青混合料老化过程中极性物质的氧化作用,增强了路面结构的抗变形能力。(4)植物纤维可提高沥青混合料的整体性并削弱水分侵蚀作用,进而改善其冻融循环耐久性。竹纤维和木质素纤维对沥青混合料冻融循环耐久性的改善效果基本相同。(5)竹纤维具有较大的密度、较好的韧性和吸收沥青的能力,具有良好的对沥青混合料初始损伤的阻滞作用和对沥青混合料自愈合能力的增强作用,其改性沥青混合料具有良好的疲劳耐久性。(6)整体而言,纤维沥青混合料的空隙率越小,沥青膜越厚,结构越密实,其耐久性越优良。SMA级配混合料的耐久性能优于AC级配混合料。(7)纤维沥青混合料的材料组成与矿料级配对其耐久性能影响较大,未来需建立纤维种类与性能、纤维沥青混合料配合比与混合料耐久性能间的多参数综合评价指标体系,以实现对不同纤维沥青混合料耐久性能的定向调控。(8)竹纤维改性沥青混合料具有良好的耐久性,是替代木质素纤维的可靠产品。未来研究中可考虑考虑进一步提高竹纤维表面粗糙度及分散性以增强纤维与沥青混合料间的相互作用。研究竹纤维对沥青混合料耐久性能的影响对提高我国沥青路面的耐久性能、保护生态环境、降低工程造价具有十分重要的理论作用与实践意义。
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