摘 要

随着现代交通向着重载荷、高流量和渠道化的方向发展，沥青混凝土路面普遍会出现早期病害。纤维改性沥青混凝土凭借其良好的路面性能，在某种水平上满足了路面的使用要求，从而得到了广泛的研究和应用。常见的路用纤维有聚酯纤维、木质素纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等。本文结合陶瓷纤维性能稳定的特点，将陶瓷纤维作为沥青改性剂，研究了陶瓷纤维对沥青胶浆各项性能的影响。在70#和90#基质沥青当中分别掺入质量百分数为1%、2%、3%的陶瓷纤维来制备纤维改性沥青。

首先对纤维改性沥青和基质沥青进行三大指标试验（针入度、软化点、延度）。分析了陶瓷纤维的掺量对两种不同沥青的三大指标的影响，发现陶瓷纤维使沥青胶浆的抗剪切性能与高温稳定性能提升，使低温抗裂性能下降。当陶瓷纤维的掺量越高时，其对沥青性能影响也越大。

然后对纤维改性沥青与基质沥青采用了动态剪切流变仪（DSR）来进行温度扫描试验。根据试验得到的复数剪切模量G^*和相位角δ对其流变性能进行分析，得出了在高温下陶瓷纤维使沥青胶浆的劲度增大，弹性成分增多，提升了抗车辙性和高温抗形变能力。其中，90#纤维改性沥青的提升效果更明显。

关键词：陶瓷纤维；沥青胶浆；三大指标；动态剪切流变性

Abstract

With the modern traffic developing in the direction of heavy vehicle loads, high traffic volumes and channelization, there are many early diseases in the asphalt concrete pavement. Fiber modified asphalt concrete meets the application requirements of the pavement to a certain extent by it’s excellent performance, which has been widely researched and applied. The common fibers for road are polyester fiber, lignin fiber, glass fiber, basalt fiber and so on. Combined with stable performance of ceramic fiber, the ceramic fiber was added to the asphalt as asphalt modifier in order to study the effect on asphalt performance in this research. Lining-up fiber modified asphalt by adding ceramic fiber with mass percent of 1%, 2%, 3% to the 70# and 90# matrix asphalt respectively.

Firstly, the three index test (penetration test, softening point test, ductility test) of fiber modified asphalt and matrix asphalt were carried out. The effects of ceramic fiber content of two different matrix asphalt of the three index test were analyzed, finding that ceramic fiber promotes shearing resistance and high temperature stability of asphalt, and the low temperature crack resistance was declined. The more content, the greater impact on the performance.

Secondly, the temperature scanning test of the Dynamic Shear Rheometer (DSR) was carried out in the fiber modified asphalt and matrix asphalt. Analyzing the rheological property according to the complex modulus G^* and phase angle δ, we can concluded that ceramic fiber improved the stiffness of asphalt in high temperature, and elasticity proportion was increased, ceramic fiber enhanced the rut resistance and high temperature deformation resistance. And the improvement of 90# fiber modified asphalt is more obvious.

Keywords: ceramic fiber, asphalt mortar, three index test, rheological property

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国外研究情况 3

1.2.2 国内研究情况 4

1.3纤维改性作用机理 4

1.4存在的问题 5

1.5研究内容与技术路线 5

第二章 试验材料与试验方法 6

2.1 试验材料 6

2.1.1 陶瓷纤维 6

2.1.2 沥青 7

2.2 试验方法 7

2.2.1 陶瓷纤维改性沥青的制备 7

2.2.2 针入度试验 8

2.2.3 软化点试验 8

2.2.4 延度试验 8

2.2.5 DSR温度扫描试验 8

2.3本章小结 9

第三章 三大指标试验结果分析 10

3.1针入度试验 10

3.2软化点试验 11

3.3延度试验 12

3.4 本章小结 13

第四章 DSR温度扫描试验分析 14

4.1试验设备 14

4.2试验方法 14

4.3试验结果分析 15

4.3.1温度和陶瓷纤维掺量对复数剪切模量的影响 15

4.3.2温度和陶瓷纤维掺量对相位角的影响 18

4.3本章小结 20

第五章 结论与展望 21

5.1主要结论 21

5.2 展望 21

致谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

伴随着我国经济的快速发展，作为基础产业的公路运输业亦得到了蓬勃的发展。在我国高等级公路的建设中，由于沥青混凝土路面具有行车舒适性好、噪音低、抗滑性能好、施工期短、养护简便等许多优点，使沥青混凝土广泛应用于桥面铺装、高速公路、机场跑道等道路的建设当中，并且极大地提升了路面的耐久性和使用质量。沥青混凝土路面在世界上已经建设的公路中的比例占到了80%以上，我国的高速公路中，沥青混凝土路面的比重占到了90%以上。

然而随着现代交通向着重载荷、高流量和渠道化的趋势发展，车辆的大型化与普遍的超载现象，以及冰冻灾害、高低温周期交替、酸雨侵蚀等自然因素的影响，使沥青混凝土路面在使用的过程中极易出现早期病害，其主要包括了高温车辙、低温脆性断裂和坑槽等。这些病害使沥青混凝土路面的使用年限极大地缩短，并增加了路面的养护费用。目前一般沥青路面的使用寿命都低于其设计寿命，大多新建的高等级公路在投入使用后，少则半年多至两年就会发生严重的破坏,由此所带来的损失非常巨大。因此对于提升沥青路面的使用性能以减少沥青路面的早期病害和增加沥青路面的使用年限具有一定的研究意义，是一个重要的研究课题。

为了有效地解决沥青路面的早期病害，专家学者们通过研究提出了沥青玛蹄脂混合料（Stone Matrix Asphalt）和开级配沥青磨耗层（Open-Graded Friction Course）等新型的路面结构。除此之外，另外一种提升沥青路用性能的有效方法，即对沥青进行改性。改性沥青现在已经广泛地应用于沥青混凝土路面的中、上面层中。改性沥青指在沥青或沥青混合料中添加橡胶、高分子聚合物或其它填料等改性剂制成的沥青结合料^[1]。一些能够用来提高沥青的路面使用性能的材料，比如高分子聚合物、纤维、抗剥落剂等都能够将其用作改性剂。沥青改性的目标是为了改善其在低温和高温时的性质,即达到改性沥青材料在高温时能够具有较高的劲度以避免车辙的形成,并且在温度较低时能够具有较低的劲度以减少开裂。改性沥青的使用可以预防并减轻沥青路面可能会出现的早期病害,满足复杂的交通状况下的使用要求,保证沥青路面的正常使用。在某些道路中,通过改性沥青的应用,沥青路面的使用性能得到了极大的改善,并且减少了路面维修养护的支出,增加了路面的使用寿命,减小了由于路面损坏对交通造成的不良影响。