改性水稻秸秆对水泥基材料性能影响研究

为了减少农作物纤维废弃造成的污染,研究了利用植物纤维制备建筑材料的工艺,首先采用碱煮法对植物纤维进行改性,然后将其分别与聚丙烯纤维按照不同的比例加入到水泥净浆中进行比较,结果表明:植物纤维在水泥净浆中的分散比加入聚丙烯纤维均匀,经过改性后的秸秆纤维对水泥凝结硬化时间无明显影响,随掺量增加,水泥净浆的抗折强度呈先增后减趋势,且在掺量为4.5%时最高,与未掺纤维的参照组相比抗折强度提高了11%,抗压强度降低了近24%。并将其掺入砂浆中,砂浆抗干缩性能得到改善,植物纤维掺量为6.0%时砂浆干燥收缩值比基准组下降了37%,在本研究掺量条件下,与加入聚丙烯纤维相比,加入秸秆纤维对水泥净浆的抗折强度和抗压强度影响较小,原因在于其分散性更好。     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用延度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析。结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6%纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达到最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力。     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用廷度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析.结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6％纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达烈最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力.     

基于关联性的玄武岩纤维沥青胶浆及其混合料性能研究

为全面提升玄武岩纤维沥青混合料性能,研究了纤维类型及玄武岩纤维长度、掺量等因素对沥青胶浆抗裂性能、抗剪性能及流变特性的影响规律;基于纤维胶浆与纤维沥青混合料性能的关联性分析,揭示了玄武岩纤维对沥青混合料性能的细观增强机制。结果表明:玄武岩纤维对沥青胶浆的抗裂性能及流变特性影响显著,其极限拉力和车辙因子分别达到原沥青胶浆的4.5倍及1.08倍;纤维沥青胶浆高温流变特性与其沥青混合料高温稳定性变化规律存在差异,而前者抗裂性能与后者低温抗裂性能关联性较强;玄武岩纤维与沥青胶结料、集料之间形成三维网状结构,有利于抑制裂缝扩展。     

基于测力-延度曲线分析的沥青胶浆低温流变性能评价指标

研究沥青胶浆低温性能对于优化沥青混合料抗裂设计具有重要意义。本研究定性分析了两种基质沥青及其改性沥青的测力延度试验的力-延度曲线特征;在此基础上,开展在固定粉胶比条件下不同温度和不同拉伸速率下的力-延度曲线特征研究,进而探索不同粉胶比下沥青胶浆低温性能评价指标演化规律;运用离差最大化法计算沥青胶浆低温性能评价指标权重,借助弯曲梁流变仪验证低温性能评价指标的合理性。研究结果表明,10℃、5 cm/min可作为沥青胶浆测力延度试验测试条件,其峰值力演化符合指数函数模型;基于沥青与填料交互作用,确定填料在沥青胶浆中的临界体积分数为33.07%～37.07%,该条件下混合料断后伸长率与弯曲梁试验低温性能评价指标存在较好的相关性且权重最大,可作为沥青胶浆低温性能评价指标。     

泡沫温拌沥青胶浆的流变特性及微观机制分析

为了全面探究泡沫温拌沥青(以下简称泡沫沥青)胶浆的流变特性,分别针对不同粉胶比的泡沫沥青胶浆进行温度和频率两种扫描模式下的动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验,分析了粉胶比对泡沫沥青胶浆高、低温性能的影响,利用van Gurp Palmen(vGP)图分析了泡沫沥青胶浆时温等效原理的有效性,基于此建立了泡沫沥青胶浆在频率扫描模式下的主曲线,并运用此主曲线分析了其在较宽的温度和频域下的流变特性。此外,通过扫描电子显微镜(SEM)的微观结构识别和差示扫描量热(DSC)的热特性测试分析了泡沫沥青胶浆的微观机制。结果表明:矿粉的添加对泡沫沥青的高、低温性能均有显著影响,随着粉胶比的增大,泡沫沥青胶浆的高温性能逐渐增强,低温性能逐渐降低;泡沫沥青胶浆适用于时温等效原理,在较宽的温度域及频率域内,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更优的高温性能。此外,泡沫沥青胶浆与基质沥青胶浆的低温等级温度基本一致;泡沫沥青胶浆中矿粉的分散性优于基质沥青胶浆中矿粉的分散性,且泡沫沥青胶浆中含有更多的微孔洞;基质沥青较泡沫沥青具有更好的热稳定性,但在相同的粉胶比下,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更好的热稳定性;粉胶比不大于1.0时,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更高的玻璃化转变温度。综合流变特性及微观机制分析得到泡沫沥青胶浆的粉胶比不宜大于1.0。     

回收沥青胶浆多尺度参数再生效果评价

为了研究不同再生剂掺量下再生沥青胶浆的再生效果、特征官能团和细观力学参数的演变及其对高温流变特性的影响,采用动态剪切流变试验(DSR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,分别测试了KL90基质沥青及其压力老化(PAV)沥青、回收沥青胶浆、再生剂掺量为6%、9%、12%的再生沥青胶浆的特流变特性和征官能团,同时采用规划求解的方法得到了沥青胶浆细观力学参数,并对沥青胶浆的宏观流变特性参数与细观力学参数的关系进行了公式推导。结果表明,温度对沥青胶浆的流变特性有重要影响,再生剂的加入使得沥青胶浆的流变特性得到恢复,同时也降低其抗车辙能力,当再生剂掺量为9%时,回收沥青胶浆的高温流变特性恢复较好;相比KL90基质沥青,PAV老化沥青和回收沥青胶浆羰基指数(CI)增加;回收沥青胶浆在1 260 cm~(-1)处、1 018 cm~(-1)和1 089 cm~(-1)处出现了C-O-C键和Si-O-Si键的特征峰,再生沥青胶浆在1 744 cm~(-1)处和1 160 cm~(-1)处出现了饱和脂肪酸酯C=O键和直链C-C键的特征峰;回收沥青胶浆的细观力学参数E_1、η_1、E_2、η_2显著高于KL90基质沥青及再生沥青胶浆,随着再生剂掺量增加,E_1、η_1、E_2、η_2逐渐减小。     

矿粉性能及其对浇注式沥青胶浆高温性能的影响分析

浇注式沥青混合料的矿粉含量较高，0.075 mm筛孔通过率为20%～30%,为满足混合料施工流动性而确定矿粉用量后，可提高其高温稳定性的措施除了沥青结合料，主要取决于矿粉的质量。通过六种矿粉样本的性能测试，并与浇注式沥青混合料常用的聚合物复合改性沥青配制沥青胶浆，进行200℃旋转黏度及60～95℃的动态剪切流变试验。基于随机森林法，对与沥青胶浆性能相关的矿粉关键性能指标影响程度进行分析，并建立两者之间的相关性，最后采用遗传算法，确定了沥青胶浆性能在较优条件下的沥青和矿粉关键指标组合取值范围。结果表明，同为石灰岩磨制的矿粉，化学组成差异较大，其塑性指数、细度及比表面积有一定的相关性，并与SiO₂含量成为矿粉性能的四项关键指标，其中比表面积对沥青胶浆的车辙因子及黏度影响最大；当聚合物复合改性沥青的指标软化点为113～117℃、针入度为20.3～21(0.1 mm)、黏度为87 3.9～893.7 MPa·s时，矿粉的比表面积控制在1.7～1.8 m²/g、细度D50控制在10～12μm、塑性指数控制在2.6～5、SiO₂含量...     

粉煤灰／海泡石纤维复合沥青混合料的制备与性能研究

从海泡石纤维和粉煤灰纤维的微观结构特性出发，进行粉煤灰，海泡石复合纤维增强沥青复合材料的制备。通过路用性能试验，研究了海泡石纤维和粉煤灰纤维对沥青混合料性能的影响以及结合机理。结果表明，添加适量海泡石和粉煤灰纤维可以制备性能优良的纤维复合沥青混合料。海泡石纤维对沥青表现极强吸持能力，有效调节沥青与胶浆的含量。粉煤灰纤维在沥青中主要起加固和改善混合料的作用。两种纤维的添加，使沥青混合料的高温变形性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等显著提高。     

矿粉对沥青胶浆流变性能影响及微观分析

为探究矿粉对沥青胶浆流变特性的影响规律,采用动态剪切流变仪分别对四种矿粉组成的沥青胶浆进行了不同加载模式下的流变试验,采用低温弯曲梁流变仪对胶浆进行低温小梁弯曲试验,分析了粉胶比、温度、荷载频率对沥青胶浆高低温流变特征参数的影响。借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),测试矿粉岩性特征和胶浆的微观形貌。结果表明:花岗岩矿粉对胶浆的增效行为最强,石灰岩胶浆的高低温性能最佳;矿粉的比表面积对胶浆的流变性能影响大于其矿料酸碱性组分对胶浆的流变性能影响;随着粉胶比的增加,沥青胶浆的复数剪切模量随之增加,但相位角变化微小;推荐四种胶浆的合理粉胶比为1.2;最佳粉胶比状态下,胶浆微观界面粘结状况最好。研究结果可为不同种类的填料在沥青路面的应用提供技术指导和理论支撑。     

蔗渣浆和竹浆制备墙体装饰材料的研究

以竹浆和蔗渣浆为原料,采用纤维模塑热压成型制得环保墙体装饰材料。研究了蔗渣和竹浆的纤维形态,以及纤维不同添加量对墙体装饰材料挺度、抗张指数、耐破指数和滤水等性能的影响。实验表明,蔗渣浆和竹浆纤维的平均长度分别为0.78和1.22mm,两者在纤维形态方面具有很好的互补性。随着竹浆添加量的增加,浆料在成型过程中滤水速度加快,极大缩短了成形周期,并且制得的墙体装饰材料的挺度、抗张指数、耐破指数均呈先逐渐增大后缓慢减小的趋势。当竹浆的添加量为70%(质量分数)时,挺度、抗张强度、耐破指数均达到最大,分别比纯蔗渣浆制得的墙体装饰材料提高了77.02%、26.69%和21.77%,很好地改善了墙体装饰材料的物理性能。材料表面微观结构采用SEM进行表征。     

两种沥青胶浆的疲劳及自愈合性能试验

为了研究沥青胶浆的疲劳及自愈合特性,利用动态剪切流变仪（DSR）进行时间扫描及疲劳-愈合-再疲劳测试,并通过原子力显微镜（AFM）对细观结构进行观测,比较分析了不同粉胶比下基质沥青胶浆和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青胶浆的疲劳性能,以及在常温（25℃）下3个不同间歇期的自愈合性能。试验发现：SBS沥青胶浆具有更好的疲劳和自愈合性能,两种沥青胶浆疲劳寿命均随粉胶比的增大而增加,同一粉胶比条件下,更长的间歇期有利于其自愈合,过大或者过小的粉胶比都会降低沥青胶浆的自愈合性能;AFM观测结果表明：基质沥青胶浆出现明显的"蜂状结构",粉胶比增加,矿粉吸附更多的沥青质,"蜂状结构"变多,与沥青界面内聚力作用增强,提高了抗疲劳性能,SBS改性剂与沥青相容性良好,改性沥青胶浆没有出现"蜂状结构",改性剂的加入增强了分子间内聚力,有助于提高抗疲劳性能,因此建议路面材料选用改性沥青胶浆。     

FTIR分峰拟合法定量分析沥青胶浆在含盐高温高湿环境中的结构变化

为研究南方滨海盐环境夏季高温高湿作用对沥青胶浆化学组分的影响,分析了基质沥青胶浆和SBS改性沥青胶浆在不同氯盐浓度(0%、5%、10%,质量分数)下的傅里叶变换红外光谱。深入分析了沥青胶浆光谱中1 780～900 cm~(-1)波数段的吸收峰叠加带基于二阶求导确定了叠加子峰个数和波数位置,采用Origin 2017软件对叠加带进行了曲线拟合分析。利用子峰面积与叠加带面积的比例间接表征了含盐高温高湿环境对沥青胶浆各化学组分的作用。曲线拟合结果显示:不同盐浓度环境中基质沥青胶浆和SBS改性沥青胶浆的红外指标值呈现出一致的变化规律,即随着盐蚀干湿循环作用次数的增加,亚砜基官能团指数(I_(S=O))和芳香官能团指数(I_(Ar))值均增大,脂肪支链指数(I_(B,a))、脂肪族官能团指数(I_B)及丁二烯官能团指数(I_(C=C))值均减小;由于无机盐的"盐析"效应在干湿循环作用下,盐分的存在加剧了沥青胶浆在水溶液中的老化;SBS改性沥青胶浆表现出更优异的抗盐老化性能。研究结果表明,傅里叶变换红外光谱技术结合曲线拟合分析方法能反映沥青胶浆在盐浓度与干湿循环耦合作用下内部化学组分变化其为评价沥青胶浆在含盐高温高湿环境中的老化提供了有效依据。     

蔗渣纤维对水泥基复合材料性能的影响

为缓解废弃蔗渣带来的环境压力,甘蔗渣纤维作为增强材料被应用于水泥基复合材料。本研究分析了0.5%NaOH溶液、4%NaOH溶液和角质化三种预处理方法对蔗渣纤维质量损失和吸水性能的影响,以及1%、2%、3%、4%的蔗渣纤维掺入量对复合材料干密度、吸水性能和力学性能的影响。结果表明：4%NaOH处理后的蔗渣纤维质量损失率最大,吸水率最低;蔗渣纤维的掺入降低了复合材料的干密度,增大了复合材料的吸水率,而复合材料的力学强度随着蔗渣纤维掺量的提高先增加后减小;经碱处理后,蔗渣纤维的增强效果得到进一步提高,改善了纤维与基体的界面结构,水泥基复合材料的物理力学性能均得到提高。     

植物纤维含量对聚乳酸/玉米秸秆纤维发泡材料(PFFM)性能的影响研究

通过SEM、力学性能测试、TG等方法研究了纤维对聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料(PFFM)微观结构、表观密度、膨胀率、力学性能和热性能的影响。结果表明,玉米秸秆纤维的加入提高了发泡材料的表观密度和力学性能,当纤维含量为15%时,表观密度最小,综合力学性能最好;扫描电镜结果显示,聚乳酸和玉米秸秆纤维之间相容性较好,纤维的加入改变了泡孔成型方式。     

基于胶浆特性的透水混凝土强度及抗冻性研究

透水混凝土的强度和抗冻性是影响其在重荷载交通道路和寒冷地区推广应用的关键性能。本工作研究了胶浆工作性能、强度、界面粘结性能及透水混凝土强度、抗冻性,并揭示了影响透水混凝土性能的主要因素。结果表明,通过最大浆集比可以评价胶浆和透水混凝土的工作性能,且当最大浆集比与设计浆集比接近时,透水混凝土的工作性能最佳。未改性胶浆界面冻融前后均发生粘结破坏。而改性胶浆未冻融时界面拉拔强度提升67%～156%,发生内聚破坏;冻融后界面拉拔强度显著降低,发生内聚、粘结混合破坏。工作性能良好的透水混凝土抗压强度为38.2～40.3 MPa,抗折强度为3.8～4.3 MPa,透水系数为2.85～2.92 mm/s。主成分分析结果表明,各因素对透水混凝土性能影响的占比依次为：界面性能、胶浆配合比、空隙特征共占44.8%,胶浆裹覆性能占27.5%,胶浆强度占20.0%。     

基于分数阶导数的沥青胶浆动态力学特性

通过对粉胶比为0.62、0.82、1.02、1.22和1.42的沥青胶浆在20℃、30℃、40℃和50℃条件下进行动态频率扫描试验,研究了不同粉胶比及试验温度条件下沥青胶浆复模量、抗车辙因子和相位角的变化规律。基于分数阶导数理论,建立了Nutting蠕变方程与经典分数阶导数Abel黏壶蠕变模型之间的关系,从而明确了Nutting蠕变方程各参数的物理意义。对分数阶Riemann-Liouville算子黏弹性蠕变本构模型的动态力学响应进行分析,提出了利用沥青胶浆动态频率扫描试验结果确定蠕变本构模型中参数A值和γ值的新方法。     

玉米秸秆缓冲包装材料的研制及性能测试

研究了以玉米秸秆和氧化淀粉为主要原料制备植物纤维发泡制品的工艺.结果表明:氧化淀粉是合适的粘合剂,发泡温度应控制在70～100℃,适合的秸秆用量为20%～30%,发泡剂用量为10%左右时,制品经性能测试具有良好的实际使用性能.     

蔗渣爆破法制浆生产高强蜂窝原纸的研究

进行蔗渣蒸汽爆破法制浆的中试研究,分析了各爆破条件对爆破浆物理性能的影响,并以蔗渣爆破浆进行了抄造蜂窝原纸的生产性试验.研究表明,采用蔗渣爆破浆生产的蜂窝原纸强度明显高于废纸浆和半化学浆生产的蜂窝原纸,且生产成本低,是一种理想的蜂窝原纸产品.     

基于细观力学的沥青混合料动态模量预测

为了建立能够表征组分材料性能及细观结构特征的沥青混合料动态模量预测模型, 根据复合材料细观力学理论, 将沥青混合料视为由沥青胶浆包裹的集料颗粒嵌入于有效沥青混合料介质中的复合材料, 考虑集料尺寸、级配组成和空隙的影响, 建立了沥青混合料动态模量三相细观力学预测模型。结合组分材料性能研究, 应用该预测模型求解得到了动态模量, 其与试验值比较结果表明, 预测值较试验值小, 产生此差异的原因可归结为模型的适用条件与真实细观结构的差别;据此对预测模型进行了修正, 提出了考虑沥青膜厚度的动态模量细观力学分析方法;鉴于集料与沥青胶浆之间的力学特性差异, 简化了预测模型求解参数, 给出了参数值的范围。