DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122922

近年来，社会各界在以环保、可持续材料替代不可再生材料方面已采取了重大举措。本研究旨在采用可扩展的方法进行纤维素纳米纤维（CNF）的实验室制备，并评估将其作为可持续植物基沥青添加剂以改善沥青路面的力学性能和耐久性的可行性。为了实现这一目标，采用静电纺丝技术在实验室制备了CNF。使用扫描电子显微镜研究了所制备CNF的结构、形态和尺寸分布。另外，在实验室生产的CNF上进行了两个垂直方向的拉伸强度测试。通过冲击试验和旋转粘度计测试，分别评估了在PG58-28、PG64-34和PG70-28三种类型的沥青粘合剂中掺入不同量的CNF对粘合剂混合物的断裂能和动态粘度的影响。此外，通过粘合强度试验评估了粘合剂中CNF用量对其与三种不同矿物学骨料的粘附性和水分诱导脱粘性能的影响。通过半圆弯曲试验、Hamburg轮迹试验和抗拉强度比试验，研究了CNF掺入对沥青混合料开裂、车辙和水损害的影响。对沥青结合料和混合料进行的试验表明，掺入CNF后，结合料-骨料的附着力得到了全面改善，沥青结合料具有更高的断裂能和动态粘度，沥青混合料具有更高的抗车辙、抗裂和抗水损害性。

图1.工作流程和测试基质。

图2.静电纺丝装置的示意图。

图3.将CNF与粘合剂混合的过程。

图4.沥青混合料的混合骨料粒度分布曲线。

图5.CNF的样品制备和测试：（a）在铝收集器上静电纺丝CNF，（b）从收集器上取下CNF，（c）沿其长边折叠样品，（d）折叠而成的2层CNF纤维毡，（e）4层纤维毡，（f）切割成16cm长和2cm宽的样品，（g）称量样品，（h）在MTS Insight 5加载框架中测试CNF样品。

图6.冲击试验悬臂梁制备：（a）制成的铝模，（b）组装好的模具；（c）将液态沥青倒入模具中，（d）测试梁，（e）使用槽口模板和热刀片创建槽口，（f）测试带凹槽的梁。

图7.悬臂梁式冲击试验：（a）悬臂梁式试验设备的组件，（b）用台钳夹住测试梁，（c）测试后破裂的样品。

图8.BBS测试：（a）组件，（b）正在进行的BBS测试，（c）内聚失败，（d）粘合失败。

图9.实验室生产的电纺CNF的SEM图像：（a）CNF基质，（b）CNF丝。

图10.实验室生产的电纺CNF直径的概率分布。

图11.抗拉强度测试结果：（a）在x和y方向上对两种CNF样品进行典型力-应变试验，（b）在X和Y方向上测试CNF样品断裂时的平均抗拉强度和平均应变值。

图12.在137和167℃下测量含0、0.3和0.7％CNF的PG 58-28、PG 64-34和PG 70-28粘合剂混合物的动态粘度值。

图13.掺有不同量CNF的粘合剂的平均断裂能值。

图14.含0、0.3和0.7％CNF以及花岗岩的粘合剂混合物的平均POS和PSR值。

图15.在花岗岩BBS样品和不同粘合剂混合物中观察到的失效机理。

图16.含0、0.3和0.7％CNF以及石英岩的粘合剂混合物的平均POS和PSR值。

图17.在石英岩BBS样品和不同粘合剂混合物中观察到的失效机理。

图18.含0、0.3和0.7％CNF以及砾石的粘合剂混合物的平均POS和PSR值。

图19.在砾石BBS样品和不同粘合剂混合物中观察到的失效机理。

图20.不同沥青混合料的临界应变能释放速率（Jc）。

图21.沥青混合料在不同轮子通过次数下的车辙深度。

图22.干燥和湿润样品的ITS和TSR值。