哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
我国秸秆年产量稳居全球前列，大量秸秆被野外焚烧和随意丢弃。随着“双碳”
目标的提出，如何利用秸秆得到研究人员的广泛关注。秸秆制成的纤维与路面用
木质素纤维具有相似的化学组成和物理吸附特性，另外，细化粉碎的秸秆纤维与
填料类似，能发挥填充空隙、吸持沥青的作用。如果将秸秆制作成纤维应用于沥
青路面中，不仅能增强路面性能，还可以充分利用废弃秸秆资源，助力“双碳”目标。
为此，本课题确定和优化制备秸秆纤维制备工艺，提出秸秆纤维的技术评价指标，
在此基础上探究秸秆纤维在沥青混合料中作为纤维稳定剂和填料两种应用场景的
应用特性，并进行混合料路用性能验证。
首先，选定水稻秸秆作为制备秸秆纤维的原料，分析水稻秸秆的结构组成，
除去不适合制备纤维的叶和穗部分，对秸秆茎部粉碎细化后进行碱溶液处理，根
据纤维吸油试验调整碱溶液处理的浓度、温度和时间，优化秸秆纤维的制取工艺。
通过粒度分析试验、热重试验、氮气吸-脱附试验、X-射线扫描试验和傅里叶红外
光谱试验，分析秸秆纤维的粒径分布、热稳定性、空隙结构、结晶特性和化学结
构，参考行业规范对木质纤维和填料的技术要求，分析秸秆纤维的路用性能，并
提出秸秆纤维的路用技术指标。
利用MS分子模拟软件，建立四种沥青的分子模型后通过系统弛豫获得合理
的分子结构，采用密度、径向分布函数检验分子模型；分析秸秆的化学组成，选
取较有代表性的纤维素构建秸秆纤维分子模型，并验证分子模型的物理机械特性；
随后构建沥青-秸秆界面模型，模拟沥青四组分在秸秆界面上的扩散行为、计算分
析秸秆纤维对沥青四组分的吸附效果，结果表明轻质组分如饱和分和芳香分在秸
秆纤维表面扩散性能更佳，纤维素无定形区具有较好的沥青吸附效果。
采用高速剪切法制备不同掺量的秸秆纤维沥青和不同矿粉替代比例的秸秆纤
维沥青胶浆，通过针入度、软化点以及旋转黏度试验评价秸秆纤维对沥青基本性
能的改善效果；基于DSR仪器的频率扫描试验和BBR试验，分别研究不同掺量
的秸秆纤维沥青和不同不同矿粉替代比例的秸秆纤维沥青胶浆的高温流变特性和
低温蠕变特性，并对比秸秆纤维沥青与木质素纤维沥青。试验结果发现适量掺入
秸秆纤维可以降低沥青的温度敏感性、有效提高沥青的高低温性能。
秸秆纤维作稳定剂方面，基于秸秆纤维沥青的基本性能和高低温流变性能研
究，确定不同掺量秸秆纤维SMA-13的最佳油石比，通过高温、低温、水稳定性
性能和老化性能的研究，确定秸秆纤维在SMA-13沥青混合料的最佳掺量为0.4%。
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
秸秆纤维作填料方面，基于不同矿粉替代比例的秸秆纤维沥青胶浆的高低温性能
研究，开展秸秆纤维部分替代矿粉的AC-13配比设计，进行高温、低温、水稳定
性等性能验证，发现秸秆纤维替代比例20%的混合料路用性能较好。通过扫描电
镜图像对比混合料的沥青连接处、劈裂破坏断口处的纤维、沥青和矿料的特点，
分析比较秸秆纤维在纤维稳定剂和填料应用场景中作用机理的差异。
关键词：秸秆纤维；吸附机制；纤维稳定剂；填料；沥青混合料
-II-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Chinasannualstrawproductionremainsattheforefrontoftheworld,withalarge
amountofstrawbeingburnedanddiscardedinthewild.Withtheproposalofthedual
carbongoal,howtousestrawhasreceivedwidespreadattentionfromresearchers.The
fibersmadefromstrawhavesimilarchemicalcompositionan