一種路用纖維耐熱性試驗評價方法與流程

2023-04-25 22:44:21 1

本發明方法主要應用於道路工程科研、設計及施工領域，特別涉及用於評價各種路用纖維在瀝青混凝土生產、施工工況條件下的耐熱性。
背景技術：
：將纖維(聚合物類、木質素類、礦物類等)摻加到瀝青混凝土中，可有效提高瀝青混凝土的抗高溫變形能力、低溫開裂能力和疲勞韌性，是近年來道路工程中常用的改性材料之一。纖維尤其是聚合物類纖維往往通過橋連作用，提高瀝青混凝土在拉伸作用下的抗拉能力，另一方面，通過吸附一定質量的瀝青，形成更為穩定的複合瀝青結構，起到穩定混合料的作用，以抵抗高溫環境下的荷載變形。由於瀝青混凝土，尤其是改性瀝青混凝土，生產溫度往往高達170-200℃，而且瀝青混凝土從由拌合機生產，到運輸至鋪築現場，經過高溫攤鋪、碾壓等工序，完成其成型具備開放交通條件，其間一般要持續3-4個小時，其中溫度保持在170度以上，一般至少2-3個小時。因此，纖維在瀝青混凝土生產工況下能否仍保持原有的形狀、重量以及強度，而不融化將是一個重要因素。現行《公路瀝青路面施工技術規範》jtgf40-2004中，僅就木質素類和礦物類纖維進行了規定，而對於聚合物類纖維未做規定；而中華人民共和國交通行業標準《瀝青路面用聚合物纖維》(jt/t534-2004)技術指標中雖然規定了聚合物纖維和聚合物長纖維的耐熱性要求及相應試驗方法，但評價指標為「體積無變化」，試驗方法為將纖維放入一定溫度的烘箱中，2h後觀察獲得主觀評價。上述的兩項標準檢測方法，無法滿足市場應用中對聚合物纖維的質量評價。《瀝青路面用木質素纖維》(jt/t533-2004)技術指標中規定了木質素纖維的耐熱性要求及相應試驗方法，試驗方法也僅是將纖維放置於一定溫度烘箱中，2h後觀察其外觀狀態變化，測量質量熱損失率，試驗條件與瀝青混合料的實際工況存在加大差異。總的來說，對於路用纖維的質量評價，缺少可以客觀、量化評價的方法和指標。技術實現要素：本發明提供一種評價各種路用纖維在熱拌瀝青混凝土生產、施工工況條件下的耐熱性的試驗方法。本方法不適用於聚丙烯腈pan纖維的評價。發明思路：聚合物纖維、木質素纖維等不溶於三氯乙烯溶劑，且在高溫550℃以上條件下，將被熱熔成灰粉末，通過抽風裝置可從集料混合料中吸出。利用這些特點，將含有纖維的瀝青混合料，經三氯乙烯反覆過濾，可濾除纖維及集料上裹(吸)附的瀝青，再經高速離心抽提分離礦粉，經上述步驟後，纖維瀝青混合料剩餘集料和纖維兩部分材料，進一步利用纖維在高溫條件下將熱熔成粉末的特點，經高溫燃燒，通過重量減少值可計算獲得纖維質量，由此，通過纖維在瀝青混合料拌合、高溫生產過程後，質量的變化，評價纖維在瀝青混合料中的熱穩定性。即如果纖維在瀝青混合料拌合、生產過程中保持穩定，則經上述步驟後，其質量應基本保持穩定；相反，如果纖維在瀝青混合料生產環節中已熱解，則瀝青混合料過濾及高速離心抽提過程中，纖維應隨礦粉抽提出來，最終剩餘的纖維質量將大幅減小。一種路用纖維耐熱性試驗評價方法，所述路用纖維為除高溫碳化纖維以外的纖維，包括如下步驟：(1)按照設計重量比的集料、礦粉、瀝青和纖維，稱取纖維瀝青混合料樣品，熱拌合均勻，記錄樣品中的纖維質量m0；(2)按照步驟1同樣的質量比例，在不添加纖維的條件下，稱取不含纖維的比照瀝青混合料樣品，熱拌均勻，作為確定集料熱損失標定量使用；(3)將步驟(1)中纖維瀝青混合料樣品和步驟(2)中無纖維的比照瀝青混合料樣品分別盛入潔淨的平盤，放置於室內冷卻至室溫備用；(4)將纖維瀝青混合料和無纖維的比照瀝青混合料分別放入瀝青抽提儀進行抽提，洗淨瀝青，高速離心剪切甩出礦粉，將纖維瀝青混合料分離為集料、礦粉和纖維，經100－120度烘箱烘乾穩定後，稱取纖維瀝青混合料樣品組的集料+纖維質量m1和礦粉質量m2；將無纖維的比照瀝青混合料樣品分離為集料和礦粉，經100－120℃烘箱烘乾穩定後，稱取集料質量m3和礦粉質量m4；(5)將瀝青燃燒爐預熱至550℃以上，將步驟(4)中的集料部分放入燃燒爐中，經高溫燃燒和鼓風抽提，冷卻後，稱取燒料後的纖維瀝青混合料一組中集料混合物的質量m1』和無纖維比照瀝青混合料一組集料混合物的質量m3』；(6)通過無纖維的比照瀝青混合料樣品計算集料的熱損失標定量△m＝m3－m3』；(7)計算纖維混合料中纖維剩餘量m0』＝m1－m1』－△m；(8)纖維耐熱性評定：纖維熱損率d＝(m0-m0』)×100％/m0；如果d越大，表明該路用纖維耐熱性越差。所述熱拌合溫度為170-180℃。所述步驟(3)中混合料樣品在冷至室溫前於溫度為175℃的烘箱中保溫3h。所述步驟(3)中瀝青混合料平鋪在清潔的平盤。所述抽提前將纖維瀝青混合料和無纖維的比照瀝青混合料掰開分散成較小的顆粒。所述抽提採用自動瀝青抽提儀過濾及高速離心抽提，抽提溶劑為三氯乙烯。所述洗淨瀝青以過濾回流的三氯乙烯變成透明的淺棕色液體為止。所述纖維瀝青混合料和無纖維的比照瀝青混合料至少有三個平行試驗，計算時取其平均值。具體的試驗方法及步驟如下：1)在規定溫度下(一般為170-180℃),按照同樣的方法和比例，製備3份纖維瀝青混合料，記錄纖維質量m0，以及3份無纖維的比照瀝青混合料，放入10l或20l瀝青混合料拌合鍋內拌合均勻；2)將拌合好的3份纖維瀝青混合料和3份無纖維比照瀝青混合料，取出分別平鋪在清潔的平盤中，將平盤放入溫度為175℃的烘箱中，控溫3h。3)將全部6份樣品，置於室溫冷卻至常溫後，將混合料掰開分散成較小的顆粒。4)將6份樣品分別放入瀝青抽提儀進行瀝青抽提。對於纖維瀝青混合料一組樣品，經自動抽提儀過濾及高速離心抽提後，可分離瀝青、礦粉填料、集料以及纖維。觀察並記錄纖維在混合料中的狀態。稱取纖維瀝青混合料樣品一組的集料+纖維質量m1和礦粉質量m2；對於比照瀝青混合料一組樣品，經自動抽提儀過濾及高速離心抽提後，可分離瀝青、礦粉填料和集料，稱取的集料質量m3和礦粉質量m4。5)將瀝青燃燒爐預熱至550℃以上，分別將6份經瀝青抽提後的混合料放入燃燒爐中，進行燃燒，對於纖維瀝青混合料一組樣品目的是通過高溫燃燒和鼓風抽提，除去混合料中的纖維，對於無纖維比照瀝青混合料一組樣品目的是通過高溫燃燒和鼓風抽提，獲得集料經高溫分解的熱損失量；冷卻後，稱取燒料後的纖維瀝青混合料一組中集料混合物的質量m1』和無纖維比照瀝青混合料一組集料混合物的質量m3』6)待經燃燒後的混合料冷卻後，稱取計算經瀝青混合料熱拌及3小時保溫後的纖維剩餘量m0』＝m1－m1』。7)標定集料熱損失量。由於瀝青混合料的集料中存在一定的活性成分，在高溫燃燒爐加熱過程中，這也將導致混合料質量的減少，因此，在纖維與混合料經燃燒爐加熱後，應將這一部分質量減少從纖維質量中扣除。因此，試驗中同時配置一組比照瀝青混合料，相同集料質量、瀝青質量的無纖維瀝青混合料，經同樣的過濾、高速離心抽提及燃燒爐高溫，檢測燒失量標定值m3-m3』。8)按照步驟(5)和(6)計算纖維瀝青混合料經拌合和高溫保存後，纖維剩餘量m0』＝m1－m1』－△m；9)將步驟(6)計算所得的纖維剩餘量m0』，可計算獲得纖維熱損率d＝(m0-m0』)/m0×100％，根據其值的大小評價纖維的熱穩定性。本試驗方法基於這一原理，評價纖維在瀝青混合料生產溫度條件下的熱穩定性。相對於現有技術，本發明的試驗方法具有如下的優點及效果：1)本發明的試驗方法與現有纖維耐熱性試驗方法相比，可完全模擬真實的瀝青混合料生產工況，評價經實際生產工況後，路用纖維在瀝青混合料中的存在狀態，克服了以往方法採用評價固定溫度下纖維的色澤、形狀等主觀標準，與實際生產條件不相符，且無定量評價的缺點；2)本發明既適用於木質素纖維，也適用於大多數聚合物纖維，除如聚丙烯腈類高溫碳化的纖維外，普遍適用。附圖說明圖1自動瀝青抽提儀，圖2經三氯乙烯過濾和抽提後的集料和纖維混合料圖3瀝青混合料燃燒爐及網籃圖4瀝青混合料網籃具體實施方式下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明實施例1試驗設備和材料1)10升或20升瀝青混合料拌合鍋；2)烘箱，控溫精度<±0.5℃；3)瀝青混合料抽提儀；4)瀝青混合料燃燒爐；5)聚乙烯醇pva纖維；6)三氯乙烯溶液；7)感量精度0.01g天平。以某工程使用的ac-13纖維瀝青混合料設計為實例，其具體步驟如下：(1)首先，試驗用纖維瀝青混合料，按照表1的集料級配，集料混合料料重1000g，油石比5％，纖維為瀝青混合料質量的3‰。標準試樣料重及比例見表2。按照相同的方法稱取3份纖維瀝青混合料和3份無纖維比照瀝青混合料備用。表1ac-13纖維瀝青混合料級配表2試驗用各材料質量材料集料瀝青pva纖維質量g10005.03.2(2)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(jtge20-2011)規定的瀝青混合料拌合方法，拌合瀝青混合料。(3)將拌合好的3份pva纖維瀝青混合料和3份比照瀝青混合料，分別平攤放入方盤中，放入175℃的烘箱中，加熱3h後取出，冷卻至室溫；(4)冷卻後參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(jtge20-2011)中關於t0711-2011瀝青混合料最大相對密度試驗(真空法)的方法，將混合料分掰成小塊備用；(5)準備瀝青抽提儀(見圖1)，將6份纖維瀝青混合料分別倒入抽提儀的過濾篩中，開啟抽提儀，開始自動的三氯乙烯過濾及礦粉抽提，直至將瀝青洗淨，過濾回流的三氯乙烯變成透明的淺棕色液體。(6)將經過抽提過濾的纖維瀝青混合料和比照瀝青混合料樣品均(見圖2)放入烘箱中(110℃)烘乾至恆重，稱取燒料後的纖維瀝青混合料一組各集料混合料的質量m1和比照瀝青混合料一組各集料混合料的質量m3。表5纖維及集料混合料質量試驗結果內容樣本1樣本2樣本3纖維瀝青混合料m1g943.6944.3945.5比照瀝青混合料m3g931.0932.9932.7(7)將纖維瀝青混合料各組樣品的集料與纖維混合料放入燃燒爐的網籃中，平鋪於上下兩層，儘量均勻分布，稱取混合料+網籃的重量。將溫度設置560℃以上，加熱1h後將網籃取出，冷卻至室溫，稱取混合料+網籃重。前後兩次的差值即為經燃燒抽掉的纖維(未經修正的纖維重)。表6燃燒法測定纖維重量結果(8)標定。按照(2)-(7)同樣的步驟，計算獲得比照瀝青混合料一組的集料熱損失量m3-m3』。表7集料熱損失量試驗結果(9)經標定後纖維的質量為m0』＝m1－m1』－△m；表8修正後纖維質量內容未修正纖維重量g集料熱損失量g修正後纖維重量m0』g計算結果4.71.63.1(10)將步驟(9)中獲得的修正後纖維質量與初始添加到瀝青混合料中的纖維進行比較，通過兩者纖維質量的差可評價纖維在瀝青混合料生產過程中是否融化、飛散。可計算獲得纖維熱損率d＝(m0-m0』)/m0×100％，表9修正後纖維質量初始纖維添加量g修正後纖維重量g質量差值g纖維熱損率d％3.23.10.13.1當前第1頁12