CN105181585B - 一种纤维与沥青粘附性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维与沥青粘附性能测试装置及方法。所述测试装置包括沥青灌入槽、试模底板、夹块、纤维嵌缝和紧固装置，沥青灌入槽是带有底板、且具有一面开口边壁的轴对称多边形缺口容器构件，与位于开口边壁端的夹块组成闭合槽，其开口边壁端的宽度变窄，被可拆卸地放置在试模底板上，该开口边壁位于容器构件轴中线的垂直面，纤维嵌缝为沥青灌入槽和夹块与测试装置轴中线交汇处的凹槽，贯穿于整个测试装置，其始末两侧分别设有螺栓。所述方法是通过把各种纤维裹成具有相似圆截面直径的纤维束，计算该纤维束在沥青软化点温度下拉伸出沥青前后的质量变化，以量化地测试纤维本身与沥青的粘附性能，使得该测试结果更为客观和具有可比较性。

Description

一种纤维与沥青粘附性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种材料试验装置及方法，尤其是一种含纤维材料的沥青胶浆中纤维粘附性能试验装置及方法，具体地说是一种纤维与沥青材料粘附性能测试装置及方法。

背景技术

纤维沥青混合料被广泛应用在国内外工程中。该混合料利用纤维材料对沥青的加筋、增韧作用，以强化沥青混合料的高温稳定性能及抗疲劳性能。其抗高温变形及疲劳开裂性能的发挥与纤维本身的性能以及沥青的粘附性能强度密切相关。为了能够研究出性能更好的纤维沥青混合料，对纤维粘附性能的测试显得尤为重要。然而，现有的沥青混合料纤维品种繁多，不同纤维与沥青粘结性能差异较大，尚未有相应指标用于评价纤维与沥青粘附性能。

目前，针对沥青混合料粗集料与沥青的粘附性能测试方法为《JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(下面简称“规程JTGE20-2011”)中的水浸法(T0616--1993)，然而，纤维属于一种外掺剂，不属于粗集料范畴。此外，该水浸法是在集料水煮后，通过观察集料表面的沥青膜裹覆情况估计沥青膜的剥落程度，因而只能用于定性分析，不能定量分析(宋艳茹和张玉贞，“沥青粘附性能评价方法综述”，《石油沥青》2005，第19卷第3期)。所以该方法不适用于纤维与沥青粘附性能的测试。此外，现有规程JTGE20-2011对纤维的性能指标只有吸油率等指标,并不能满足于纤维性能标准的要求。

发明内容

针对目前因缺少相关试验装置及方法来表征纤维与沥青材料粘附性能的技术问题，本发明设计了一种纤维与沥青材料粘附性能测试装置及方法。这对提高纤维工艺及高性能路面研究水平具有十分重要的意义。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种纤维与沥青材料粘附性能测试装置，其特征在于：所述测试装置包括沥青灌入槽、试模底板、夹块、纤维嵌缝和螺栓，所述沥青灌入槽是带有底板、且具有一面开口边壁的轴对称多边形缺口容器构件，并且与位于开口边壁端的夹块组成闭合槽，被可拆卸地放置在试模底板上，该开口边壁位于容器构件轴中线的垂直面，所述沥青灌入槽在其开口边壁端的宽度变窄，以防止沥青在受拉过程中出现整块被拖出的现象。纤维嵌缝为沥青灌入槽和夹块与测试装置轴中线交汇处的凹槽，并且沿着此轴中线贯穿于整个装置，在其始末两侧分别设有螺栓。

夹块在本测试装置中主要用于保证与其接触的纤维端无沥青粘黏，并避免沥青在灌注时从沥青输入槽开口处淌出。可选地，夹块可以是金属夹块。在其侧面可见处还分别沿着纤维嵌缝的深度方向刻有刻度(单位：mm)，用于确定纤维束处于沥青试件的埋入深度。

可选地，所述沥青灌入槽的个数可以是一个或者多个。当沥青灌入槽的个数为偶数时，沥青灌入槽两两对称分布在夹块两侧。这种对称布置的结构可以便于在后面的测试步骤中，通过测试试件的对折来减少纤维束埋入沥青长度的不同以及纤维束的不均匀给试验结果带来的影响。

可选地，纤维嵌缝的凹入深度为沥青灌入槽高度的一半，该纤维嵌缝宽度最好为2-3mm。

本发明还提供了一种纤维与沥青材料粘附性能测试方法，其特征在于：主要包括试件的制备、装夹养护和拉伸试验，其中，

1)试件的制备步骤包括：a)将需测试的纤维裹成圆截面纤维束，并将该纤维束烘干至恒重并称取其质量m₁。该纤维束的圆截面直径尺寸最好为3mm±0.2mm，以保证本发明方法可适用于各种纤维(不同截面形状、不同抗拉强度的纤维)粘附性能的测试，且其测试结果之间具有可比较性；b)将纤维束拉直并埋入标准沥青，此时，可以使用上述的纤维与沥青材料粘附性能测试装置，制成纤维与沥青粘附性能测试试件，其中，该纤维束位于测试试件中心轴；c)将该测试试件边缘处非拉伸端的纤维剪掉，称取所剪纤维的质量m₂。所述的纤维束纵向与沥青接触长度不少于20mm，以确保下面拉伸试验结果的稳定性。

2)装夹养护步骤包括将测试试件放入沥青软化点温度环境中养护至无气泡状态，并在此温度环境下将其拉伸端的纤维固定在拉伸部件(如：拉杆、拉钩、牵引结构等)上，其沥青部分固定在纤维束下端，确保纤维束处于竖直状态，并保持纤维束与沥青无相对位移。此步骤以及下面拉伸试验(步骤3))中所设定的温度环境，是为了减少测试过程中因沥青本身粘滞性所带来的干扰，

3)拉伸试验步骤包括：在沥青软化点的温度环境中，将拉伸部件保持匀速竖直拉伸，待纤维束全部从沥青部分拉出后停止试验。去除纤维束末端未包裹纤维的沥青，并在纤维束冷却后称量其质量m₃。在此步骤中，拉伸的速度最好保持在1-2cm/min，以充分保证沥青自身在受拉过程中发生应力松弛现象，从而减少沥青弹性恢复现象对测试结果的干扰。

4)将m₃+m₂-m₁＝m_n算出纤维束所粘附上的沥青质量。该试验可以做3组平行试样，最终的结果取平均值获得各种纤维的粘附性能。

本发明所达到了如下的有益效果：

1.本发明提供了一种纤维与沥青材料粘附性能测试方法，该方法通过计算在纤维束在沥青软化点温度下拉伸出沥青前后的质量变化，能够量化地测试纤维本身与沥青的粘附性能，使得该测试结果更为客观。

2.在使用该方法进行测试的过程中，各种具有不同截面形状、不同抗拉强度的纤维被裹成具有相似圆截面直径的纤维束，使得其测试结果之间具有可比较性。此外，标准沥青及其软化点温度的确定，以及拉伸速度的设定，均可以将沥青粘滞性、沥青应力松弛现象对测试结果的影响降到最小，能够更真实的测试纤维本身与沥青的粘附性能，使得测试结果更为准确。

3.本发明还提供了一种纤维与沥青材料粘附性能测试装置，该装置虽然只是众多制备该测试试件的方案之一，但是该装置结构简单，便于制作与操作。

总而言之，本发明为测定纤维与沥青材料的粘附性能，研究纤维长度、埋入深度、沥青品种，以及试验温度对纤维与沥青粘附性能影响的变化规律提供了必要的试验方法和装置，具有操作简便、科学、测试结果准确的优点。

附图说明

图1是本发明中制备纤维与沥青材料粘附性能测试试件的装置结构示意图(实施例1)。

图2是本发明中制备纤维与沥青材料粘附性能测试试件的装置结构横向示意图(实施例1)。

图3为本发明中制备纤维与沥青材料粘附性能测试试件的装置测试方法操作示意图。

图4为本发明中制备纤维与沥青材料粘附性能测试试件的装置中(金属)夹块的正面图。

图5是本发明中制备纤维与沥青材料粘附性能测试试件的装置结构示意图(实施例2)。

图6是本发明中制备纤维与沥青材料粘附性能测试试件的装置结构横向示意图(实施例2)。

图中，附图标记名称如下：1.沥青灌入槽；2.试模底板；3.金属夹块；4.纤维嵌缝；5.螺栓；6.纤维束；7.拉杆；8.对折后的测试试件；9.刻度(mm)；10.沥青部分。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

实施例1

本实施例1中采用的纤维沥青粘附性能测试装置包括沥青灌入槽1、试模底板2、金属夹块3、纤维嵌缝4和螺栓5(见图1)，两个长度为6cm的沥青灌入槽1是带有底板、且具有一面开口边壁的轴对称八边形缺口容器构件，并且与位于开口边壁端的金属夹块3组成闭合槽，该开口边壁位于容器构件轴中线的垂直面，该沥青灌入槽1在其开口边壁端的宽度变窄，两个沥青灌入槽1可拆卸地放置在试模底板2上，且左右对称分布在金属夹块3两侧，此三者总长度为19cm左右。纤维嵌缝4为此三者与测试装置轴中线交汇处的凹槽，其深度为沥青灌入槽1高度的一半(见图4)，其宽度为3mm。纤维嵌缝4沿着沥青灌入槽1和金属夹块3的轴中线贯穿于整个装置，在其始末两侧分别设有螺栓5(见图1和2)。在金属夹块3两个侧面可见处还分别沿着纤维嵌缝4的深度方向刻有刻度(单位：mm，见图4)。

实施例1中，纤维与沥青粘附性能时的测试方法具体包括以下步骤：

第一步：将所需测试的纤维裹成圆截面直径尺寸为3mm的纤维束6，纤维长度为21cm，在100℃烘箱中烘至恒温并称取其质量m₁；

第二步：使用上述纤维沥青粘附性能测试装置制备出适用于本发明方法的纤维与沥青材料粘附性能测试试件：先将沥青灌入槽1边壁内侧和底部抹上滑石粉，以便于试验前后制备装置的清洗工作，减少制备装置的不干净对测试过程带来的影响；再将第一步中得到的纤维束6拉直并水平放入纤维嵌缝4中，在两端各多出1cm纤维段，以便于纤维束6在试模制备装置上的固定；再将预留出的纤维段缠绕在制备装置两端的螺栓5上并拧紧，控制纤维束6的水平高度为沥青灌入槽1高度的一半；再将标准沥青加热至熔融状态后倒入沥青灌入槽1，所用标准沥青为金陵70号道路石油沥青，软化点为47.8℃；待冷却15min后用热铲刀由中间向两边刮平；最后，从试模底板2上取下由沥青灌入槽1、沥青部分10和纤维束6组成的测试试件，其位于两个对称沥青部分10之间的纤维束6长7cm，为拉伸端，用于在步骤四的拉伸试验中与拉杆固定，其位于沥青部分10另外两侧的非拉伸端各有1cm纤维段。在得到制备的测试试件后，将其非拉伸端的纤维剪掉，并且称取所剪纤维的质量m₂；

第三步：将第二步中所得的测试试件放入温度为48±0.5℃的环境箱(电热真空干燥箱D2F-6020A、天津市工兴电器厂)中养护1.5h，养护结束后将测试试件对称拼接，并将对折后的测试试件8固定在环境箱底部，纤维束的拉伸端悬挂在拉杆上，确保纤维处于竖直状态，并保持纤维与沥青无相对位移(见图3)；

第四步：将拉杆保持1cm/min的速度匀速拉伸，待纤维束全部拉出后停止试验，将纤维束末端未包裹纤维的沥青用热铲刀铲去，将拔出的纤维冷却后称量质量m₃；

第五步：将m₃+m₂-m₁＝m_n算出纤维所粘附上的沥青质量，试验做3组平行试样，最终的结果取平均值获得各种纤维的粘附性能。

实施例2

本实施例2中采用的纤维沥青粘附性能测试装置包括沥青灌入槽1、试模底板2、金属夹块3、纤维嵌缝4和螺栓5(见图5)。沥青灌入槽1为是长度为6cm的带有底板、且具有一面开口边壁的轴对称八边形缺口容器构件，并且与位于开口边壁端的金属夹块3组成闭合槽，该开口边壁位于容器构件轴中线的垂直面，该沥青灌入槽1在其开口边壁端的宽度变窄，沥青灌入槽1可拆卸地放置在试模底板2上，纤维嵌缝4为沥青灌入槽1边壁和金属夹块3在与轴中线交汇处的凹槽，其深度为沥青灌入槽1高度的一半(见图4)，其宽度为3mm。纤维嵌缝4沿着沥青灌入槽1和金属夹块3的轴中线贯穿于整个装置，在其始末两侧分别设有螺栓5(见图5和6)。在金属夹块3的侧面可见处还分别沿着纤维嵌缝4的深度方向刻有刻度(单位：mm，见图4)。

实施例2中，测试纤维与沥青粘附性能时的测试方法具体包括以下步骤：

第一步：将所需测试的纤维裹成圆截面直径尺寸为3mm的纤维束6，纤维长度为11cm，在100℃烘箱中烘至恒温并称取其质量m₁；

第二步：使用上述纤维沥青粘附性能测试装置制备出适用于本发明方法的纤维与沥青材料粘附性能测试试件：先将沥青灌入槽边壁内侧和底部抹上滑石粉，以便于试验前后制备装置的清洗工作，减少制备装置的不干净对测试过程带来的影响；再将第一步中得到的纤维束6拉直并水平放入纤维嵌缝4中，在两端各多出1cm纤维段，以便于纤维束在试模制备装置上的固定；再将预留出的纤维段缠绕在制备装置两端的螺栓5上并拧紧，控制纤维束6的水平高度为沥青灌入槽高度的一半；再将标准沥青加热至熔融状态后倒入沥青灌入槽，所用标准沥青为金陵70号道路石油沥青，软化点为47.8℃；待冷却15min后用热铲刀由中间向两边刮平；最后，从试模底板2上取下由沥青灌入槽1、沥青部分10和纤维束6组成的测试试件，其位于沥青部分10窄小一侧的纤维束6长4cm，为拉伸端，用于在后面的拉伸试验中与拉杆固定，其位于沥青部分10另外一侧的非拉伸端具有1cm纤维段，在得到制备的测试试件后，将其非拉伸端的纤维剪掉，并且称取所剪纤维的质量m₂；

第三步：将试件放入温度为48±0.5℃的环境箱(电热真空干燥箱D2F-6020A、天津市工兴电器厂)中养护1.5h，养护结束后将试件的沥青部分固定在环境箱底部，纤维束的拉伸端悬挂在拉杆上，确保纤维处于竖直状态，并保持纤维与沥青无相对位移(见图3)；

第四步：将拉杆保持1cm/min的速度匀速拉伸，待纤维束全部拉出后停止试验，将纤维束末端未包裹纤维的沥青用热铲刀铲去，将拔出的纤维冷却后称量质量m₃；

第五步：将m₃+m₂-m₁＝m_n算出纤维所粘附上的沥青质量，试验做3组平行试样，最终的结果取平均值获得各种纤维的粘附性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种纤维与沥青粘附性能测试装置，其特征在于：包括沥青灌入槽、试模底板、夹块、纤维嵌缝和螺栓，所述沥青灌入槽的个数不少于一个，是带有底板、且具有一面开口边壁的轴对称多边形缺口容器构件，并且与位于开口边壁端的夹块组成闭合槽，被可拆卸地放置在试模底板上，该开口边壁位于容器构件轴中线的垂直面，所述沥青灌入槽在其开口边壁端的宽度变窄，纤维嵌缝为沥青灌入槽和夹块与测试装置轴中线交汇处的凹槽，并且沿着此轴中线贯穿于整个装置，在其始末两侧分别设有螺栓。

2.如权利要求1中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试装置，其特征在于：所述沥青灌入槽的个数是偶数时，沥青灌入槽两两对称分布在夹块两侧。

3.如权利要求1中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试装置，其特征在于：所述纤维嵌缝的凹槽凹入深度为沥青灌入槽高度的一半。

4.如权利要求3中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试装置，其特征在于：所述纤维嵌缝宽度为2-3mm。

5.一种纤维与沥青粘附性能测试方法，其特征在于：主要包括试件的制备、装夹养护和拉伸试验，其中，

1）试件的制备步骤包括：a）将需测试的纤维裹成圆截面纤维束，再将该纤维束烘干至恒重并称取其质量m₁；b）将纤维束在如权利要求1所述的一种纤维与沥青粘附性能测试装置中拉直并埋入标准沥青，制成纤维与沥青粘附性能测试试件，其中，该纤维束贯穿于沥青部分轴中线；c）将该测试试件边缘处非拉伸端的纤维剪掉，称取所剪纤维的质量m₂；

2）装夹养护步骤包括：将经过步骤1）处理的试件放在沥青软化点温度下养护至无气泡状态，并在此温度下将其拉伸端的纤维束固定在拉伸部件上，其沥青部分固定，确保试件整体处于竖直状态，并保持纤维束与沥青无相对位移；

3）拉伸试验步骤包括：在沥青软化点温度下，将拉伸部件保持匀速拉伸，将纤维束全部从沥青部分拉出，此后停止试验，去除纤维束末端未包裹纤维束的沥青，并在纤维束冷却后称量其质量m₃；

4）根据m₃+m₂-m₁=m_n算出纤维束所粘附上的沥青质量。

6.如权利要求5中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试方法，其特征在于：步骤1）a）中所述的纤维束圆截面直径尺寸为3mm±0.2mm。

7.如权利要求5中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试方法，其特征在于：步骤1）b）中所述的纤维束贯穿于沥青部分的接触长度不少于20mm。

8.如权利要求5中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试方法，其特征在于：步骤3）中所述的拉伸速度为1-2cm/min。

9.如权利要求5中所述的一种纤维与沥青粘附性能测试方法，其特征在于：步骤2）和3）中所述的沥青软化点温度为标准沥青软化点温度±0.5℃。

10.一种纤维与沥青粘附性能测试方法，其特征在于：主要包括试件的制备、装夹养护和拉伸试验，其中，

1）试件的制备步骤包括：a）将需测试的纤维裹成圆截面纤维束，再将该纤维束烘干至恒重并称取其质量m₁；b）将纤维束拉直并埋入标准沥青，制成纤维与沥青粘附性能测试试件，其中，该纤维束贯穿于沥青部分轴中线；c）将该测试试件边缘处非拉伸端的纤维剪掉，称取所剪纤维的质量m₂；

2）装夹养护步骤包括：将经过步骤1）处理的试件放在沥青软化点温度下养护至无气泡状态，并在此温度下将其拉伸端的纤维束固定在拉伸部件上，其沥青部分固定，确保试件整体处于竖直状态，并保持纤维束与沥青无相对位移；

3）拉伸试验步骤包括：在沥青软化点温度下，将拉伸部件保持匀速拉伸，将纤维束全部从沥青部分拉出，此后停止试验，去除纤维束末端未包裹纤维束的沥青，并在纤维束冷却后称量其质量m₃；

4）根据m₃+m₂-m₁=m_n算出纤维束所粘附上的沥青质量。