CN109991124A - 沥青混合料用纤维密度测定方法 - Google Patents

沥青混合料用纤维密度测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种沥青混合料用纤维密度测定方法，采用比重瓶，将待测纤维试样装入比重瓶内，使得水在负压状态下自动充满比重瓶，巧妙得到了待测纤维试样排开水的体积，再根据待测纤维试样的质量计算获得待测纤维试样的密度。本发明解决了沥青混合料用纤维密度测定无合适的检测方法的问题。

Description

沥青混合料用纤维密度测定方法
技术领域
本发明涉及沥青混合料用纤维试验检测技术领域，具体涉及一种沥青混合料用纤维密度测定方法。
背景技术
目前，用于沥青混合料的纤维主要有木质素纤维、聚合物纤维和矿物纤维等。其中木质素纤维有絮状和颗粒状；聚合物纤维通常为束状切断丝状；矿物纤维通常为短切丝状。
对于改性沥青混合料，纤维的掺用通常会使得沥青混合料变得更加黏稠，不易分散。因此，沥青混合料理论最大相对密度宜采用计算法，不宜采用真空法实测。沥青混合料中各组成材料(粗集料、细集料、填料、沥青、纤维)的相对密度试验结果是计算混合料理论最大相对密度的前提。
但是，交通运输部行业标准如《沥青路面用木质素纤维》(JT/T 533-2004)、《沥青路面用聚合物纤维》(JT/T 534-2004)和《公路工程玄武岩纤维及其制品第1部分：玄武岩短切纤维》(JT/T 776.1-2010)中均无纤维密度试验方法的规定。
实际工作中，配合比设计人员考虑到纤维用量低(通常为沥青混合料或矿料质量的0.3％～0.5％)，且无法获得纤维相对密度，往往在计算沥青混合料理论最大相对密度和各矿料质量占沥青混合料总质量的百分率之和时，对纤维这一组分予以了忽略。这显然会影响沥青混合料配合比设计。
而《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)和《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)均规定：1、纤维部分的比例不得忽略；2、纤维密度由生产厂家提供或实测得到。如果对纤维密度试验参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0603沥青密度与相对密度试验的固体沥青密度试验方法执行，尽管试样经抽真空处理，通常仍会出现如下现象：1、纤维表面气泡无法完全排除，纤维与水无法完全互溶，甚至存在部分未被水浸润的干燥纤维；2、纤维被水浸润程度不一，纤维在比重瓶中呈上下分层现象；3、纤维未完全被水浸润，尽管纤维密度比水大，但仍漂浮在水上。这些现象也表明纤维密度测定无法参照固体沥青方法执行。
以上种种，与纤维密度无试验方法的现状是矛盾的，这一直是沥青混合料试验人员面临的难题。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种沥青混合料用纤维密度测定方法，以解决沥青混合料用纤维密度测定无合适的检测方法的问题。
为实现上述目的，提供一种沥青混合料用纤维密度测定方法，包括以下步骤：
提供比重瓶，称重所述比重瓶以获取第一质量m1；
提供预设温度的水，将所述水满灌于所述比重瓶，并称重满灌有所述水的所述比重瓶以获取第二质量m2；
将所述比重瓶中的满灌的所述水倒出后于所述比重瓶中装入待测纤维试样并称重装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶以获取第三质量m3；
将预设温度的水利用负压充满装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶，并称重充满有所述水的所述比重瓶以获取第四质量m4；
根据下列公式计算所述待测纤维试样的密度和相对密度：
ρx＝γx×ρw (2)
其中，γx为待测纤维试样的相对密度，无量纲；
ρx为待测纤维试样的密度；
m1为烘干后的比重瓶的质量；
m2为比重瓶与满灌的水的总质量；
m3为比重瓶与装入的待测纤维试样的总质量；
m4为比重瓶、装入的待测纤维试样和充满的水的总质量；
ρw为水在预设温度时的密度。
进一步的，所述将预设温度的水利用负压充满装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶的步骤包括：
提供透水瓶塞，所述透水瓶塞具有仅供水分子通过的毛细孔，将所述透水瓶塞塞住装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶的瓶口；
提供充液设备，所述充液设备包括真空容器和抽真空装置，将塞有所述透水瓶塞的所述比重瓶放置于所述真空容器中，并于所述真空容器中灌入所述水；
利用所述抽真空装置对灌入有所述水的所述真空容器抽真空，使得所述水在负压状态下经由所述毛细孔自动充满于所述比重瓶。
进一步的，所述充液设备为沥青混合料理论最大相对密度仪。
进一步的，所述透水瓶塞的靠近所述比重瓶的一侧覆盖有用于防止纤维粉末通过的滤膜。
进一步的，在称重满灌有所述水的所述比重瓶以获取第二质量m2的步骤之前，对满灌有所述水的所述比重瓶进行水浴保温，使得所述水的温度达到所述预设温度。
进一步的，在所述称重充满有所述水的所述比重瓶以获取第四质量m4的步骤之前，对充满有所述水的所述比重瓶进行水浴保温，使得所述水的温度达到所述预设温度。
本发明的有益效果在于，本发明的沥青混合料用纤维密度测定方法以一般工程材料试验检测试验室具有的常用设备为基础，不涉及任何特殊或有害化学品、步骤简单、操作简便、快速、试验结果准确性高、精确性高、试验成本低的试验方法。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供了一种沥青混合料用纤维密度测定方法，包括以下步骤：
S1：提供比重瓶，称重所述比重瓶以获取第一质量(m1)。
提供比重瓶，所述比重瓶为沥青比重瓶。
烘干所述沥青比重瓶，称重烘干后的比重瓶以获取第一质量。第一质量为比重瓶的重量。
S2：提供预设温度的水，将水满灌于比重瓶，并称重满灌有水的比重瓶以获取第二质量m2。
提供预设温度的水，在本实施例中，预设温度根据试验需要确定。
在本实施例中，将水灌满烘干后的比重瓶，并称重满灌有水的比重瓶的以获取第二质量。第二质量为比重瓶以满灌的水的质量。
作为一种较佳的实施方式，在称重满灌有水的比重瓶以获取第二质量m2的步骤之前，对满灌有水的比重瓶进行水浴保温，使得水的温度达到预设温度并维持预设温度规定时间后称重。在本实施例中，所述规定时间大于等于15min。
S3：将比重瓶中的满灌的水倒出后烘干比重瓶。
在获取第二质量后，将比重瓶中的水倒出，并烘干比重瓶。
S4：于烘干后的比重瓶中装入待测纤维试样并称重装入有待测纤维试样的比重瓶以获取第三质量m3。
S5：将预设温度的水利用负压充满装入有待测纤维试样的所述比重瓶，并称重充满有所述水的所述比重瓶以获取第四质量m4。
具体的，包括：
S51、提供透水瓶塞，透水瓶塞具有仅供水分子通过的毛细孔，将透水瓶塞塞住装入有待测纤维试样的比重瓶的瓶口；
S52、提供充液设备，充液设备包括真空容器和抽真空装置，将塞有透水瓶塞的比重瓶放置于真空容器中，并于真空容器中灌入水；
S53、利用抽真空装置对灌入有水的真空容器抽真空，使得水在负压状态下经由毛细孔自动充满于比重瓶。
在本实施例中，充液设备为沥青混合料理论最大相对密度仪。
透水瓶塞的靠近所述比重瓶的一侧覆盖有用于防止纤维粉末通过的滤膜。在本实施例中，滤膜为软布，透水瓶塞包覆有软布。由于沥青混合料用絮状木质素纤维或矿物纤维含有较小纤维粉末，抽真空过程，纤维粉末会从比重瓶的瓶塞的毛细孔中析出流失，在本实施例中，利用软布防止较小纤维粉末从比重瓶中析出流失，提高了试验测定结果的准确率。
在本实施例中，为了便于操作，采用软布包覆于透水瓶塞和比重瓶的瓶口，并用橡皮筋将软布箍紧在比重瓶的瓶口外侧，进而使得较小的纤维粉末从比重瓶中析出流失。
S54、对充满有水的比重瓶进行水浴保温，使得水的温度达到预设温度。
S55、称重达到预设温度的水的比重瓶以获取第四质量m4的步骤
S6：根据下列公式计算所述待测纤维试样的密度和相对密度：
ρx＝γx×ρw (2)
上述式(1)和式(2)中：
γx为待测纤维试样的相对密度，无量纲；
ρx为待测纤维试样的密度，g/cm3；
m1为第一质量，即烘干后的比重瓶的质量，g；
m2为第二质量，即比重瓶与满灌的水的总质量，g；
m3为第三质量，即比重瓶与装入的待测纤维试样的总质量，g；
m4为第四质量，即比重瓶、装入的待测纤维试样和充满的水的总质量，g；
ρw为水在预设温度时的密度。
本发明的沥青混合料用纤维密度测定方法的基本原理是：采用沥青比重瓶(其瓶塞带有毛细孔)，将待测纤维试样装入比重瓶内，用滤膜(软布)将比重瓶瓶塞的毛细孔覆盖住，放入沥青混合料用理论最大相对密度仪中，在负压状态下，水会透过瓶塞的毛细孔和软布进入比重瓶内并充满比重瓶，而比重瓶内的待测纤维试样因软布的隔离和阻挡作用，较小的纤维粉末不会从比重瓶内析出和损失，巧妙得到了待测纤维试样排开水的体积，再根据待测纤维试样的质量计算获得待测纤维试样的密度。
本发明的沥青混合料用纤维密度测定方法采用沥青混合料用理论最大相对密度仪作为抽真空设备和真空容器的作用是：产生负压，水会透过软布和比重瓶瓶塞的毛细孔自动进入比重瓶内并充满比重瓶；去除待测纤维试样表面的气泡，使待测纤维试样能与水充分接触、互溶。
本发明的沥青混合料用纤维密度测定方法的优点在于：1、采用一般工程材料试验检测试验室具有的沥青比重瓶作为盛样瓶，沥青混合料用理论最大相对密度仪作为抽真空设备，不需要额外购置其他设备。2、采用的介质是洁净水，不涉及任何特殊或有害化学品的使用。3、采用常见的软布作为隔离材料防止较小的纤维粉末析出，而水会透过软布通过比重瓶瓶塞毛细孔自动进入比重瓶内并充满比重瓶，巧妙得到了试样排开水的体积。4、试验步骤简单，操作简便，适用于一般试验人员。5、试验速度快，1h内即可获得试验结果，结果准确性高，重复性误差小。
不同种类纤维具有不同程度的吸湿性，纤维密度受其含水率的影响。可选择测定自然含水状态或烘干状态下的相对密度和密度。当选择测定自然含水状态下的相对密度和密度时，应测定、记录并报告纤维的含水率；当选择烘干状态下的相对密度和密度时，试样应烘干处理。
烘干处理和含水率测定可按下列步骤执行：
1、称量干燥铝盒质量。
2、取代表性的纤维试样，将纤维试样放入干燥铝盒内，立即盖好盒盖。纤维试样称取质量可为(10.0±1.0)g，精确至0.01g。
3、将装有纤维试样的铝盒放入烘箱内。对木质素纤维和矿物纤维，可在(105±5)℃条件下烘干至恒重，烘干时间不宜小于6h；对聚合物纤维，可在(50±5)℃条件下烘干至恒重，烘干时间不宜小于12h。
4、将盛有烘干纤维试样的铝盒取出，放入干燥器内冷却至室温。
5、称量冷却的盛有烘干纤维的铝盒质量，精确至0.01g。
6、计算纤维试样的含水率，以水分质量与烘干纤维试样质量之比计。计算结果精确至0.01％。
7、平行试验2次，以2次试验结果的平均值作为测定值，计算结果精确至0.01％。2次试验结果之差大于0.3％时，应重新取样进行试验。
密度试验过程的描述：
1、用洁净水将比重瓶洗涤干净。
2、将洗涤干净的比重瓶放入规定温度的恒温水浴内保温不少于15min。
3、从恒温水浴中取出盛有水的比重瓶，轻轻将瓶塞塞入瓶口，使多余的水由瓶塞上的毛细孔中挤出。此时比重瓶的下部凹形处不得有气泡。若有气泡，取出瓶塞，用滴管向比重瓶中补充少量水，再次盖好瓶塞。
4、立即用干净软布将瓶塞顶部擦拭一次，再迅速擦干比重瓶外面的水分，称量比重瓶和所盛满水的合计质量(m2)。瓶塞顶部只能擦拭一次，即使有小水滴也不得再擦拭。
5、倒出比重瓶内的水，将比重瓶放入烘箱中烘干。
6、取出烘干的比重瓶，放入干燥器中，冷却后称量比重瓶的质量(m1)。
7、用镊子或料勺将缩分后的纤维试样装入比重瓶内，塞紧瓶塞后，称量比重瓶与所盛的纤维试样的合计质量(m3)。对于絮状木质素纤维，纤维称量质量可控制在0.5g～1.5g；对于颗粒状木质素纤维，纤维称量质量可控制在4.0g～8.0g；对于聚合物纤维，纤维称量质量可控制在2.0g～4.0g；对于矿物纤维，纤维称量质量可控制在1.0g～2.5g。
8、用软布包覆瓶塞，并用橡皮筋将软布箍紧在瓶身上。
9、将软布箍好的盛有纤维试样的比重瓶放入沥青混合料理论最大相对密度仪中。
10、向沥青混合料理论最大相对密度仪的真空容器(料筒)中加入洁净水，加水量至少要比比重瓶高2cm以上。
11、按沥青混合料理论最大相对密度仪的使用要求启动抽真空和振动，直至无气泡进入比重瓶内为止，可抽真空15min以上。
12、抽真空结束后，缓慢卸压，取出比重瓶。
13、将比重瓶放入规定温度的恒温水浴中，保温15min以上。
14、取出比重瓶，卸掉橡皮筋和软布。检查比重瓶的下部凹形处是否有气泡，若有气泡，取出瓶塞，用滴管向比重瓶中补充少量水，再次盖好瓶塞。
15、迅速用软布擦干瓶外水分，称量比重瓶、试样和所盛满水的合计质量(m4)。
上述质量称量均精确至不应低于0.001g。
纤维试样相对密度和密度按下式计算，结果精确至0.001，分别见式(1)和式(2)。每个试样平行试验4次，以平均值作为试验结果，结果保留到小数点后3位。
实施例1：
以浙江桐乡东发复合材料有限公司生产的一种木质素纤维为例。试验时经烘干处理，即认为含水率为0％，试验时水温为25℃。试验原始数据和计算结果见表1。
表1一种木质素纤维相对密度试验原始数据和计算结果(本发明方法)。
实施例2：
以上海沪程道路建设发展有限公司生产的一种聚酯纤维为例。试验时含水率为0.45％，试验时水温为25℃。试验原始数据和计算结果见表2。
表2一种聚酯纤维相对密度试验原始数据和计算结果(本发明方法)。
由实施例1和实施例2的结果表1和表2可知，本发明方法获得的试验结果的变异系数小，重复性好，证明了本发明方法精确性高。当然，变异系数大小与本发明方法本身的精确性、样品本身的生产均匀性和重复性试验次数等因素有关。
目前，木质素纤维的生产对原材料要求不高，无机材料的添加比例允许有一定波动，故生产出的木质素纤维密度差异性稍大。而聚合物纤维，主要是通过化学合成生产，且原材料要求高，工艺成熟，故生产出的聚合物纤维均匀性较好，密度差异性也就较小。
在上海地区，在道路工程沥青混合料中获得广泛应用的典型代表性纤维见表3。
表3典型代表性纤维。
采用本发明方法，试验时水温为25℃，多种不同类型、不同密度等级、不同状态的纤维相对密度试验结果见表4。
表4纤维相对密度试验结果(本发明方法)。
由表4可知，对不同类型、不同密度等级、不同状态的纤维试样，采用本发明方法，均获得了变异系数小，重复性好的试验结果。
对于纺织行业的聚酯和聚丙烯腈纤维，查阅有关经典文献和标准，其密度报道值见表5。
表5聚酯和聚丙烯腈纤维密度报道值。
对于聚酯和聚丙烯腈纤维密度，比较表4和表5可知，本发明获得的结果与文献报道值非常接近，证明了本发明对聚合物纤维密度试验结果的准确性。
为证明本发明方法对多种类型纤维密度试验结果的准确性，采用气体比重瓶法对多种不同类型、不同密度等级、不同状态的纤维试样进行试验，对获得的密度结果(g/cm3)换算成相对于25℃水的相对密度(无量纲)。以气体比重瓶法试验结果作为基准，用本发明方法结果与之进行比对，计算2种方法的绝对差值和相对差值，分析本发明方法试验结果的准确性。
气体比重瓶法试验采用全自动真密度仪，Micromeritics InstrumentsCorporation(美国麦克默瑞提克仪器公司)生产，AccuPyc 1330型。
全自动真密度仪(气体比重瓶法)获得的试验结果见表6。
表6纤维相对密度试验结果(气体比重瓶法)。
由表6可知，气体比重瓶法获得的上述纤维相对密度试验结果的变异系数情况与本发明方法试验结果(表4)规律一致。这表明，试验结果的精确性与材料本身的均匀性有较大关系。
采用本发明方法与气体比重瓶法获得的多种不同类型、不同密度等级、不同状态的纤维相对密度试验结果的比对结果见表7。比较方法为：以气体比重瓶法试验结果作为基准，本发明方法试验结果与之进行比较，计算绝对差值和相对差值。
表7纤维相对密度试验结果比对(本发明方法与气体比重瓶法)。
由表7的比对结果可知，本发明方法获得的试验结果比气体比重法获得的试验结果均稍小。这可能是因为：不同介质进入纤维内部微细缝隙和孔洞的到达区域不一样所引起。气体分子小，分子间作用力小，能到达最小的缝隙和孔洞。液体介质通常只能到达较大的缝隙和孔洞，且与纤维分子间只能呈现范德华接触。因此，不同方法测得的密度值会稍有不同。
表7的比对结果可知，2种方法获得的绝对差值和相对差值均极小，证明了本发明方法试验结果的准确性。本发明方法对多种类型纤维密度测定是完全可行的。本发明方法在不使用特殊的昂贵设备和实验室特殊气体的情况下，达到了高的测量准确性。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种沥青混合料用纤维密度测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供比重瓶，称重所述比重瓶以获取第一质量m1；
提供预设温度的水，将所述水满灌于所述比重瓶，并称重满灌有所述水的所述比重瓶以获取第二质量m2；
将所述比重瓶中的满灌的所述水倒出后于所述比重瓶中装入待测纤维试样并称重装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶以获取第三质量m3；
将预设温度的水利用负压充满装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶，并称重充满有所述水的所述比重瓶以获取第四质量m4；
根据下列公式计算所述待测纤维试样的密度和相对密度：
ρx＝γx×ρw (2)
其中，γx为待测纤维试样的相对密度，无量纲；
ρx为待测纤维试样的密度；
m1为烘干后的比重瓶的质量；
m2为比重瓶与满灌的水的总质量；
m3为比重瓶与装入的待测纤维试样的总质量；
m4为比重瓶、装入的待测纤维试样和充满的水的总质量；
ρw为水在预设温度时的密度。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料用纤维密度测定方法，其特征在于，所述将预设温度的水利用负压充满装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶的步骤包括：
提供透水瓶塞，所述透水瓶塞具有仅供水分子通过的毛细孔，将所述透水瓶塞塞住装入有所述待测纤维试样的所述比重瓶的瓶口；
提供充液设备，所述充液设备包括真空容器和抽真空装置，将塞有所述透水瓶塞的所述比重瓶放置于所述真空容器中，并于所述真空容器中灌入所述水；
利用所述抽真空装置对灌入有所述水的所述真空容器抽真空，使得所述水在负压状态下经由所述毛细孔自动充满于所述比重瓶。
3.根据权利要求2所述的沥青混合料用纤维密度测定方法，其特征在于，所述充液设备为沥青混合料理论最大相对密度仪。
4.根据权利要求1所述的沥青混合料用纤维密度测定方法，其特征在于，所述透水瓶塞的靠近所述比重瓶的一侧覆盖有用于防止纤维粉末通过的滤膜。
5.根据权利要求1所述的沥青混合料用纤维密度测定方法，其特征在于，在称重满灌有所述水的所述比重瓶以获取第二质量m2的步骤之前，对满灌有所述水的所述比重瓶进行水浴保温，使得所述水的温度达到所述预设温度。
6.根据权利要求1所述的沥青混合料用纤维密度测定方法，其特征在于，在所述称重充满有所述水的所述比重瓶以获取第四质量m4的步骤之前，对充满有所述水的所述比重瓶进行水浴保温，使得所述水的温度达到所述预设温度。
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