CN110616618A - 一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通建筑技术领域，尤其涉及一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构及其制备方法，包括X系统、Y系统和Z系统,X系统、Y系统和Z系统分别对应空间坐标x、y、z三个方向，X系统、Y系统和Z系统将空间三个维度分离出若干个矩形小格室，若干个矩形小格室分别在x、y、z三个方向上阵列设置，若干个矩形小格室彼此连接构成三维多层矩形格栅结构；该三维多层矩形格栅结构，整体结构稳定性好，可用于增强沥青基混凝土，提高整体稳定性和温度稳定性，提高厚度方向承载能力，抑制裂纹扩展，避免整体断崖式开裂，有助于提高相关工程的使用寿命和安全系数；可用于避免沥青基混凝土断崖式开裂，也可用于制备沥青基混凝土结构件。

Description

一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及交通建筑技术领域，尤其涉及一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构及其制备方法。

背景技术

沥青基混凝土是重要的交通道路用材料，在基础建设中属于必不可少的材料，被广泛用于各种民生工程。但需要注意到是，沥青基混凝土虽然具有较好的抗压性能，但其抗弯和抗拉性能较弱，韧性较差，容易开裂，从某种程度上限制了其力学性能和使用寿命，因此需要通过一些特殊手段来增强沥青基混凝土的使用性能。

在公开的中国专利文献中可见诸关于增强沥青基混凝土的信息，如专利号为CN105331128B的专利中，提供了一种粗纤维增强沥青混凝土的制备方法，通过在沥青混凝土混入直径为0.1-2mm、长度为20-200mm的PET或PA66纤维，以提高沥青基混凝土的抗重载、超载能力。这种工艺方法主要基于散纤维掺杂的方式来起到增强沥青混凝土的效果。由于散纤维间存在不连续的情况，导致其增强效果有限。

如专利号为CN108117306B的专利中，提供了一种纤维增强沥青混合料及其制备方法，采用纤维体与与混合物复合形成纤维复合物，再将纤维复合物长于沥青混凝土中，用于增强沥青混凝土韧性。这种工艺也是基于散纤维掺杂的方式，总体增强效果有限。同时，散纤维掺杂增强的方式，容易存在纤维体分散不匀的问题，导致材料性能不均匀。

如专利号为CN106223150B的专利中，提供的一种沥青道路中第二混渣层采用了土工格栅。土工格栅有助于增强结构稳定性，但由于其属于二维片结构，在厚度方向的增强效果有限。

如专利号为CN103088739B的专利中，提供了一种多功能沥青混合料三维格栅，该三维格栅是由纸板组装而成，虽然具有一定厚度，但总体呈现一层格栅。

因此，现有专利中，缺少一种工艺方法，可以将纤维体组合成整体连续、结构均匀稳定的三维多层矩形网格空间结构，用于更好地增强沥青混凝土。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构及其制备方法，用以增强沥青基混凝土的厚度方向力学性能，并提高整体稳定性和温度稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构，包括X系统、Y系统和Z系统,所述X系统、Y系统和Z系统分别对应空间坐标x、y、z三个方向，所述X系统、Y系统和Z系统将空间三个维度分离出若干个矩形小格室，若干个所述矩形小格室分别在x、y、z三个方向上阵列设置，若干个所述矩形小格室彼此连接构成三维多层矩形格栅结构。

优选地，所述X系统、Y系统和Z系统的纤维原料为粗旦高模PET或PAN长丝。

本发明还提供了一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，X系统：包括若干组长丝，每组长丝包括两根粗旦高模长丝，采用螺旋绞织的方式将两根粗旦高模长丝绞织成一根长丝编链，用于固定Y系统和Z系统；

步骤二，Y系统：包括若干组粗旦高模伸直状长丝，每组粗旦高模伸直状长丝包括两根并排设置的长丝，从X系统每组两根长丝之间依次穿过，形成交织，构成若干层二维平面格栅；Y系统长丝与X系统长丝的交叠处形成若干个锚点组，每个锚点组包括第一锚点和第二锚点，用于固定Z系统长丝；

步骤三，Z系统：采用粗旦高模长丝，穿过相邻两层二维平面格栅的同排同列锚点组，使得相邻两层二维平面格栅连接在一起；通过Z系统粗旦高模长丝将相邻两层二维平面格栅间的空间分离出若干个矩形小格室，从而构成三维多层矩形格栅结构。

优选地，所述步骤一中，X系统的若干根长丝编链呈等间隔或不等间隔排列设置。

优选地，所述步骤二中，Y系统的若干组粗旦高模伸直状长丝呈等间隔或不等间隔排列设置。

优选地，所述步骤三中，Z系统在连接相邻两层二维平面格栅穿过同排同列锚点组时，由第一层锚点组中的第一锚点连接下一层锚点组中的第二锚点，使得Z系统长丝垂直于相邻两层格栅。

本发明具有以下有益效果：本发明的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构及其制备方法，采用X系统、Y系统和Z系统编织制得的三维多层矩形格栅结构，整体结构稳定性好，可设计性强，可用于增强沥青基混凝土，提高整体稳定性和温度稳定性，提高厚度方向承载能力，抑制裂纹扩展，避免整体断崖式开裂，有助于提高相关工程的使用寿命和安全系数；可用于避免沥青基混凝土断崖式开裂，也可用于制备沥青基混凝土结构件。本发明产品形式变化灵活，适应性较强，在道路交通建设行业中具有较大应用潜力。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构示意图；

图2为本发明中三层矩形格栅结构的俯视图；

图3为本发明中三层矩形格栅结构的侧视图；

图4为本发明的多层多列格栅结构的俯视图；

图5为本发明的多层多列格栅结构的侧视图；

图6为本发明的三维多层多列网栅结构效果图。

图中：1 X系统、2 Y系统、3 Z系统、4矩形小格室、5第一锚点、6第二锚点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图6，一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构，包括X系统1、Y系统2和Z系统3,所述X系统1、Y系统2和Z系统3分别对应空间坐标x、y、z三个方向，所述X系统1、Y系统2和Z系统3将空间三个维度分离出若干个矩形小格室4，若干个所述矩形小格室4分别在x、y、z三个方向上阵列设置，若干个所述矩形小格室4彼此连接构成三维多层矩形格栅结构。

其中，所述X系统1、Y系统2和Z系统3的纤维原料为粗旦高模PET或PAN长丝。

本实施例中，采用X系统1、Y系统2和Z系统3的纤维长丝进行有序编织，并通过Z系统3的长丝与各层中锚点的联结构成一个整体，从而形成具有若干个矩形小格室4的三维多层矩形格栅结构，与沥青基混凝土复合，可用于增强沥青基混凝土，赋予较好的整体稳定性、温度稳定性和厚度方向承载能力，从而增加其安全系数和使用寿命，有利于抑制裂纹扩展，可用于避免沥青基混凝土断崖式开裂，也可用于制备沥青基混凝土结构件。其中，上述若干个矩形小格室4的尺寸可灵活设计。

参照图1-图3，本实施例中，以三层网栅结构为例：

一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，X系统1：选用三组长丝，每组长丝包括两根粗旦高模长丝，采用螺旋绞织的方式将每组的两根粗旦高模长丝绞织成一根长丝编链，用于固定Y系统和Z系统；这里各相邻长丝编链间间距为25mm，等间距排列；

步骤二，Y系统2：采用三组粗旦高模伸直状长丝，以25mm间距等间隔排列设置，每组粗旦高模伸直状长丝包括两根并排设置的长丝，从X系统每组两根长丝之间依次穿过，形成交织，构成一层二维平面格栅；Y系统长丝与X系统长丝的交叠处形成若干个锚点组，每个锚点组包括第一锚点5和第二锚点6，用于固定Z系统长丝；

按照上述步骤一和步骤二的方式，将X系统长丝与Y系统长丝共形成三层二维平面格栅。

步骤三，Z系统3：采用粗旦高模长丝，穿过相邻两层二维平面格栅的同排同列锚点组，使得相邻两层二维平面格栅连接在一起；通过Z系统粗旦高模长丝将相邻两层二维平面格栅间的空间分离出若干个矩形小格室，从而构成三维多层矩形格栅结构，在其中浇筑沥青基混凝土，起到复合增强效果。

其中，所述步骤三中，Z系统3在连接相邻两层二维平面格栅穿过同排同列锚点组时，由第一层锚点组中的第一锚点5连接下一层锚点组中的第二锚点6，使得Z系统长丝垂直于相邻两层格栅，即Z方向长丝与各层呈近90度垂直；这里将相邻两层二维平面格栅以15mm间距进行连接，然后Z系统长丝至少在当前层中穿过第二个锚点组后，进行下一次层间连接，最终构成三维多层矩形格栅结构，在其中浇筑沥青基混凝土，起到复合增强效果；且这里形成的三维多层矩形格栅中，在x、y、z三个方向上分别形成了2排2列2层共8个矩形小格室，且每个矩形小格室的尺寸大小为25mm×25mm×15mm。

另外，上述格栅所采用长丝原料为直径为0.4mm、模量为20GPa的PAN长丝(或者粗旦高模PET)；且在上述矩形小格室中浇筑沥青基混凝土，用于制备沥青基混凝土长方体构件。

本实施例制得的三维多层矩形格栅增强沥青基混凝土，具有较好的整体稳定性，可有效抑制裂纹扩展，避免了断崖式开裂，可将厚度方向的抗压强度从5MPa提高到9MPa，厚度方向的抗拉强度从1.1MPa提高到3MPa，可改善零下10℃到60℃温度范围内的力学性能稳定性10％以上，有助于提高相关工程的使用寿命和安全系数。

参照图4-图6，另外，类似于上述实施例——三层矩形格栅，可通过增加中间X系统和Y系统构成的二维平面格栅层数，构建N层矩形格栅结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构，其特征在于，包括X系统(1)、Y系统(2)和Z系统(3),所述X系统(1)、Y系统(2)和Z系统(3)分别对应空间坐标x、y、z三个方向，所述X系统(1)、Y系统(2)和Z系统(3)将空间三个维度分离出若干个矩形小格室(4)，若干个所述矩形小格室(4)分别在x、y、z三个方向上阵列设置，若干个所述矩形小格室(4)彼此连接构成三维多层矩形格栅结构。

2.根据权利要求1所述的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构，其特征在于，所述X系统(1)、Y系统(2)和Z系统(3)的纤维原料为粗旦高模PET或PAN长丝。

3.根据权利要求1所述的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，X系统(1)：包括若干组长丝，每组长丝包括两根粗旦高模长丝，采用螺旋绞织的方式将两根粗旦高模长丝绞织成一根长丝编链，用于固定Y系统和Z系统；

步骤二，Y系统(2)：包括若干组粗旦高模伸直状长丝，每组粗旦高模伸直状长丝包括两根并排设置的长丝，从X系统每组两根长丝之间依次穿过，形成交织，构成若干层二维平面格栅；Y系统长丝与X系统长丝的交叠处形成若干个锚点组，每个锚点组包括第一锚点5和第二锚点6，用于固定Z系统长丝；

步骤三，Z系统(3)：采用粗旦高模长丝，穿过相邻两层二维平面格栅的同排同列锚点组，使得相邻两层二维平面格栅连接在一起；通过Z系统粗旦高模长丝将相邻两层二维平面格栅间的空间分离出若干个矩形小格室，从而构成三维多层矩形格栅结构。

4.根据权利要求3所述的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，X系统(1)的若干根长丝编链呈等间隔或不等间隔排列设置。

5.根据权利要求3所述的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，Y系统(2)的若干组粗旦高模伸直状长丝呈等间隔或不等间隔排列设置。

6.根据权利要求3所述的一种增强沥青基混凝土三维矩形格栅结构的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，Z系统(3)在连接相邻两层二维平面格栅穿过同排同列锚点组时，由第一层锚点组中的第一锚点(5)连接下一层锚点组中的第二锚点(6)，使得Z系统长丝垂直于相邻两层格栅。