CN111999198A - 一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法 - Google Patents
一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,具体为:(a)取两份纤维试样和两份集料,并分别烘干至恒重;(b)分别记录一号纤维试样冷却至室温的质量为m0和过筛后的剩余质量为m0’;(c)分别记录二号纤维试样冷却到室温的质量为m1,二号集料的质量为m2,以及经加热、磨耗、冷却、过筛后的二号纤维试样和二号集料的混合物的剩余质量为m3’;(d)分别记录一号集料冷却到室温质量为m4和经加热、磨耗、冷却、过筛后的剩余质量为m4’;(e)计算高温磨耗后纤维通过率的增加量。与现有技术相比,本发明使用加热的集料进行磨耗,更加真实的还原了纤维在沥青混合料的生产过程中所经受的作用,可更为精确地评价纤维的耐高温抗磨耗性能。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域,尤其是涉及一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法。
背景技术
纤维对沥青混合料具有提高抗裂性、提高保水性、提高稳定性和施工合宜性等作用,因此纤维广泛应用于开级配和间断级配型沥青混凝土中。但是,在沥青混凝土的生产拌和过程中,纤维在具有棱角的集料切割作用和140~180℃的高温条件下,形状和强度会发生变化,进而降低了对沥青混凝土的稳定作用。
现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对纤维的五项技术指标作出了要求,但不包括纤维的耐高温抗磨耗性能,而实际操作中纤维的耐高温抗磨耗性能会对沥青混合料的性能产生影响,因此需对纤维的该种性能进行一个定量的认知。若直接将集料与纤维进行磨耗试验,则会出现无法对磨耗后的集料和纤维进行彻底分离的情况,而且集料在磨耗的过程中也会有质量损失。
中华人民共和国交通运输行业标准《沥青路面用纤维》(JT/T 533-2020)给出了一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,具体为:将钢珠与加热后的纤维一同放入微型狄法尔试验仪中进行磨耗,用高温磨耗前后的0.15mm通过率差值对纤维的性能进行评价,其中,钢珠可以采用磁铁进行收集。
上述方法中采用钢珠代替集料对沥青混凝土的生产拌和过程进行模拟存在两处不足:一是试验温度比实际工程中拌合楼中加热温度低,在试验的准备过程中仅仅是将纤维加热到210℃,而不对钢珠进行加热,而且磨耗试验中所用钢珠的总质量为1250g,远远大于纤维试样的质量8g,所以在二者混合后纤维试样的温度会迅速下降,达不到工程中拌合楼内部的温度;另一方面钢珠表面光滑且不具有棱角,无法模拟拌合过程中集料对纤维的切割作用。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,使用加热的集料进行磨耗,更加真实的还原了纤维在沥青混合料的生产过程中所经受的作用,可更为精确地评价纤维的耐高温抗磨耗性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,所述试验方法包括以下步骤:
(a)取两份纤维试样,分别记为一号纤维试样和二号纤维试样,再取两份集料,分别记为一号集料和二号集料,将两份纤维试样和两份集料分别烘干至恒重;
(b)将一号纤维试样冷却至室温,记录质量为m0,再将一号纤维试样过筛,记录筛上一号纤维试样的剩余质量为m0’;
(c)将二号纤维试样和二号集料冷却到室温,分别记录二号纤维试样的质量为m1,二号集料的质量为m2,再将二号纤维试样和二号集料混合进行加热,后进行磨耗,收集磨耗后的二号纤维试样和二号集料的混合物,冷却至室温后过筛,记录筛上二号纤维试样和二号集料的混合物的剩余质量为m3’;
(d)将一号集料冷却到室温,记录一号集料的质量为m4,再将一号集料加热,后进行磨耗,收集磨耗后的一号集料,冷却至室温后过筛,记录筛上一号集料的剩余质量为m4’;
(e)根据式(Ⅰ)计算未经高温磨耗纤维的通过率P0,根据式(Ⅱ)计算高温磨耗后集料的剩余质量m2’,根据式(Ⅲ)计算高温磨耗后纤维的剩余质量m1’,根据式(Ⅳ)计算高温磨耗后纤维的通过率P1,根据式(Ⅴ)计算高温磨耗后纤维通过率的增加量ΔP,
P0=(m0-m0’)/m0×100% (Ⅰ),
m2’=m4’×m2/m4 (Ⅱ),
m1’=m3’-m2’ (Ⅲ),
P1=(m1–m1’)/m1×100% (Ⅳ),
ΔP=P1-P0 (Ⅴ)。
ΔP的值越大,表明絮状纤维的耐高温抗磨耗性能越差。其中,未经高温磨耗纤维指的是一号纤维试样,高温磨耗后集料指的是二号集料,高温磨耗后纤维指的是二号纤维试样,一号纤维试样、二号纤维试样、一号集料和二号集料均是为了表明取两份试样或两份集料中的某一份以及在计算时好区分,即也可将二号纤维试样作为未经高温磨耗纤维,一号集料作为高温磨耗后集料。
所述一号纤维试样和二号纤维试样的质量相同。
所述一号纤维试样的质量为7.5~8.5g。纤维试样的质量沿用了JT/T 533-2020标准中的8g。
所述一号集料和二号集料的质量相同。
所述一号纤维试样和一号集料的质量比为1:(125~155),优选为1:125。在实际情况中,沥青混合料中纤维的掺量约0.5%(质量比),粗集料约占沥青混合料总重的70%,纤维和粗集料二者的比例约为1:140,为了方便起见,本发明中将一号纤维试样和一号集料的质量比取为1:125。
所述一号集料的质量为995~1005g。
所述一号集料和二号集料中均含有以下不同粒径的颗粒:粒径为13.2mm~16.0mm的颗粒1、粒径为9.5mm~13.2mm的颗粒2以及粒径为4.75mm~9.5mm的颗粒3,所述颗粒1、颗粒2和颗粒3的质量比为(0.5~1.5):(0.5~1.5):2,优选为1:1:2,所述一号集料和二号集料的表观密度为2.63~2.73cm3,吸水率小于2%,棱角性(该词来源于《公路工程集料试验规程》)为36~42s,抗磨耗性(该抗磨耗性具体为微型狄法尔磨耗值,是专门用来评价集料的抗磨耗性能的)为4..0~5.0%,岩性为玄武岩。本发明采用的集料级配组成方案与《公路工程集料试验规程》微型狄法尔试验中的要求相同,使用相同级配的集料进行磨耗试验,结果更具有说服力。表观密度是集料的一项综合性指标,与集料的许多性能都有相关性,在一定范围内,密度越大的集料各项性能就越好,本发明采用的集料与《公路沥青路面施工技术规范》中对建设高速公路所用粗集料的要求相同。吸水率与集料的孔隙率直接相关,孔隙率大的集料耐热性较差,另一方面,有些玄武岩孔隙较多,吸水率偏高,这类玄武岩被禁止作为集料添加到掺有纤维的沥青混合料当中。在棱角性和抗磨耗性上,本发明采用的集料与工程中所使用的集料接近。玄武岩具有良好的抗压性、抗折性、耐磨性、耐腐蚀性,是修筑道路的最好石料,且通过比对试验发现,玄武岩的磨耗值最稳定,重复性和再现性较好,可确保公式(Ⅱ)成立。总之,该集料具有良好且稳定的抗磨耗性能,在密度、棱角性等性能指标上与工程中实际应用的集料颇为接近。
步骤(a)中,烘干的温度为100~110℃。
步骤(c)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,优选为1h,磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min,优选为10min。
步骤(d)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min。
步骤(b)、步骤(c)和步骤(d)中,采用0.15mm冲气筛进行过筛。0.15mm冲气筛的具体设备参数根据《沥青路面用纤维》(JT/T 533-2020)进行设置和选择。
步骤(c)和步骤(d)中,采用微型狄法尔试验仪进行磨耗。微型狄法尔试验仪的具体设备参数根据《沥青路面用纤维》(JT/T 533-2020)进行设置和选择,其他使用到的设备如烘箱、天平等也根据《沥青路面用纤维》(JT/T 533-2020)进行设置和选择。
本发明采用耐磨性较好且性能稳定的集料与纤维同时加热,集料与纤维均符合相应技术要求,然后进行磨耗试验,不仅模拟了纤维在沥青混凝土生产拌合过程中在拌合楼中的状态,而且按照拌合楼的实际拌合温度,模拟了纤维与集料的相互作用,另外在磨耗筒中仅放入磨耗用的集料而不放入纤维,在同样的试验条件下进行磨耗试验作为对照组,通过集料的高温磨耗质量计算出高温磨耗后的集料筛上纤维的剩余质量,此方法使用加热的集料进行磨耗,更加真实的还原了纤维在沥青混合料的生产过程中所经受的作用,可更为精确地评价纤维的耐高温抗磨耗性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明,但绝不是对本发明的限制。
实施例1
一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,所述试验方法包括以下步骤:
(a)取两份纤维试样,分别记为一号纤维试样和二号纤维试样,再取两份集料,分别记为一号集料和二号集料,将两份纤维试样和两份集料分别放入烘箱内烘干至恒重;
(b)将一号纤维试样置于干燥器中冷却至室温,记录质量为m0,再将一号纤维试样过筛,记录筛上一号纤维试样的剩余质量为m0’;
(c)将二号纤维试样和二号集料置于干燥器中冷却到室温,分别记录二号纤维试样的质量为m1,二号集料的质量为m2,再将二号纤维试样和二号集料混合后放入烘箱中加热,加热到要求的温度后立即进行磨耗,收集磨耗后的二号纤维试样和二号集料的混合物,在干燥器中冷却至室温后过筛,记录筛上二号纤维试样和二号集料的混合物的剩余质量为m3’;
(d)将一号集料冷却到室温,记录一号集料的质量为m4,再将一号集料放入烘箱加热,后立即进行磨耗,收集磨耗后的一号集料,在干燥器中冷却至室温后过筛,记录筛上一号集料的剩余质量为m4’;
(e)根据式(Ⅰ)计算未经高温磨耗纤维的通过率P0,根据式(Ⅱ)计算高温磨耗后集料的剩余质量m2’,根据式(Ⅲ)计算高温磨耗后纤维的剩余质量m1’,根据式(Ⅳ)计算高温磨耗后纤维的通过率P1,根据式(Ⅴ)计算高温磨耗后纤维通过率的增加量ΔP,
P0=(m0-m0’)/m0×100% (Ⅰ),
m2’=m4’×m2/m4 (Ⅱ),
m1’=m3’-m2’ (Ⅲ),
P1=(m1–m1’)/m1×100% (Ⅳ),
ΔP=P1-P0 (Ⅴ)。
其中,一号纤维试样和二号纤维试样的质量相同,一号纤维试样的质量为7.5~8.5g,一号集料和二号集料的质量相同,一号纤维试样和一号集料的质量比为1:(125~155),一号集料的质量取为995~1005g,一号集料和二号集料均满足下表1的要求。
表1集料技术要求
步骤(a)中,烘干的温度为100~110℃。
步骤(c)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,优选为1h,磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min,优选为10min。
步骤(d)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,优选为1h,磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min,优选为10min。
步骤(b)、步骤(c)和步骤(d)中,采用0.15mm冲气筛进行过筛。
步骤(c)和步骤(d)中,采用微型狄法尔试验仪进行磨耗。
取絮状纤维A(分成样品1和样品2)进行两次重复试验,其中,絮状纤维A为絮状木质素纤维,性能指标如下:灰分含量:18.5%;吸油率:1.14;长度:1.4mm;pH:6.5;含水率:4.3%。样品1得到的各数据为m0=8.14g、m0’=4.78g、m1=8.06g、m2=998.5g、m3’=999.9g、m4=1001.3g、m4’=999.2g,样品2得到的各数据为m0=7.98g、m0’=4.73g、m1=8.09g、m2=1002.9g、m3’=1004.2g、m4=1001.5g、m4’=999.3g,最终测定结果如表2所示。
实施例2
一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,除一号纤维试样及二号纤维试样选用纤维B以外,其余均与实施例1相同,其中,絮状纤维B为絮状木质素纤维,絮状木质素纤维。性能指标如下:灰分含量:17.5%;吸油率:0.75;长度:1.3mm;pH:7.0;含水率:4.7%。样品1得到的各数据为m0=8.20g、m0’=5.05g、m1=8.31g、m2=998.2g、m3’=1000.1g、m4=997.4g、m4’=995.3g,样品2得到的各数据为m0=7.87g、m0’=4.90g、m1=8.17g、m2=999.1g、m3’=1001.0g、m4=1002.8g、m4’=1000.7g,测定结果如表2所示。
表2实施例1和实施例2的结果一览表
对比例1
一种现有的絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,具体为:
(A)取两份纤维试样,分别记为一号纤维试样和二号纤维试样,将两份纤维试样分别放入烘箱内烘干至恒重;
(B)将一号纤维试样置于干燥器中冷却至室温,记录质量为m0,再将一号纤维试样过筛,记录筛上一号纤维试样的剩余质量为m0’;
(C)将二号纤维试样置于干燥器中冷却至室温,记录质量为m1,再将二号纤维试样放入烘箱中加热,取出后立即与钢珠混合进行磨耗,收集磨耗后的二号纤维试样,再在干燥器中冷却至室温后过筛,记录筛上二号纤维试样的剩余质量为m1’;
(D)根据式(Ⅰ’)计算未经高温磨耗纤维的通过率P0,根据式(Ⅱ’)计算高温磨耗后纤维的通过率P1。根据式(Ⅲ’)计算高温磨耗后纤维通过率的增加量ΔP。
P0=(m0-m0’)/m0×100% (Ⅰ’),
P1=(m1-m1’)/m1×100% (Ⅱ’),
ΔP=P1-P0 (Ⅲ’)。
其中,一号纤维试样和二号纤维试样的质量相同,一号纤维试样的质量为7.5~8.5g。
步骤(A)中,烘干的温度为100~110℃。
步骤(C)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,优选为1h。磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min,优选为10min。磨耗试验采用微型狄法尔试验仪进行,所用钢珠的直径为9.5~10.5mm,由磁性不锈钢制成,总质量为1245~1255g。
步骤(B)和步骤(C)中,采用0.15mm冲气筛进行过筛。
取絮状纤维A(分成样品1和样品2)进行两次重复试验,其中,样品1得到的各数据为m0=8.37g、m0’=4.93g、m1=8.02g、m1’=3.95g,样品2得到的各数据为m0=7.74g、m0’=4.53g、m1=8.21g、m1’=3.93g,最终测定结果如表3所示。
对比例2
一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,除一号纤维试样及二号纤维试样选用纤维B外,其余均与对比例1相同,其中,样品1得到的各数据为m0=8.18g、m0’=5.06g、m1=7.93g、m1’=4.14g,样品2得到的各数据为m0=8.05g、m0’=5.02g、m1=8.01g、m1’=4.25g,最终测定结果如表3所示。
表3对比例1和对比例2的结果一览表
比较表2和表3,可看到,两种方法的鉴别结果都是纤维B的耐高温抗磨耗性能优于A,但是在现有的试验方法下二者差别不大。但是在本发明的试验方法下,二者的差异更加显著,两种纤维平均通过率增加值的差值由0.6%上升至2.3%,说明纤维A在真实的沥青混凝土生产过程中,有效成分损失的更多。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例作出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,所述试验方法包括以下步骤:
(a)取两份纤维试样,分别记为一号纤维试样和二号纤维试样,再取两份集料,分别记为一号集料和二号集料,将两份纤维试样和两份集料分别烘干至恒重;
(b)将一号纤维试样冷却至室温,记录质量为m0,再将一号纤维试样过筛,记录筛上一号纤维试样的剩余质量为m0’;
(c)将二号纤维试样和二号集料冷却到室温,分别记录二号纤维试样的质量为m1,二号集料的质量为m2,再将二号纤维试样和二号集料混合进行加热,后进行磨耗,收集磨耗后的二号纤维试样和二号集料的混合物,冷却至室温后过筛,记录筛上二号纤维试样和二号集料的混合物的剩余质量为m3’;
(d)将一号集料冷却到室温,记录一号集料的质量为m4,再将一号集料加热,后进行磨耗,收集磨耗后的一号集料,冷却至室温后过筛,记录筛上一号集料的剩余质量为m4’;
(e)根据式(Ⅰ)计算未经高温磨耗纤维的通过率P0,根据式(Ⅱ)计算高温磨耗后集料的剩余质量m2’,根据式(Ⅲ)计算高温磨耗后纤维的剩余质量m1’,根据式(Ⅳ)计算高温磨耗后纤维的通过率P1,根据式(Ⅴ)计算高温磨耗后纤维通过率的增加量ΔP,
P0=(m0-m0’)/m0×100% (Ⅰ),
m2’=m4’×m2/m4 (Ⅱ),
m1’=m3’-m2’ (Ⅲ),
P1=(m1–m1’)/m1×100% (Ⅳ),
ΔP=P1-P0 (Ⅴ)。
2.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,所述一号纤维试样和二号纤维试样的质量相同。
3.根据权利要求2所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,所述一号纤维试样的质量为7.5~8.5g。
4.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,所述一号集料和二号集料的质量相同。
5.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,所述一号纤维试样和一号集料的质量比为1:(125~155)。
6.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,所述一号集料和二号集料中均含有以下不同粒径的颗粒:粒径为13.2mm~16.0mm的颗粒1、粒径为9.5mm~13.2mm的颗粒2以及粒径为4.75mm~9.5mm的颗粒3,所述颗粒1、颗粒2和颗粒3的质量比为(0.5~1.5):(0.5~1.5):2,
所述一号集料和二号集料的表观密度为2.63~2.73g/cm3,吸水率小于2%,棱角性为36~42s,抗磨耗性为4..0~5.0%,岩性为玄武岩。
7.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,步骤(a)中,烘干的温度为100~110℃。
8.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,步骤(c)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min;
步骤(d)中,加热的温度为205~215℃,加热的时间为0.8~1.2h,磨耗的转速95~105r/min,磨耗的时间为8~12min。
9.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,步骤(b)、步骤(c)和步骤(d)中,采用0.15mm冲气筛进行过筛。
10.根据权利要求1所述的一种絮状纤维的耐高温抗磨耗性能试验方法,其特征在于,步骤(c)和步骤(d)中,采用微型狄法尔试验仪进行磨耗。
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