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        不同礦物油對(duì)木質(zhì)素纖維吸油率測(cè)試結(jié)果影響分析

        2021-01-08 02:38:12
        石油瀝青 2020年6期
        關(guān)鍵詞:絮狀礦物油標(biāo)號(hào)

        (上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司,上海 200092)

        瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)有很多,包括沒(méi)有收縮縫,抗滑性能比較好、行車(chē)噪聲很低、養(yǎng)護(hù)起來(lái)也很方便,所以在公路建設(shè)里應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)前交通流量和重載交通迅速增加,使瀝青路面早期就容易發(fā)生車(chē)轍、松散和裂縫的問(wèn)題,使得瀝青路面應(yīng)用性能上受到了一定程度的影響,同時(shí)也增加了瀝青路面前期的養(yǎng)護(hù)成本。

        為了讓瀝青路面的使用性能不斷提高,可以利用纖維材料的添加,幫助瀝青混合料性能得到改善。目前,在工程上較為普遍使用的有木質(zhì)素纖維、礦物纖維、合成聚合物纖維等,尤其是木質(zhì)素纖維,因其物理力學(xué)性能好,又非常環(huán)保,在工程實(shí)施時(shí)使用的較多。對(duì)于木質(zhì)素纖維而言,在瀝青混合料拌和過(guò)程中,它還能夠形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有加筋、吸油、增黏、防析的效用,不僅能夠讓瀝青混合料的力學(xué)性能得以提高,而且還具有耐高濕、抗疲勞的功能。木質(zhì)素纖維功能很強(qiáng)大,主要有吸收油分的作用,這是因?yàn)槠溆形⒂^多孔結(jié)構(gòu),促使其可以讓混合料中“自由瀝青”的含量得到減少?,F(xiàn)在很多研究人員都在研究木質(zhì)素纖維類(lèi)型、木質(zhì)素纖維摻量、木質(zhì)素纖維的長(zhǎng)度對(duì)瀝青混合料性能的影響,很少有研究木質(zhì)素纖維吸油率的問(wèn)題。而木質(zhì)素纖維“吸油率”不小于纖維質(zhì)量的5 倍,這也是現(xiàn)行JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的具體規(guī)定。所以,必須在木質(zhì)素纖維“吸油率”指標(biāo)上做好嚴(yán)控,這是確保木質(zhì)素纖維瀝青混合料性能的主要因素所在。

        然而,現(xiàn)行規(guī)范對(duì)礦物油品種和標(biāo)號(hào)沒(méi)有做詳細(xì)規(guī)定說(shuō)明,這給工程應(yīng)用中的纖維材料選擇造成了一定困擾。本文通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析,全面研究目前公路工程常用纖維品種(絮狀和粒狀木質(zhì)素纖維)對(duì)不同類(lèi)型和標(biāo)號(hào)礦物油(硅油和煤油)的“吸油率”的影響規(guī)律,從而為統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和控制技術(shù)指標(biāo)提供一定參考。

        1 試驗(yàn)材料及方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        (1)礦物油-硅油:考慮到本次研究的目的,采用廣泛應(yīng)用的甲基硅油(美國(guó)道康寧PMX-200 二甲基硅油),按黏度分級(jí)有10 cs、100 cs 、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs 等,數(shù)值越大,硅油越黏稠,10 cs 接近于水的濃度,350 cs 接近于食用油濃度,1 000 cs 接近于蜂蜜濃度。

        (2)礦物油-煤油:用途不同的煤油,化學(xué)成分也有所不同。而且即使是同一種煤油,因?yàn)橹迫〉姆椒ê彤a(chǎn)地的不同,在煤油理化性質(zhì)上也不同。實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn),航空煤油密度剛好不容易產(chǎn)生結(jié)焦,又有低溫流動(dòng)性好的優(yōu)勢(shì)。所以,在熱安定性以及抗氧化安定性方面也很好,除了潔凈度很高以外,還沒(méi)有有害性的物質(zhì),機(jī)械雜質(zhì)和水分都沒(méi)有。

        (3)木質(zhì)素纖維:為了進(jìn)一步保證研究的有效性,選擇了包括不同廠家、不同類(lèi)型的木質(zhì)素纖維 16 個(gè)樣品。

        1.2 試驗(yàn)方法比選

        關(guān)于瀝青混合料中使用木質(zhì)素纖維吸油率指標(biāo)的測(cè)試方法(所用礦物油)在不同的標(biāo)準(zhǔn)中各有闡述,現(xiàn)將各種具體敘述匯總?cè)绫?所示。

        在上述各標(biāo)準(zhǔn)中所使用的礦物油有硅油和煤油兩種,但沒(méi)有強(qiáng)制性規(guī)定礦物油品種,因此這兩種油對(duì)測(cè)試的結(jié)果有沒(méi)有影響不得而知。綜合考慮各種方法的特點(diǎn),本文“吸油率”測(cè)試統(tǒng)一采用JT/T 533—2004《瀝青路面用木質(zhì)素纖維》中規(guī)定的操作步驟。

        1.3 試驗(yàn)方案

        為研究不同礦物油對(duì)木質(zhì)素纖維的“吸油率”影響規(guī)律,采用兩種不同的礦物油,即硅油和煤油,同一木質(zhì)素纖維樣品,用不同礦物油測(cè)試“吸油率”的指標(biāo),再根據(jù)結(jié)果找出不同的礦物油對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響規(guī)律。

        (1)試驗(yàn)采用6 個(gè)絮狀的樣品和10 個(gè)顆粒狀的樣品。

        (2)準(zhǔn)備礦物油,包括煤油和硅油,由于硅油具有較多不同黏度等級(jí)的產(chǎn)品,因此,本次研究準(zhǔn)備了1 個(gè)煤油樣品,6 個(gè)硅油樣品(10cs、100 cs、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs)。

        (3)顆粒狀樣品首先采用小型粉碎機(jī)打散成松散狀態(tài),再進(jìn)行試驗(yàn)。

        (4)每個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)取兩個(gè)平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 試驗(yàn)結(jié)果

        “吸油率”指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。其中,6號(hào)和11 號(hào)樣品在使用1 000 cs、5 000 cs 規(guī)格的硅油進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),硅油與木質(zhì)素纖維混合后比較黏稠,從而造成兩者分離困難,故在后面的數(shù)據(jù)分析中,這兩組數(shù)據(jù)將不參與試驗(yàn)結(jié)果的分析。

        2.2 結(jié)果分析

        對(duì)表2 中的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行歸納分析可知:

        (1)使用煤油時(shí),10 個(gè)顆粒狀的木質(zhì)素纖維的吸油率平均值為4.7,6 個(gè)絮狀木質(zhì)素纖維的吸油率平均值為6.3,因此絮狀木質(zhì)素纖維的吸油率是顆粒狀木質(zhì)素纖維的吸油率的1.34 倍,這主要是由于顆粒狀樣品中已經(jīng)預(yù)拌部分瀝青或制粒劑等。

        (2)對(duì)于不同標(biāo)號(hào)(10 ~500 cs)的硅油,木質(zhì)素纖維的吸油率測(cè)試結(jié)果隨著硅油標(biāo)號(hào)的增加而增加,主要原因是標(biāo)號(hào)越大,其黏度越高,硅油與纖維分離越困難。

        不同礦物油在使用的時(shí)候,都要考慮到“吸油率”指標(biāo),這也是用好絮狀木質(zhì)纖維和顆粒狀木質(zhì)纖維的關(guān)鍵。所以要實(shí)現(xiàn)二者有效、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換,這里將木質(zhì)素纖維對(duì)煤油的吸油率均設(shè)為1,不同類(lèi)型木質(zhì)素纖維對(duì)硅油的(各標(biāo)號(hào))吸油率與煤油的吸油率的按照相應(yīng)比例進(jìn)行變換,以便建立有效的轉(zhuǎn)換公式,同一標(biāo)準(zhǔn)。不同類(lèi)型木質(zhì)素纖維對(duì)硅油的(各標(biāo)號(hào))吸油率與煤油的吸油率的比值分別如表3 和表4所示。

        表2 木質(zhì)素纖維吸油率測(cè)試結(jié)果匯總表(倍數(shù))

        表3 木質(zhì)素纖維對(duì)硅油和煤油吸油率倍數(shù)關(guān)系(粒狀)

        表4 木質(zhì)素纖維對(duì)硅油和煤油吸油率倍數(shù)關(guān)系(絮狀)

        根據(jù)不同標(biāo)號(hào)硅油測(cè)得結(jié)果比值的平均值與煤油為1 進(jìn)行回歸分析,可分別得到不同類(lèi)型木質(zhì)素纖維對(duì)礦物油的吸油率關(guān)系曲線,如圖1所示。

        圖1 不同礦物油與纖維吸油率指標(biāo)關(guān)系

        由上述試驗(yàn)所測(cè)的數(shù)據(jù)擬合成模型方程分別為:

        R20.969

        R20.971

        式中:的取值范圍為2 ~5(10 cs、100 cs、350 cs、500 cs),當(dāng)選擇四種硅油中任一種測(cè)試時(shí),所得的吸油率應(yīng)該是選擇煤油時(shí)的 倍。

        根據(jù)圖1 中兩條回歸直線(或兩回歸方程的斜率)可知:木質(zhì)素纖維吸油率隨硅油標(biāo)號(hào)增大而線性增加,絮狀纖維受硅油標(biāo)號(hào)影響比粒狀纖維更加顯著。

        3 結(jié)論

        本研究對(duì)10 個(gè)粒狀木質(zhì)素纖維樣品、6 個(gè)絮狀木質(zhì)素纖維樣品、1 種煤油、6 種不同規(guī)格硅油進(jìn)行了纖維吸油率指標(biāo)測(cè)試,通過(guò)分析得到如下結(jié)論:

        a)由于顆粒狀樣品中已經(jīng)預(yù)拌部分瀝青或制粒劑等,絮狀木質(zhì)素纖維的吸油率明顯大于顆粒狀纖維的吸油率,建議兩種纖維的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該加以區(qū)分;

        b)對(duì)于不同標(biāo)號(hào)(10 ~500 cs)的硅油,絮狀和粒狀木質(zhì)素纖維吸油率均隨硅油標(biāo)號(hào)增加而增加,絮狀纖維受硅油標(biāo)號(hào)影響比粒狀纖維更加顯著。

        c)礦物油品種和標(biāo)號(hào)對(duì)木質(zhì)素纖維吸油率的測(cè)試結(jié)果影響顯著,建議測(cè)試規(guī)程中應(yīng)對(duì)礦物油品種和標(biāo)號(hào)進(jìn)行規(guī)定說(shuō)明。

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