玻璃纖維格柵瀝青涂層的工藝研究

馬志鵬 張?jiān)倥d 王春霞

(1.鹽城工學(xué)院紡織服裝學(xué)院，鹽城，224051;2.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織化學(xué)工程系，常州，213164)

原有城市道路多為混凝土路面，隨著使用年限增長(zhǎng)，道路交通量和汽車載重的增大，加之更換城市道路下鋪設(shè)掩埋的雨水污水管道，對(duì)舊水泥路面結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，如何修復(fù)城市道路成為一個(gè)迫切需要解決的問題。作為城市主要干線，傳統(tǒng)的打板重做路面不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且群眾意見很大。瀝青路面具有平整度好、噪聲低、揚(yáng)塵少等優(yōu)點(diǎn)，在舊混凝土路面上加鋪瀝青罩面層是一種改善其使用性能的有效措施，但在瀝青加鋪層中出現(xiàn)反射裂縫是需要解決的主要問題［1-3］。

玻璃纖維因其理化性能穩(wěn)定、強(qiáng)度大、模量高、耐磨性和耐寒性優(yōu)異、熱穩(wěn)定性好，并且可提高瀝青混合料的承重能力，被廣泛用于城市道路中。為保護(hù)玻璃纖維和提高整體使用性能，以玻璃纖維無(wú)堿無(wú)捻粗紗為主要原料，采用一定的編織工藝制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，經(jīng)過特殊的涂覆處理工藝而形成新型優(yōu)良的土工基材——玻璃纖維格柵。在城市道路中使用玻璃格柵，綜合造價(jià)低，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用低，社會(huì)效益明顯，施工工藝容易掌握，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。加入玻璃纖維格柵的瀝青混凝土道路結(jié)構(gòu)層，能有效地減小瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)厚度，從而降低工程成本;同時(shí)能延長(zhǎng)道路使用年限，降低道路的維護(hù)費(fèi)用及使用成本［4-6］。

本文擬將瀝青、乳化劑和水的混合液涂覆于玻璃纖維表面。為獲得較合理的拉伸斷裂強(qiáng)力，探究瀝青、乳化劑和水的最佳配比及涂層的最佳工藝。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

線密度為1 500 tex的玻璃長(zhǎng)絲束、瀝青和乳化劑。

1.2 試驗(yàn)方案

采用配方均勻設(shè)計(jì)分析瀝青、乳化劑和水的最佳配比，配方均勻設(shè)計(jì)表見表1。采用正交試驗(yàn)分析瀝青涂層的最佳工藝，因素水平見表2，由于本試驗(yàn)是一個(gè)3因素3水平試驗(yàn)，故選擇L9(34)正交表來(lái)安排試驗(yàn)［7］。

1.3 瀝青涂層處理

根據(jù)瀝青、乳化劑和水的配比，配制涂層液50 g，將玻璃纖維放入涂層液中浸泡一定時(shí)間后取出，放入一定溫度的烘箱中烘焙一定時(shí)間。

分析瀝青、乳化劑和水的最佳配方時(shí)，烘焙時(shí)間為10 min，烘焙溫度為130℃。每種涂層工藝制備10個(gè)試樣。

表1 配方均勻設(shè)計(jì)表

表2 因素水平表

1.4 拉伸性能測(cè)試

為了防止拉伸時(shí)在夾頭處斷裂，使用鋁箔片和AB膠將玻璃纖維的兩端固定在31 cm×3 cm長(zhǎng)方形紙片上(見圖1)。紙片兩端各打一個(gè)圓孔。采用Hiok-S型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)Hounsfiec公司)進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。

圖1 玻璃長(zhǎng)絲束拉伸試樣

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層液的最佳配比分析

玻璃長(zhǎng)絲束的斷裂強(qiáng)力為517 N，瀝青涂層玻璃長(zhǎng)絲束的斷裂強(qiáng)力見表3。涂層對(duì)玻璃長(zhǎng)絲束斷裂強(qiáng)力影響的單因素試驗(yàn)方差分析結(jié)果見表4。從F 分布表中查得 F0.01(1，16)=8.53，F(xiàn)=41.072 54＞8.53，所以涂層對(duì)玻璃纖維的斷裂強(qiáng)力有非常顯著的影響［7］。涂層后玻璃纖維的斷裂強(qiáng)力提高60%左右。

表3 配方均勻設(shè)計(jì)結(jié)果分析

表4 涂層對(duì)玻璃長(zhǎng)絲束斷裂強(qiáng)力影響的分析

由于配方均勻設(shè)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)分布得比較均勻，所以可以通過表4進(jìn)行直觀分析，結(jié)合實(shí)際情況直接選用其中較好的試驗(yàn)點(diǎn)作為最優(yōu)配方［7］。涂層液的配比因素初步選3、5、6三種水平進(jìn)行涂層最佳工藝研究。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 涂層的最佳工藝分析

根據(jù)極差R的大小，影響因素的主次順序?yàn)?配比，烘焙溫度，烘焙時(shí)間。

指標(biāo)值越大越好，所以應(yīng)選擇配比、烘焙溫度、烘焙時(shí)間的 K1、K2、K3(或 k1、k2、k3)中最大值對(duì)應(yīng)的那個(gè)水平。

由表5可知，配比列:K2＞K3＞K1;烘焙溫度列:K1＞K3＞K2;烘焙時(shí)間列:K3＞K2＞K1。所以，最優(yōu)方案為 A2B1C3，即瀝青、乳化劑、水配比為0.198∶0.745∶0.057;烘焙溫度為 110 ℃;烘焙時(shí)間為30 min。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)瀝青涂層對(duì)玻璃長(zhǎng)絲束的斷裂強(qiáng)力有顯著的影響，涂層后，玻璃長(zhǎng)絲束的斷裂強(qiáng)力大大增加。

(2)涂層的最佳工藝:瀝青、乳化劑、水配比為0.198∶0.745∶0.057;烘焙溫度為 110 ℃;烘焙時(shí)間為30 min。

［1］ 張艷鋒，劉開平.玻璃纖維土工格柵在公路工程中的應(yīng)用［J］.華東公路，2007(1):64-66.

［2］ 李川東.玻璃纖維格柵在舊路改造中的應(yīng)用［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007(4):99-101.

［3］ 李文科.玻纖格柵在防治瀝青路面反射裂縫中的應(yīng)用［J］.黑龍江交通科技，2011(3):49-51.

［4］ 危良才.國(guó)內(nèi)外玻璃纖維制品生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向［J］.纖維復(fù)合材料，2005(2):61-66.

［5］ 郝瑞棟.玻纖格柵的性能和應(yīng)用［J］.交通世界，2010(11):261-262.

［6］ 李海鷹，陳南梁.玻璃纖維經(jīng)編土工格柵介紹及拉伸性能的研究［J］.中國(guó)紡織大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，26(4):38-40.

［7］ 李云雁，胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.