一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法
【專利摘要】一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，將長度分別為30mm、60mm、120mm的玻璃纖維，按（0.3～0.4）:1:（0.3～0.4）的質(zhì)量比摻配，得到混合玻璃纖維；首先在路面上撒布一層改性乳化瀝青，然后撒鋪混合玻璃纖維，之后再撒布一層改性乳化瀝青，最后撒布一層碎石，然后碾壓平整。本發(fā)明通過將不同長度的玻璃纖維進行摻配，得到混合玻璃纖維，所得到的混合玻璃纖維分布均勻，纖維交叉相連，從而有效的分散集中應力的作用的外力，提高封層材料的抗裂性能。本發(fā)明混合玻璃纖維在纖維碎石封層中的分布均勻，避免了結(jié)團現(xiàn)象，形成良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有良好的承受外力的作用。本發(fā)明制備的纖維瀝青碎石封層具有良好的防水性。
【專利說明】一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于公路養(yǎng)護領(lǐng)域，具體涉及一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維碎石封層主要用于普通公路浙青路面預防性養(yǎng)護及中修的表面磨耗層，各級公路浙青路面新建、大修及水泥混凝土路面加鋪浙青路面的應力吸收中間層或下封層，浙青混凝土橋面鋪裝的防水層以及低等級公路(特別是鄉(xiāng)村公路)的面層。其中作為浙青路面預防性養(yǎng)護或中修的表面磨耗層和應力吸收中間層，應用最為普遍?，F(xiàn)有纖維碎石封層施工時，經(jīng)過專門工藝切割成一定長度的纖維，在上、下兩層浙青結(jié)合料中呈亂向均勻分布并相互搭接，與浙青混合料形成了網(wǎng)絡纏繞結(jié)構(gòu)，類似一層具有高彈性和高強度的防護網(wǎng)，可有效提高纖維碎石封層的抗拉、抗剪、抗壓和抗沖擊強度等綜合力學性能?，F(xiàn)有的纖維碎石封層配合比設(shè)計材料主要有改性乳化浙青、碎石以及纖維?，F(xiàn)有的纖維切割的長度應根據(jù)原路面病害類型及程度、乳化浙青類型及用量、纖維碎石封層厚度、碎石用量、交通量類型及大小等因素綜合確定，一般為30?120_，均采用單一長度的纖維。
[0003]但是使用單一長度的纖維，對于施工的和易性較差，在施工過程中容易造成噴灑不均勻，造成在封層中纖維造成結(jié)團現(xiàn)象，結(jié)團后的纖維會造成路面不平整，難以與浙青不能夠形成連續(xù)穩(wěn)定的致密層，在行車荷載作用下，水將會進入到纖維浙青碎石封層和舊路之間，從而使舊路與纖維浙青碎石封層的粘結(jié)力下降，影響道路使用壽命。纖維的長度是影響封層使用性能的重要因素，纖維長度太短.其加筋穩(wěn)定及增韌阻裂作用將被減弱，纖維增強的性能得不到充分利用，從而影響纖維碎石封層的整體力學性能:但如果纖維長度太長，將增加切割的難度，難以保證撒布的均勻性及亂向分布，也將影響其性能的發(fā)揮和整體的力學性能。由此結(jié)合集料的級配設(shè)計理論，對纖維進行級配設(shè)計，使在浙青裹敷作用下的纖維相互交叉形成良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，更好的保證纖維在浙青碎石封層發(fā)揮作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其具有較好的力學性能。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]I)混合玻璃纖維的配制
[0007]將長度分別為30mm、60mm、120mm的玻璃纖維按(0.3?0.4):1: (0.3?0.4)的
質(zhì)量比摻配，得到混合玻璃纖維；
[0008]2)首先在路面上撒布一層改性乳化浙青，然后撒鋪混合玻璃纖維，之后再撒布一層改性乳化浙青，最后撒布一層碎石，然后碾壓平整。
[0009]所述步驟I)中玻璃纖維為噴射用無捻粗紗型玻璃纖維，且噴射用無捻粗紗型玻璃纖維的直徑為12?23 μ m，特克斯數(shù)為150?9600tex。
[0010]所述步驟2)中的碎石為玄武巖或輝綠巖,碎石粒徑為3?6mm或6?10mm。[0011]所述步驟2)中改性乳化浙青的灑布量為1.9kg/m2 ;碎石的撒布量為8kg/m2 ;混合玻璃纖維的灑布量為75g/m2。
[0012]所述步驟2)的碾壓采用6?8t膠輪壓路機進行，且碾壓初始速度小于等于2km/h0
[0013]所述步驟2)中改性乳化浙青的制備方法如下:
[0014]1.皂液的配制:
[0015]首先將乳化劑、穩(wěn)定劑和水加入到皂液配制罐中，并加熱至70 V?80°C，然后向皂液配制罐中加入水，攪拌均勻后將溫度調(diào)節(jié)至60°C?70°C，再將改性劑加入皂液配制罐中，調(diào)節(jié)pH值為5?6，并在60°C?70°C下保溫，得到皂液；其中，乳化劑的加入量占水總質(zhì)量的1% ;穩(wěn)定劑的加入量占水總質(zhì)量的0.2% ;改性劑的加入量占水總質(zhì)量的5% ；
[0016]I1.浙青的加熱:將浙青加熱至120°C?130°C并保溫，得到熱處理后的浙青；
[0017]II1.制備改性乳化浙青:首先將皂液加入膠體磨中，然后在攪拌下向膠體磨中加入熱處理后的浙青，經(jīng)過膠體磨的研磨、混勻，得到改性乳化浙青；其中，熱處理后的浙青與皂液的質(zhì)量比為65:35。
[0018]所述pH值是采用鹽酸進行調(diào)節(jié)的。
[0019]所述的乳化劑為季銨鹽型陽離子乳化劑；改性劑為陽離子SBR膠乳；穩(wěn)定劑為氯化銨。
[0020]所述季銨鹽型陽離子乳化劑為JY-Rl型陽離子快裂浙青乳化劑或美國維實偉克63D乳化劑。
[0021]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的有益效果:
[0022]本發(fā)明通過將不同長度的玻璃纖維進行摻配，得到混合玻璃纖維，所得到的混合玻璃纖維分布均勻，纖維交叉相連，形成一個良好的受力作用區(qū)，從而有效的分散集中應力的作用的外力，提高封層材料的抗裂性能。
[0023]本發(fā)明混合玻璃纖維在纖維碎石封層中的分布均勻，避免了結(jié)團現(xiàn)象，使之交叉相連，形成良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有良好的承受外力的作用。本發(fā)明制備的纖維浙青碎石封層具有良好的防水性。
[0024]纖維浙青碎石封層施工沒有了浙青、纖維、骨料的攪拌過程，這樣可以形成連續(xù)均勻的浙青纖維薄膜，同時，流動性良好的改性乳化浙青結(jié)合料順利滲入表面細微裂縫深處，保證了封層具有優(yōu)良的整體防水性能，非常適合我國南方地區(qū)降水多、雨季長的氣候特點。
[0025]本發(fā)明采用不同長度的玻璃纖維制備的纖維碎石封層具有提高浙青路面的抗裂性能、有效減少路面反射裂縫的功能。本發(fā)明采用級配理論制備的纖維碎石封層的整體力學特征是柔性的，提供了良好的抗變形能力，能大幅度提高半剛性基層浙青路面的抗裂性能，有效減少路面反射裂縫。同時，本發(fā)明也是一種薄層浙青路面，既可作為薄層路面結(jié)構(gòu)層使用，又可作為路面結(jié)構(gòu)的應力吸收層，吸收部分行車荷載產(chǎn)生的應力，延緩路面產(chǎn)生破壞的時間。
[0026]本發(fā)明提供一種能夠滿足工程要求的、具有可操作性的、纖維碎石封層中對級配纖維較為完善的方法，該方法能夠保證混合玻璃纖維(即級配纖維)具有較好的均勻性和良好的力學性能；該方法不僅為級配纖維的應用提供技術(shù)支持，而且對相關(guān)理論的完善提供參考。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用單一粒徑的玻璃纖維的纖維碎石封層施工性能差，玻璃纖維分布不均勻，結(jié)構(gòu)體不密實的問題。
[0027]進一步的，本發(fā)明制備的改性乳化浙青儲存穩(wěn)定性良好、固含量高、粘度大的特點，彌補了改性乳化浙青穩(wěn)定性較差，乳液易離析、沉淀，易形成分離層的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為不同長度的纖維摻量下剪切強度及拉伸強度對比。
[0029]圖2為剪切試驗工作原理圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0031]本發(fā)明包括以下步驟:
[0032]I)改性乳化浙青的配制
[0033]1.皂液的配制:
[0034]首先將乳化劑、穩(wěn)定劑和水加入到皂液配制罐中，并加熱至70 V?80°C，然后向皂液配制罐中加入水,均勻攪拌并調(diào)節(jié)溫度至60°C?70°C，再將改性劑加入皂液配制罐中，并用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為5?6，并在60°C?70°C下保溫，得到皂液；其中，乳化劑的加入量占水總質(zhì)量的1% ;氯化銨的加入量占水總質(zhì)量的0.2% ;陽離子SBR膠乳的加入量占水總質(zhì)量的5%。
[0035]I1.浙青的加熱:將浙青加熱至120°C?130°C并保溫，得到熱處理后的浙青；
[0036]II1.制備改性乳化浙青:首先將皂液加入膠體磨中，然后在攪拌下向膠體磨中加入熱處理后的浙青，經(jīng)過膠體磨的研磨、混勻，得到改性乳化浙青；其中熱處理后的浙青與皂液的質(zhì)量比為65:35 ;其中，乳化劑為季銨鹽型陽離子乳化劑，優(yōu)選金陽JY-Rl型陽離子快裂浙青乳化劑或美國維實偉克63D乳化劑；改性劑為陽離子SBR膠乳；穩(wěn)定劑為氯化銨。
[0037]2)碎石的選擇
[0038]纖維浙青碎石封層所用碎石應選擇潔凈、與浙青粘附性好的碎石，且纖維碎石封層作為浙青路面的罩面，其撒鋪的碎石要具有很高的耐磨性。常用碎石規(guī)格為3?6_、6?10_，采用單一粒徑的碎石，具體所用石料的規(guī)格應根據(jù)原路面路況、交通荷載和施工結(jié)構(gòu)綜合考慮確定。另外，根據(jù)多方面的研究及工程實例，在條件許可的條件下，應盡量選擇潔凈的玄武巖作為纖維浙青碎石封層的碎石。若當?shù)貨]有玄武巖時，也可以選擇潔凈的輝綠巖，應盡量避免使用花崗巖和石灰?guī)r。
[0039]對于碎石用量的確定，本發(fā)明采用清掃試驗的方法進行確定，主要考慮交通量的大小、原路面的硬度以及所選碎石粒徑的大小等因素，在確定碎石用量的時候，應當保證碎石的覆蓋率達到100%，并且相互之間能夠緊密相接。
[0040]3)混合玻璃纖維的配制
[0041]本發(fā)明中混合玻璃纖維的配制即玻璃纖維的選擇及級配尺寸的確定，具體為采用級配玻璃纖維的理論，即采用不同長度的纖維進行摻配的理論，考慮纖維碎石封層中粘結(jié)劑使用的是改性乳化浙青，對纖維的耐熱性要求不高，而且根據(jù)不同長度的玻璃纖維的性能優(yōu)異以及經(jīng)濟造價等方面的因素選用玻璃纖維作為浙青碎石封層所用的級配纖維。
[0042]本發(fā)明采用的噴射用無捻粗紗型玻璃纖維，它由多股原絲絡制而成，每股原絲含200根玻璃纖維單絲，玻璃纖維直徑12?23 μ m，特克斯數(shù)150?9600tex(g/km)。采用的玻璃纖維的長度為30mm、60mm、120mm,具體各長度的摻量根據(jù)剪切試驗、動水壓力試驗和板
帶拉伸試驗確定。
[0043]級配纖維各長度用量的確定:
[0044]本發(fā)明中選用實驗室剪切試驗和拉伸試驗作為檢驗纖維浙青碎石封層中不同長度纖維用量對路用性能的影響。本發(fā)明中纖維最佳用量為75g/m2。首先，確定纖維用量，之后進行30mm、60mm、120mm的纖維按不同的比例進行拌合,制作清掃試驗試件、剪切試件、動水壓力試件及拉伸試驗的試件，然后根據(jù)清掃試驗、剪切試驗、動水壓力試驗及拉伸試驗的結(jié)果分析得出最優(yōu)的不同纖維摻量的比例，以此來確定的各長度纖維的用量。
[0045]1.清掃試驗的具體過程為:
[0046]a)試件的制作
[0047]①將油毛氈剪成直徑286mm的圓片形狀，并把油毛氈上的灰塵擦干凈，得到油毛氈圓片；
[0048]②將作為圓形模板(300mmX300mmX6mm(厚)的塑料板，中間有一直徑為279mm的圓孔)放在平整的油毛氈圓片上并居中；
[0049]③首先撒布一層改性乳化浙青，然后撒鋪混合玻璃纖維，之后再撒布一層改性乳化浙青，最后均勻的撒布碎石，試件成型完畢，去掉圓形模板；
[0050]④用IOkg的物體對試件進行壓實，壓實3分鐘即可；
[0051]⑤待改性乳化浙青完全破乳后，清掃掉試件浮層碎石，即可進行清掃試驗。
[0052]清掃試驗采用濕輪磨耗儀進行試驗，但要將原來的橡膠管磨耗頭換成自制的清掃刷(市面上可以買到的鐵或塑料刷子)。
[0053]b)試驗過程
[0054]試驗時，把裝有試件的盛樣盤固定在磨耗儀升降臺上，提升平臺并鎖住，保證試件與清掃刷接觸。開動濕輪磨耗儀后，清掃時間為5分鐘，清掃面積為直徑IOcm的圓形面積，然后稱取掃落碎石的質(zhì)量，按照清掃面積計算脫石率。
[0055]2.剪切試驗的具體過程為:
[0056]I)試件的制作
[0057]①將小馬歇爾試件擦洗干凈并且烘干備用；
[0058]②首先把不同比例的纖維進行拌合，然后按照一層改性乳化浙青加一層玻璃纖維加一層乳化浙青的方式，撒布改性乳化浙青和纖維，然后將另一個小馬歇爾試件壓在鋪有纖維浙青薄膜的馬歇爾試件上，并且保證接觸面干凈無灰塵；
[0059]③然后用重5kg的物體進行靜止壓實3分鐘，保證兩個馬歇爾試件能夠通過纖維浙青薄膜充分粘結(jié)；
[0060]④對試件進行養(yǎng)生，一般為五天后，待改性乳化浙青完全破乳進行剪切試驗。
[0061]2)試驗過程
[0062]剪切試驗采用層間剪切試驗儀，剪切試驗工作原理如圖2所示:
[0063]試驗過程為:逐漸增加水平推力，試件發(fā)生破壞(即粘接層破壞)時即為試件的剪切強度
[0064]3.板帶拉伸試驗:[0065]I)試件的制作
[0066]①將事先準備好的玻璃板擦洗干凈并烘干；
[0067]②在玻璃板上涂上隔離劑，方便試件的成型；
[0068]③將改性乳化浙青和纖維按照一層改性乳化浙青加一層玻璃纖維加一層乳化浙青的方式，先后灑布在涂有隔離劑的玻璃板上；
[0069]④將試件從玻璃板上脫模，然后將脫模下來的纖維浙青板剪為10cmX8cm的板帶;
[0070]2)試驗過程
[0071]板帶拉伸試驗過程時，通過MTS萬能材料試驗儀器兩端夾頭固定住纖維浙青板帶，以10mm/min拉伸速率進行拉伸,直至斷裂,即為纖維浙青薄膜板帶拉伸強度。
[0072]4.動水壓力試驗:
[0073]I)試件制作
[0074]①將事先準備好的玻璃板擦洗干凈并烘干；
[0075]②在玻璃板上涂上隔離劑，方便試件的成型；
[0076]③先鋪撒一層改性乳化浙青，然后鋪撒混合玻璃纖維之后再撒鋪一層改性乳化浙青，最后撒鋪碎石；
[0077]④用IOkg的物體對試件進行壓實，壓實3分鐘即可
[0078]⑤將試件從玻璃板上脫模，然后將脫模下來的纖維浙青碎石封層剪為直徑Φ =100 土 Imm標準尺寸。
[0079]2)試驗過程
[0080]首先制作完成的纖維浙青碎石封層試件置于直徑為3mm的透孔的多孔板上，并密封。試件密封好后開啟進水加壓裝置，在25°C環(huán)境溫度下，使水緩慢地進人并充滿密水試模，如試樣未滲水，以每0.1MPa的極差逐級加壓，直至壓力突然減小，纖維浙青碎石封層被滲透為止，并記錄下最大滲透壓力。
[0081]級配各長度纖維用量的具體過程為:
[0082]步驟1:纖維長度的選擇
[0083]現(xiàn)有纖維浙青碎石封層技術(shù)所用玻璃纖維的平均長度一般為30mm、60mm或120mm的單一長度的纖維。且根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗以及工程實際應用經(jīng)驗，玻璃纖維采用的范圍為30mm?120mm,采用60mm的玻璃纖維施工和易性差、路用性能方面不穩(wěn)定。而本發(fā)明中,采用30mm、60mm、120mm三種不同長度的纖維進行摻配，具有很好的路用性能并且具有良好的施工和易性。
[0084]步驟2:不同長度纖維摻配用量的選擇
[0085]將30mm、60mm、120mm 的纖維按 0.2:1:0.2、0.2:1:0.3、0.2:1:0.4、0.3:1:0.2、
0.3:1:0.3,0.3:1:0.4,0.4:1:0.2,0.4:1:0.3,0.4:1:0.4 九種質(zhì)量比進行摻配，做剪切和
板帶拉伸試驗，根據(jù)剪切強度和抗拉強度來確定最佳的摻配比例。具體試驗數(shù)據(jù)見表1:
[0086]表I不同長度纖維摻配比例時的參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)混合玻璃纖維的配制 將長度分別為30mm、60mm、120mm的玻璃纖維按(0.3?0.4):1: (0.3?0.4)的質(zhì)量比摻配，得到混合玻璃纖維； 2)首先在路面上撒布一層改性乳化浙青，然后撒鋪混合玻璃纖維，之后再撒布一層改性乳化浙青，最后撒布一層碎石，然后碾壓平整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述步驟I)中玻璃纖維為噴射用無捻粗紗型玻璃纖維，且噴射用無捻粗紗型玻璃纖維的直徑為12?23 μ m,特克斯數(shù)為150?9600tex。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述步驟2)中的碎石為玄武巖或輝綠巖,碎石粒徑為3?6mm或6?10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述步驟2)中改性乳化浙青的灑布量為1.9kg/m2 ;碎石的撒布量為8kg/m2 ;混合玻璃纖維的灑布量為 75g/m2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述步驟2)的碾壓采用6?8t膠輪壓路機進行，且碾壓初始速度小于等于2km/h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述步驟2)中改性乳化浙青的制備方法如下: I.皂液的配制: 首先將乳化劑、穩(wěn)定劑和水加入到皂液配制罐中，并加熱至70°C?80°C，然后向皂液配制罐中加入水，攪拌均勻后將溫度調(diào)節(jié)至60°C?70°C，再將改性劑加入皂液配制罐中，調(diào)節(jié)pH值為5?6，并在60°C?70°C下保溫，得到皂液；其中，乳化劑的加入量占水總質(zhì)量的1% ;穩(wěn)定劑的加入量占水總質(zhì)量的0.2% ;改性劑的加入量占水總質(zhì)量的5% ； I1.浙青的加熱:將浙青加熱至120°c?130°c并保溫，得到熱處理后的浙青； III.制備改性乳化浙青:首先將皂液加入膠體磨中，然后在攪拌下向膠體磨中加入熱處理后的浙青，經(jīng)過膠體磨的研磨、混勻，得到改性乳化浙青；其中，熱處理后的浙青與皂液的質(zhì)量比為65:35。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述pH值是采用鹽酸進行調(diào)節(jié)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述的乳化劑為季銨鹽型陽離子乳化劑；改性劑為陽離子SBR膠乳；穩(wěn)定劑為氯化銨。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種級配玻璃纖維碎石封層制備方法，其特征在于，所述季銨鹽型陽離子乳化劑為JY-Rl型陽離子快裂浙青乳化劑或美國維實偉克63D乳化劑。
【文檔編號】E01C7/35GK103485256SQ201310412490
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】郭寅川, 秦文超, 申愛琴, 趙耀輝 申請人:長安大學