一种测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置及其使用方法与流程

【技术领域】

本发明属于沥青及沥青胶浆性能检测技术领域。更具体地，本发明涉及一种测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置，还涉及所述实验装置的使用方法。

背景技术：

纤维改性沥青通过改变沥青的性能以提高沥青混合料的路用性能。目前纤维改性沥青的制作方法有机械搅拌法、溶剂法、胶磨粉法或胶体磨法。将纤维加入基质沥青中，制成纤维改性沥青，其中纤维改性剂与沥青经过物理作用和化学作用形成新平衡界面，形成新化学键，从而改变沥青性能。不同纤维以及不同配比对沥青形成的新界面、吸附膜是不同的，导致改性沥青的基本性质是不同的，这些界面、吸附膜是由很多不规则的凸峰和凹峰组成的。目前，我国通过针入度实验、延展度实验、软化点实验、旋转粘度实验、沥青吸油率实验以及通过动态剪切流变实验等实验，判断不同纤维改性沥青以及不同掺量纤维对改性沥青性能的影响。没有专门针对纤维与沥青粘结程度的实验设计或规范，且由于上述实验操作量大、费时，还不能尽快获得不同纤维与改性沥青或改性沥青胶浆之间的粘附性能，而且在操作过程中存在时间、温度等一系列的环境不可控制因素，且不能测试出纤维与沥青界面真正界面膜效果。cn105181585a公开了一种纤维与沥青粘附性能测试装置及方法，但该方法中没有考虑纤维与沥青之间会发生物理作用和化学作用，在这种情况下算出在纤维上包裹沥青可能包含着已经与沥青发生作用的纤维，使得实验结果不够准确，虽然考虑匀速拉出纤维，但是在不同的拉伸速度下纤维上所带沥青质量可能不一样对实验结果有一定影响。

为此，本发明人在总结现有技术的基础之上，通过大量实验与分析总结，终于完成了本发明。

技术实现要素：

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置。

本发明的另一个目的是提供所述测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置的使用方法。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置，，它包括实验平台1和控制面板14，其特征在于实验平台1包括环境箱2、恒温加热电阻丝3、金属盛样皿4、固定支架6、横梁7、1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9、3号纤维夹持器10、红外温度传感器12与支架13；控制面板14包括显示屏15、装置开关按钮16、温度旋转钮17、上升按钮18、打印按钮19、下降按钮20、打印装置21与动力装置-电机25；

在实验平台1上安装环境箱2，在环境箱2内安装固定支架6，它的下端固定在实验平台上1，它的上端通过横梁7将它们连接成一个整体；在固定支架6内在环境箱2底部配置恒温加热电阻丝3；在恒温加热电阻丝3上方放置支架13，在支架13上面搁置金属盛样皿4；

横梁7上安装1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9、3号纤维夹持器10与红外温度传感器12；红外温度传感器12通过导线与显示屏15连接，1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10通过导线与上升按钮18和下降按钮20连接；这些纤维夹持器由力传感器26采集的信息通过控制器27转化后在显示屏15显示；

显示屏15上显示的数据通过打印按钮19输送到打印装置21进行打印；整个实验装置电源由装置开关按钮16进行控制。

根据本发明的另一种优选实施方式，环境箱2是用耐高温玻璃板制成的，在朝向控制面板14一侧的玻璃板能够开启与关闭。

根据本发明的另一种优选实施方式，恒温加热电阻丝3通过温度旋转钮17调节加热功率，同时利用红外温度传感器12检测由恒温加热电阻丝3加热的金属盛样皿4的温度，将检测的温度信号传输到显示屏15并显示其温度。

根据本发明的另一种优选实施方式，上升按钮18控制1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10以低于10mm/min速度同时上升。

根据本发明的另一种优选实施方式，下降按钮20设置第一空位、第二空位与第三空位，它们依次分别控制1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10，使它们以一定的速度下降。

根据本发明的另一种优选实施方式，金属盛样皿4均等地分隔成一号池4-1、二号池4-2与三号池4-3，且在金属盛样皿4内在其高度的2/3处设有刻度线5，1号纤维夹持器7、2号纤维夹持器8与3号纤维夹持器9分别与一号池4-1、二号池4-2与三号池4-3相对应，并且与金属盛样皿4底部垂直。

根据本发明的另一种优选实施方式，显示屏14显示沥青或沥青胶浆温度、环境箱温度、预设温度、加载速度、每个纤维夹持器每0.5秒测定应力与纤维-沥青作用膜强度si实验结果。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的纤维是无机纤维或有机纤维，无机纤维选自无机纤维选自玄武岩纤维、玻璃纤维或石棉纤维；有机纤维选自聚酯纤维或聚丙烯腈纤维。

本发明还涉及所述实验装置的使用方法。

所述实验装置使用方法的步骤如下：

a、实验准备

在烘箱中将沥青或沥青胶浆加热至熔融状态，纤维竖直向下地分别夹持在1号纤维夹持器7、2号纤维夹持器8与3号纤维夹持器9上，使它们的下端处于金属盛样皿4中，并与金属盛样皿4底部垂直；

b、形成纤维-沥青作用膜

开启温度旋转钮16使环境箱2加热，往金属盛样皿4中倒入步骤a的熔融沥青或沥青胶浆至刻度线5，静置15～18min，让沥青或沥青胶浆与纤维充分作用，形成牢固的纤维-沥青作用膜；

c、测试

启动上升按钮17，将浸入沥青或沥青胶浆中的纤维以低于10mm/min速度同时提起，由显示屏14读取相应的每0.5秒测定应力值，通过下式计算出1-3号纤维的纤维-沥青作用膜强度si：

纤维-沥青作用膜强度si＝应力σi×速度v

式中：

i＝1-3；

拉力fi为实验过程中记录三次最大拉力平均值，单位n；

面积s为纤维与沥青或沥青胶浆接触的面积，单位mm²；

直径d为纤维的直径，单位mm；

应力σi，单位pa；

强度si，单位pa*mm/min；

速度v为纤维提升速度，单位mm/min；

这种纤维的纤维-沥青作用膜强度s由下述公式计算得到：

纤维-沥青作用膜强度s＝(1号纤维-沥青作用膜强度s1+2号纤维-沥青作用膜强度s2+3号纤维-沥青作用膜强度s3)/3。

下面将更详细地描述本发明。

本发明涉及一种测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置，它包括实验平台1和控制面板14，实验平台1包括环境箱2、恒温加热电阻丝3、金属盛样皿4、固定支架6、横梁7、1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9、3号纤维夹持器10、红外温度传感器12与支架13；控制面板14包括显示屏15、装置开关按钮16、温度旋转钮17、上升按钮18、打印按钮19、下降按钮20、打印装置21与动力装置-电机25；具体结构参见附图1。

在实验平台1上安装环境箱2，在环境箱2内安装固定支架6，它的下端固定在实验平台上1，它的上端通过横梁7将它们连接成一个整体；在固定支架6内在环境箱2底部配置恒温加热电阻丝3；在恒温加热电阻丝3上方放置支架13，在支架13上面搁置金属盛样皿4；

本发明使用的环境箱2是用耐高温玻璃板制成的，在朝向控制面板13一侧的玻璃板能够开启与关闭。所述的耐高温玻璃板是一种能够承受温度-50～350℃、厚度2～5mm的玻璃板。本发明使用的耐高温玻璃板是目前市场上销售的产品，例如由厦门市益唯特玻璃有限公司公司以商品名耐350度高温玻璃销售的耐高温玻璃板。

本发明使用的环境箱2在朝向控制面板14一侧的玻璃板能够开启与关闭，以便工作人员能够方便地进行相关操作。

在本发明中，在靠近环境箱2两侧壁设置两组固定支架6，它的下端固定在实验平台上1，它的上端通过横梁7将它们连接成一个整体。

本发明的固定支架6与横梁7都是由不锈钢材料制成的。

在横梁7上安装1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9、3号纤维夹持器10与红外温度传感器12；具体地参见附图1。

所述的纤维夹持器是一种能够检测纤维应力并能牢固夹住纤维的夹子或管状纤维夹持器22，所述管状纤维夹持器22由纤维夹持管23与平头螺丝24构成，将纤维放入纤维夹持管23拧紧平头螺丝24可将纤维牢固地固定在纤维夹持管上，检测纤维应力最低值不应低于5000mpa。本发明使用的纤维夹持器通过力传感器26控制，所述力传感器26一端与纤维夹持器的夹子或纤维夹持管23与纤维接触区连接，另一端与动力装置-电机25连接，力传感器26采集的信息通过控制器27转化后在显示屏15显示。本发明使用的力传感器26是hbm公司销售的u9c微型力传感器，具体结构参见附图4。

1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10通过导线与安装控制面板14上的上升按钮18和下降按钮20连接；

当上升按钮18启动时，动力装置-电机25通过导线驱动1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10以低于10mm/min速度同时上升。

下降按钮20设置第一空位、第二空位与第三空位，它们依次分别控制1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10，使它们以一定的速度下降。当下降按钮20置于第一空位时，动力装置-电机25通过导线驱动1号纤维夹持器8按照一定速度下降，而2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10则不会移动。当下降按钮20置于第二空位时，动力装置-电机25通过导线驱动2号纤维夹持器8按照一定速度下降，而1号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10则不会移动，依次类推。

红外温度传感器12通过导线与显示屏15连接。恒温加热电阻丝3通过在控制面板14上的温度旋转钮17调节加热功率，同时利用红外温度传感器12检测由恒温加热电阻丝3加热的金属盛样皿4的温度，将检测的温度信号传输到显示屏15并显示其温度。

本发明涉及的温度检测与显示技术都是常规技术，在此不再赘述。

在本发明中，恒温加热电阻丝3的结构列于附图2中。本发明使用的恒温加热电阻丝3是目前市场上销售的产品，这种恒温加热电阻丝3的应用电压是220～380v，功率是500～1000w。

在本发明中，在恒温加热电阻丝3上方放置支架13，在支架13上面搁置金属盛样皿4。

支架12是由不锈钢材料制成的；支架12的结构示意图列于附图3。

金属盛样皿4用于盛装熔融沥青或沥青胶浆，它是由不锈钢金属材料制成的。

金属盛样皿4均等地分隔成一号池4-1、二号池4-2与三号池4-3，且在金属盛样皿4三分之二的高度处有刻度线5，1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10分别与一号池4-1、二号池4-2与三号池4-3相对应，并且与金属盛样皿4底部垂直。

显示屏15上显示的数据通过打印按钮19输送到打印装置21进行打印；整个实验装置电源由装置开关按钮16进行控制。

本发明使用的显示屏15是目前市场上销售的产品，例如由宁波同联液晶显示技术有限公司以商品名oled液晶显示屏0.96双黄色电子显示屏销售的产品。

显示屏15显示沥青或沥青胶浆温度、环境箱温度、预设温度、加载速度、每个纤维夹持器每0.5秒测定应力与纤维-沥青作用膜强度si实验结果。

在本发明中，在控制面板14上的显示屏15、装置开关按钮16、温度旋转钮17、上升按钮18、打印按钮19、打印装置21、下降按钮20及其它们的连接方式与运行方式，在该技术领域里是通常使用的或是常规的。

本发明使用的动力装置电机25是乐清市天力电机有限公司生产的m5120-402单相异步电动机。

在本发明中，所述的纤维是用于沥青或沥青胶浆加工的无机纤维或有机纤维，无机纤维选自无机纤维选自无机纤维选自玄武岩纤维、玻璃纤维、石棉纤维；有机纤维选自聚酯纤维、聚丙烯腈纤维。这些纤维都是目前市场上销售的产品，例如由江苏康达夫新材料科技有限公司以商品名玄武岩纤维销售的玄武岩纤维无机纤维产品；例如由河北润邦防火材料公司以商品名聚丙烯腈销售的聚丙烯腈有机纤维产品。

本发明还涉及测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置的使用方法。

所述实验装置使用方法的步骤如下：

a、实验准备

在烘箱中将沥青或沥青胶浆加热至熔融状态，纤维竖直向下地分别夹持在1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10上，使它们的下端处于金属盛样皿4中，并与金属盛样皿4底部垂直；

b、形成纤维-沥青作用膜

开启温度旋转钮17使环境箱2加热，往金属盛样皿4中倒入步骤a的熔融沥青或沥青胶浆至刻度线5，静置15～18min，让沥青或沥青胶浆与纤维充分作用，形成牢固的纤维-沥青作用膜；

c、测试

启动上升按钮17，将浸入沥青或沥青胶浆中的纤维以低于10mm/min速度同时提起，由显示屏15读取相应的每0.5秒测定力值，通过下式计算出1-3号纤维的纤维-沥青作用膜强度si：

纤维-沥青作用膜强度si＝应力σi×速度v

式中：

i＝1-3；

拉力fi为实验过程中记录三次最大拉力平均值，单位n；

面积s为纤维与沥青或沥青胶浆接触的面积，单位mm²；

直径d为纤维的直径，单位mm；

应力σi，单位pa；

强度si，单位pa*mm/min；

速度v为纤维提升速度，单位mm/min；

这种纤维的纤维-沥青作用膜强度s由下述公式计算得到：

纤维-沥青作用膜强度s＝(1号纤维-沥青作用膜强度s1+2号纤维-沥青作用膜强度s2+3号纤维-沥青作用膜强度s3)/3。

由于不同种纤维的物理和化学性能不同，从而其与沥青或沥青胶浆可能发生不同的物理作用和化学作用；在同一种纤维不同掺量的条件下可能发生的物理作用和化学作用量以及效果不同。本发明测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置可以测定不同种纤维与沥青或沥青胶浆、同种纤维在不同掺量下纤维改性沥青或改性沥青胶浆之间的粘附性能。

[有益效果]

本发明的有益效果是：

由于本实验装置采取了应变控制，每0.5秒测定一次纤维与沥青或胶浆之间的拉力，大大提高了数据的可靠性，而且本实验装置更接近沥青与纤维之间真正的粘结力。

本实验装置是测定纤维与沥青或沥青胶浆之间的粘附性能，可以评价纤维与沥青及沥青胶浆的粘结能力，让人们更好的去选择纤维来改性沥青或胶浆。

由于本实验装置较为简单，故所需的材料较少，大大降低了成本。数据真实可靠；

由于本实验装置较为简单，操作步骤较少，无需专业培训与指导进行实验并且实验时间简短。

【附图说明】

图1是本发明测定纤维与沥青或沥青胶浆粘附性能的实验装置结构示意图；

图2是本发明恒温加热电阻丝3结构示意图；

图3是本发明支架13的结构示意图；

图4是本发明管状纤维夹持器22的结构示意图；

图中：

1-实验平台、2-环境箱、3-恒温加热电阻丝、4-金属盛样皿、4-1-一号池、4-2-二号池、4-3-三号池、5-金属盛样皿刻度线、6-固定支架、7-横梁、8-1号纤维夹持器、9-2号纤维夹持器、10-3号纤维夹持器、11-纤维、12-红外温度传感器、13-支架、14-控制面板、15-显示屏、16-装置开关按钮、17-温度旋转钮、18-上升按钮、19-打印按钮、20-下降按钮、21-打印装置、22-管状纤维夹持器、23-纤维夹持管、24-平头螺丝、25动力装置-电机、26-力传感器、27-控制器。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：本发明实验装置与测定纤维-沥青作用膜强度

该实施例的实施方式如下：

本发明实验装置包括实验平台1和控制面板14，实验平台1包括环境箱2、恒温加热电阻丝3、金属盛样皿4、固定支架6、横梁7、1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9、3号纤维夹持器10、红外温度传感器12与支架13；控制面板14包括显示屏15、装置开关按钮16、温度旋转钮17、上升按钮18、打印按钮19、下降按钮20、打印装置21与动力装置-电机25；

在实验平台1上安装用耐高温玻璃板制成的环境箱2，它朝向控制面板13一侧的玻璃板能够开启与关闭，在环境箱2内安装固定支架6，它的下端固定在实验平台上1，它的上端通过横梁7将它们连接成一个整体；在固定支架5内在环境箱2底部配置恒温加热电阻丝3，恒温加热电阻丝3通过温度旋转钮17调节加热功率，同时利用红外温度传感器12检测由恒温加热电阻丝3加热的金属盛样皿4的温度，将检测的温度信号传输到显示屏15并显示其温度；

在恒温加热电阻丝3上方放置支架13，在支架13上面搁置金属盛样皿4；金属盛样皿4均等地分隔成一号池4-1、二号池4-2与三号池4-3；

横梁7上安装1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10与红外温度传感器12；红外温度传感器12通过导线与显示屏15连接，1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10通过导线与上升按钮18和下降按钮20连接，这些纤维夹持器与金属盛样皿4底部垂直；

上升按钮18控制1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10以9.8mm/min速度同时上升；下降按钮20设置三个空位，它们由左到右依次控制1号纤维夹持器8、2号纤维夹持器9与3号纤维夹持器10，使它们以速度10mm/min下降。这些纤维夹持器由hbm公司销售的u9c微型力传感器26采集的信息通过控制器27转化后在显示屏15显示；

显示屏15上显示的数据通过打印按钮19输送到打印装置21进行打印；整个实验装置电源由装置开关按钮16进行控制。

使用该实施例描述的实验装置按照下述步骤检测玄武岩纤维-沥青作用膜强度s：

a、实验准备

在烘箱中将由阿尔法江阴沥青有限公司以商品名70号a级销售的沥青加热至熔融状态，将由江苏康达夫新材料科技有限公司以商品名玄武岩纤维销售的玄武岩纤维纤维直径12μm,长度60mm，竖直向下地分别夹持在1号纤维夹持器7、2号纤维夹持器8与3号纤维夹持器9上，使它们的下端处于金属盛样皿4中，并与金属盛样皿4底部垂直；

b、形成纤维-沥青作用膜

开启温度旋转钮16使环境箱2加热到温度125℃，往金属盛样皿4中倒入步骤a的熔融沥青，静置15min，让沥青与纤维充分作用，形成牢固的纤维-沥青作用膜；

c、测试

启动上升按钮17，将浸入沥青中的纤维以低于9.8mm/min速度同时提起，由显示屏14读取相应的每0.5秒测定应力值分别为655mpa、661mpa与649mpa。然后，根据本说明书描述的计算方法，先由这些应力值计算出1-3号纤维的纤维-沥青作用膜强度si分别为5240mpa*mm/min、5288mpa*mm/min与5192mpa*mm/min，再由这些膜强度si计算出这种纤维的纤维-沥青作用膜强度s为5240mpa*mm/min。

实施例2：本发明实验装置与测定纤维-沥青胶浆作用膜强度

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是使用阿尔法江阴沥青有限公司以商品名70号a级销售的沥青和玄武岩矿粉以粉胶比为0.587制备的沥青胶浆；玄武岩纤维在熔融沥青胶浆静置18min，启动上升按钮17，将浸入沥青中的纤维以低于9.8mm/min速度同时提起；

由显示屏14读取相应的每0.5秒测定应力值分别为886mpa、882mpa与892mpa。然后，根据本说明书描述的计算方法，先由这些应力值计算出1-3号纤维的纤维-沥青作用膜强度si分别为7088mpa*mm/min、7056mpa*mm/min与7136mpa*mm/min，再由这些膜强度si计算出这种纤维的纤维-沥青作用膜强度s为7093.3mpa*mm/min。