聚丙烯腈纖維瀝青混合料性能及界面表征

《聚丙烯腈纖維瀝青混合料性能及界面表征》一書針對聚丙烯腈纖維在路用瀝青混合料中的應(yīng)用做了較為全面的論述，內(nèi)容包括聚丙烯腈纖維在瀝青及瀝青混合料中的相容性、穩(wěn)定性、界面性能、作用機理、黏彈性能、施工技術(shù)及經(jīng)濟性等方面。

本書可供從事道路設(shè)計、施工、科研人員學習參考，亦可供大專院校相關(guān)專業(yè)師生及建筑材料領(lǐng)域有關(guān)專業(yè)人員參考。

第1章　緒論

1.1　瀝青路面中為什么要添加纖維

1.1.1　瀝青路面損壞類型

1.1.2　纖維在瀝青混合料中的作用

1.2　路用纖維的品質(zhì)和性能

1.2.1　路用纖維的技術(shù)要求

1.2.2　常用的路用纖維

1.3　纖維瀝青混合料的研究現(xiàn)狀

1.3.1　瀝青混合料性能改善的途徑

1.3.2　國外研究現(xiàn)狀

1.3.3　國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.3.4　纖維瀝青混合料研究與應(yīng)用中存在的問題

第2章　聚丙烯腈纖維與瀝青混合料的相容性

2.1　概述

2.2　常用路用纖維的性能特點

2.2.1　路用木質(zhì)素纖維

2.2.2　路用玄武巖礦物纖維

2.2.3　聚丙烯腈纖維

2.3　纖維在瀝青混合料中的相容性

2.3.1　纖維的吸油性

2.3.2　纖維的吸水性能

2.3.3　纖維的耐熱性能

2.3.4　纖維的分散效果

2.4　纖維瀝青混合料的配合比設(shè)計

2.4.1　瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)

2.4.2　瀝青混合料的配合比設(shè)計

2.5　本章小結(jié)

第3章　聚丙烯腈纖維瀝青膠漿性能

3.1　概述

3.2　纖維瀝青膠漿的制備

3.3　纖維瀝青膠漿的黏滯性

3.3.1　試驗方法的選擇

3.3.2　溫度對纖維瀝青膠漿性能的影響

3.3.3　纖維類型及摻量對瀝青膠漿性能的影響

3.4　纖維瀝青膠漿的低溫穩(wěn)定性

3.5　纖維瀝青膠漿的動態(tài)剪切流變性能

3.5.1　動態(tài)剪切流變性能測試方法

3.5.2　流變參數(shù)與溫度的相關(guān)性

3.5.3　纖維瀝青膠漿高溫抗永久變形性能

3.6　聚丙烯腈纖維與瀝青的界面性能

3.6.1　纖維在瀝青膠漿中的分布狀態(tài)

3.6.2　聚丙烯腈纖維與瀝青的界面表征

3.7　聚丙烯腈纖維瀝青膠漿黏彈特性力學模型

3.7.1　纖維瀝青膠漿的蠕變回復性能

3.7.2　纖維瀝青膠漿黏彈特性模型

3.8　本章小結(jié)

第4章　聚丙烯腈纖維瀝青混合料的路用性能

4.1　聚丙烯腈纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

4.1.1　TRRL高溫抗車轍性能

4.1.2　CPN高溫抗車轍性能

4.1.3　AAPA高溫抗車轍性能

4.1.4　車轍試驗相關(guān)性分析

4.2　聚丙烯腈纖維瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性

4.3　聚丙烯腈纖維瀝青混合料的水穩(wěn)定性

4.4　纖維在瀝青混合料中的作用機理

4.4.1　纖維在瀝青混合料中的分布

4.4.2　聚丙烯腈纖維在瀝青混合料中的主要作用

4.4.3　纖維改善瀝青混合料穩(wěn)定性的機理

4.5本章小結(jié)

第5章　聚丙烯腈纖維瀝青混合料黏彈特性及模型

5.1　概述

5.2　瀝青混合料的黏彈特性原理

5.2.1　瀝青混合料的黏彈性特征

5.2.2　瀝青混合料的黏彈性模型理論

5.3　瀝青混合料黏彈特性研究現(xiàn)狀

5.4　聚丙烯腈纖維瀝青混合料的蠕變性能

5.5　聚丙烯腈纖維瀝青混合料流變模型

5.6　本章小結(jié)

第6章　聚丙烯腈纖維瀝青混合料施工技術(shù)及經(jīng)濟性分析

6.1　纖維瀝青混合料施工技術(shù)

6.1.1　纖維瀝青混合料拌合工藝

6.1.2　纖維瀝青混合料的質(zhì)量控制

6.1.3　纖維瀝青混合料攤鋪和碾壓

6.2　纖維瀝青混合料的經(jīng)濟性分析

6.2.1　道路初期建設(shè)增加的費用

6.2.2　纖維成本核算

6.2.3　養(yǎng)護費用分析

6.2.4　用戶費用分析

6.3　試驗段鋪筑

6.4　本章小結(jié)

參考文獻

高循環(huán)疲勞的裂紋形成階段的耐疲勞性能常以S-N曲線表征，S為應(yīng)力水平，N為疲勞壽命。S-N曲線需要通過試驗驗證測定，試驗采用小型標準件或?qū)嶋H構(gòu)件。若采用小型標準構(gòu)件，則試件裂紋擴展壽命較短，常以斷裂時的循環(huán)次數(shù)作為裂紋形成壽命。

表征低循環(huán)疲勞裂紋形成階段的疲勞性能的有

早期的觀點及近期發(fā)展出的結(jié)論逐步將爆炸焊接界面波存在的不規(guī)則性呈現(xiàn)出來，并進行了定性分析，但尚未實現(xiàn)量化分析。據(jù)此，本項目以爆炸焊接界面為研究對象，基于分形理論建立了焊接界面形貌定量分析方法。主要研究內(nèi)容及對應(yīng)結(jié)果： (1) 基于爆炸焊接波狀界面形成的失穩(wěn)機理與流體—彈塑性模型，在飛板反向射流與空氣之間存在著R-T、K-H，甚至R-M不穩(wěn)定性條件，因而提出失穩(wěn)是發(fā)生在金屬流體薄膜與空氣之間。由界面波幅與波長之比判定線性理論成立，從而建立雙層流體失穩(wěn)線性控制方程，獲得失穩(wěn)發(fā)展特征指數(shù)表達式。結(jié)果表明在金屬流體彈—粘性與失穩(wěn)機制競爭作用下，特定波長范圍的擾動能夠被優(yōu)先發(fā)展，其他波長的擾動被抑制或未能發(fā)展，從而使得波狀界面在沿爆轟方向較為一致，實驗結(jié)果也驗證了這一結(jié)論的正確性。 (2) 進一步利用分形理論研究爆炸焊接界面形貌特征。運用三維超景深顯微鏡獲得界面形貌圖像，通過Matlab圖像分析技術(shù)對界面形貌進行二值化處理，基于分形理論獲得圖像分維值以及多重分維譜，從而建立界面形貌定量表征方法。 (3) 基于(2)所建立的方法對(1)所闡述的爆炸焊接界面波的形成、發(fā)展與最終形貌開展分維表征，從而實現(xiàn)對界面形貌的定量分析。 (4)利用(3)所形成的結(jié)論，對爆炸焊接界面形貌差異開展定量化評價。運用三維超景深顯微鏡獲得爆炸焊接界面形貌圖像，結(jié)合沖量理論，定義中心區(qū)域與邊側(cè)區(qū)域分界線；最后基于分形理論實現(xiàn)焊接界面形貌差異定量描述。 (5)利用(4)所形成的結(jié)論，結(jié)合分維是熵的度量之物理意義建立界面結(jié)構(gòu)熵，導出波狀焊接界面微觀結(jié)合面積計算式；結(jié)合內(nèi)聚力模型，闡述界面結(jié)構(gòu)對復合性能影響的能量關(guān)系式，實現(xiàn)界面結(jié)構(gòu)與斷裂性能的定量分析。 (6)基于(5)的結(jié)論，嘗試建立界面剪切強度與斷口輪廓分維值及其多重分形譜關(guān)系。結(jié)果表明焊接界面剪切強度在數(shù)值上與分維值及多重分形譜呈正相關(guān)。 本項目成功建立了爆炸焊接波狀界面形貌定量表征方法，導出了界面分維值與對應(yīng)結(jié)合能關(guān)系式，從而實現(xiàn)焊接界面形貌結(jié)構(gòu)及對應(yīng)失效行為量化分析，為焊接界面性能定量評價指供理論指導。按照預期計劃完成了項目研究。

粘性A. 粘性系數(shù)(粘度)的定義

粘性的大小用粘性系數(shù)（即粘度） 來表示。牛頓粘性定律（見牛頓流體）指出，在純剪切流動中，流體兩層間的剪應(yīng)力

式中

在通常采用的厘米·克·秒制中，粘性系數(shù)的單位是泊（Poise）。

國際單位制用帕·秒（1泊=1達因·秒/厘米²=10^-1帕·秒），它的量綱為ML^-1T^-1。對于多數(shù)流體，常用的單位是厘泊（10^-3帕·秒）。

粘性B. 常見流體的粘性系數(shù)

不同流體有不同的粘性系數(shù)。少數(shù)液體（如甘油）的粘性系數(shù)可以達到15泊；橄欖油的粘性系數(shù)接近于1泊。在20℃時，水的粘性系數(shù)為1.0087厘泊。氣體的粘性系數(shù)從氬的2.1×10^-4泊到氫的0.8×10^-4泊，它們的數(shù)量級都是10^-4泊。

粘性C. 粘性系數(shù)的計算

粘性系數(shù)

對于氣體，粘性系數(shù)M和溫度T的關(guān)系可表為薩瑟蘭公式：

式中B≈110.4開；

來近似真實的粘性關(guān)系。冪次n的變化范圍是1/2≤n≤1，它依賴于氣體的性質(zhì)和所考慮的溫度范圍。在高溫時，例如3000開以上，n可近似地取為1/2;在低溫時可取為1。對于空氣而言，在90開

它與薩瑟蘭公式的誤差不過5%。

對水而言，粘性系數(shù)和溫度的關(guān)系可近似地寫成：

對于一般的流體運動，假設(shè)：①運動流體的應(yīng)力張量在運動停止后應(yīng)趨于靜止流體的應(yīng)力張量；②偏應(yīng)力張量

式中，