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柴油機拆裝實習報告_-_鄧陽

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柴油機拆裝實習報告_-_鄧陽

柴油機拆裝實習報告

系別:機電工程系專業(yè):農(nóng)業(yè)機械化及自動化班級:09級農(nóng)機一班學號:0906014128姓名:鄧陽拆裝時間:201*.1.7----201*.1.實習內(nèi)容柴油機的拆裝、柴油機潤滑系統(tǒng)的組成及功用和繪制鞏固專業(yè)技術(shù)知識,使理論與實踐相結(jié)合,培養(yǎng)實際操作能力,為畢業(yè)設(shè)計及實習目的工作實踐打下基礎(chǔ)。201*.1發(fā)動機型號五菱牌S1100組長拆裝時間組員設(shè)備及常用工具和儀器郭力穆安東、郅蔭、金振渠、郭力、鄧陽、牛樹超五菱牌S1100柴油機、各種扳手、錘、游標卡尺潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成:滑油泵、滑油濾清裝置、滑油冷卻裝置、滑油管路潤滑系統(tǒng)的作用:將潤滑油供給運動件的摩擦表面以減少磨擦阻力,減輕機件的磨損,并部分地冷卻磨擦零件;清潔和冷卻磨擦表面;提高活塞環(huán)和汽缸壁間的密封性能;對所有運動件起防銹作用。潤滑系統(tǒng)的工作原理:結(jié)構(gòu)組成、作用以及工作原理(根據(jù)要求畫出相應的示意圖或機構(gòu)簡圖)(可附頁)拆裝要點及大致拆裝步驟注意事項1、拆裝的順序是從上到下、從外到里;裝配的時候則反之。拆下的零部件應隨缸號順序放好。2、在拆卸時就要想到裝;在對零部件進行拆卸、清洗、測量、組裝的過程中,要注意零部件原有的記號、順序、方向、不要裝錯。關(guān)系、動作原理、裝配工藝和技術(shù)要求,再進行組裝,以免損壞機件,有些零部件在拆卸需要敲打時,原則上只能用比零部件更軟的工具敲打。1、實驗室紀律與安全規(guī)則2、拆裝工藝流程與技術(shù)要求3、在拆裝過程中,要弄清楚零部件的結(jié)構(gòu)、配合及連接

實習心得(不得少于1000字):

柴油機拆裝實習心得首先,我非常感謝系里及其教研室的各位老師提供給我們提供了這么一個難得的機會柴油機的拆裝實習,在平時的教學中我們很少接觸到實物,因此這次的拆裝實習對我們來說來之不易啊。從柴油機的拆卸、裝配、測繪的過程中,我了解了柴油機的工作原理、工作過程及測繪的知識。我們是以小組為單位進行拆裝實習,我們組被分到潤滑系統(tǒng)的測繪實習工作。我們在組長的帶領(lǐng)之下順利地完成了各項工作。在拆卸與裝配過程中,我深刻地意識到了團隊的作用,必須協(xié)調(diào)一致才能完成拆卸工作,而且對拆卸的零件必須有序排放,以便裝配。雖然拆卸過程很苦很累,難免還會粘到柴油,但是我們的組員都積極地投入到拆裝實習中,將學到的理論知識充分應用于實踐中,達到了學以致用的目的。在拆裝測繪過程中,先拆裝后畫出草圖,再將測繪的尺寸標注在草圖上,看似簡單,但去做的時候也遇到了很多問題,因此任何問題只有自己動手去做,才可獲知難易。通過本次的拆裝實習,我受益匪淺,具體有以下收獲:1.安全第一,任何時候,不管我們干什么,都要注意安全。本次發(fā)動機的拆裝實習中,發(fā)動機本身很重,因此在工作中始終安全第一。2.對待工作要有科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。就本次實習來說,要按部就班地按照的拆裝順序,拆有拆的順序,裝有裝的順序,拆裝的方法也不同,都包含一定的科學道理。3.動手能力的重要性。柴油機的拆裝與裝配時刻需要用扳手等不同的工具,因此動手能力顯得尤為重要,通過動手操作,可以激發(fā)學習興趣、培養(yǎng)合作意識、促進思維的創(chuàng)新、解決實際問題,因此更應該加強動手能力的培養(yǎng)。4.團隊合作的重要性。由于柴油機本身的一些特點,因此在對柴油機拆裝過程中,經(jīng)常會需要幾個人協(xié)同拆卸,集體協(xié)作干出的成果往往能超過成員個人業(yè)績的總和。這次實習雖然短暫,但也給我留下了不少感悟和眼界,通過拆裝實習能把理論和實踐緊密結(jié)合起來,也加深了了解內(nèi)燃機的組成。各部分的結(jié)構(gòu),工作原理,調(diào)試的原理和方法。也初步掌握了拆裝的基本要求和一般的工藝路線。同時也加深了對專用工具和測量工具的使用。

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201*屆材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)

摘要

在瀝青混合料中摻入聚酯纖維可以提高瀝青混合料的路用性能,纖維摻量的多少不僅關(guān)系到瀝青混合料性能提升的幅度,也關(guān)系到工程成本。為了改善瀝青混合料性能,提高瀝青路面使用壽命,本文選取摻量為0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%的聚酯纖維加入瀝青混合料,對瀝青混合料配合比設(shè)計方法、不同摻量的纖維混合料路用性能對比等問題進行系統(tǒng)研究;跒r青混合料的馬歇爾試驗方法,聚酯纖維瀝青混合料采用AC-16的級配中值,確定最佳瀝青用量。對聚酯纖維瀝青混合料進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗以及浸水馬歇爾試驗,揭示聚酯纖維瀝青混凝土性能隨聚酯纖維摻量的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:聚酯纖維可以提升混合料路用性能,不同摻量對瀝青混合料的性能提升幅度不同,當摻量為0.3%時,能獲得具有最佳綜合性能的瀝青混合料。

關(guān)鍵詞:瀝青混合料,聚酯纖維,路用性能,纖維改性

I鄧楊:聚酯纖維在瀝青混凝土中的應用研究

ABSTRACT

MixingpolyestersfibersintheasphaltmixturecanimprovetherodeapplicationPerformanceofthemixture,thepolyestercontentsoftheasphaltmixturenotonlyinfluencetheperformanceofthemixture,butalsotheEngineeringcost.Inordertoimprovetheperformanceofasphaltmixtureandtheservicelifeofasphaltpavement,thiscontentselectsthepolyestersfiberqualitiesfor0.15%,0.2%,0.25%,0.3%and0.35%percentoftheasphaltmixturetostudytheasphaltconcretemixdesignmethodandcontrasttheinfluenceofasphaltconcretebydifferentpolyesterfiberproportion.BasedontheMarshallAsphaltdesignmethods,PolyesterfiberasphaltmixtureUsingAC-16toidentifythebestasphaltcontent.ThiscontentrevealspolyesterfiberasphaltconcretewiththeperformanceofpolyesterfiberdosageofthechangerulebyMarshallStabilitytest,Ruttingtest,Freeze-thawsplittingtestandRetainMarshalltest.TestresultsshowthatPolyesterfibercanpromotetheasphaltmixtureroadapplicationperformance,andDifferentproportionofasphaltmixturebytheperformanceofdifferentascension,whenmixingcontentis0.3%,theconcretecangetthebestofthecomprehensiveperformanceofasphaltmixture

KEYWORDS:asphaltmixture,polyesterfiber,rodeapplicationPerformance,Fibermodified

II201*屆材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)

目錄

第一章前言..........................................................................................................................1

1.1目的與意義.................................................................................................................11.2國內(nèi)外發(fā)展概況.........................................................................................................11.3路用纖維性能要求.....................................................................................................51.4研究方法與重點.........................................................................................................6第二章原材料及試驗方法....................................................................................................7

2.1原材料.........................................................................................................................7

2.1.1瀝青.................................................................................................................72.1.2集料.................................................................................................................82.1.3聚酯纖維.........................................................................................................82.2試驗方案...................................................................................................................10

2.2.1配合比設(shè)計...................................................................................................112.2.2瀝青混合料技術(shù)性質(zhì)...................................................................................11

第三章聚酯纖維瀝青混合料配合比設(shè)計..........................................................................14

3.1瀝青與瀝青混合料的重要作用...............................................................................143.2級配設(shè)計...................................................................................................................143.3最佳瀝青用量...........................................................................................................153.4聚酯纖維摻量的確定...............................................................................................183.5小結(jié)...........................................................................................................................18第四章聚酯纖維瀝青混合料性能研究..............................................................................19

4.1試件成型...................................................................................................................19

4.1.1馬歇爾試件成型...........................................................................................194.1.2車轍試件成型...............................................................................................204.2馬歇爾穩(wěn)定度試驗...................................................................................................20

4.2.1穩(wěn)定度試驗所用儀器.....................................................................................204.2.2穩(wěn)定度試驗結(jié)果.............................................................................................214.3車轍試驗...................................................................................................................22

4.3.1所用儀器.........................................................................................................224.3.2試驗結(jié)果.........................................................................................................234.4凍融劈裂試驗...........................................................................................................24

III鄧楊:聚酯纖維在瀝青混凝土中的應用研究

4.4.1所用儀器.......................................................................................................244.4.2試驗結(jié)果.........................................................................................................254.5浸水馬歇爾試驗.......................................................................................................264.6小結(jié)...........................................................................................................................27第五章結(jié)論及展望..............................................................................................................28

5.1結(jié)論...........................................................................................................................285.2展望...........................................................................................................................28謝辭........................................................................................................................................29參考文獻................................................................................................................................30

IV201*屆材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)

第一章前言

1.1目的與意義

我國高速公路建設(shè)發(fā)展飛速,高等級瀝青路面通車的總里程不斷增加,鑒于我國目前重載車多、交通量大、超載車所占的比例很大的實際狀況及我國地域遼闊、氣候條件復雜等因素,因此瀝青路面的破損較為嚴重,除交通荷載、氣候的原因之外,瀝青混合料本身是主要的原因之一。目前瀝青路面出現(xiàn)破損的主要形式為:車轍、擁包、裂縫、坑槽等,究其原因是瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及瀝青混合料的抗水損壞的性能不佳所造成。

纖維作為瀝青混凝土加筋穩(wěn)定劑廣泛用于瀝青混合料中。在瀝青混凝土中加入纖維,可提高其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、疲勞性能和水穩(wěn)定性能,纖維成為了增強瀝青混凝土性能的新手段,但是工程人員對纖維瀝青混凝土的認識仍然不夠準確,對纖維添加劑的使用缺乏正確的指導和規(guī)范,我國現(xiàn)階段對于纖維瀝青混凝土的研究大多停留在聚酯纖維對瀝青混合料的性能的提升方面,但是對聚酯纖維摻量的多少很少研究[1]。聚酯纖維的摻量百分比不僅對混合料性能的提升幅度有影響,也對工程成本有較大影響。如果聚酯纖維摻量過低,那么對瀝青混合料的性能提升有限;纖維摻量過高,也可能反而影響瀝青混合料的性能,并且提高工程的成本,影響施工單位的經(jīng)濟性。為了進一步研究聚酯纖維摻量對于纖維瀝青混凝土性能的影響,本研究通過車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗等來評價聚酯纖維瀝青混合料的性能,來確定聚酯纖維的最佳摻量,為聚酯纖維瀝青混凝土路面的應用和推廣提供了參考依據(jù)。

為了改善瀝青混合料以上性能,國內(nèi)外許多道路工作者及材料開發(fā)商均進行了大量的研究與探索,比如采用各種改性瀝青、新型礦料級配以及各種添加材料,各種新材料、新工藝的使用均對瀝青混合料的各方面性能有不同程度的提高。綜合考慮,加入聚酯纖維對改善各項性能具有很好的效果。本文主要研究討論聚酯纖維加入瀝青混合料的最佳用量,確保各種性能達到最佳狀態(tài)的同時節(jié)約成本和時間。

1.2國內(nèi)外發(fā)展概況

20世紀70年代美國Kapejo公司開發(fā)研制了BoniFibers路用工程纖維,經(jīng)歐美等國家將近3年的應用、研究和觀測,總結(jié)出博尼維可以提高瀝青混合料的路用性能,尤其是高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能,同時低溫抗裂性能也有所改善,能夠較好的防止反射裂縫

鄧楊:聚酯纖維在瀝青混凝土中的應用研究

的形成,因此,瀝青混合料路面壽命得以提高。我國在20世紀90年代末才逐漸引進該纖維,經(jīng)過試驗和實際應用性能確實有明顯提高,但是當時國內(nèi)很難承受其昂貴的價格,因而妨礙了纖維瀝青混合料在國內(nèi)的發(fā)展。之后國內(nèi)開始自己研究既能提高混合料性能又能節(jié)約成本的工程纖維,聚酯纖維就是其中之一。進入21世紀以來,我國公路建設(shè)與研究部門將加強瀝青混合料路面鋪筑技術(shù)研究、改善瀝青混合料路面使用品質(zhì)、延長其使用壽命列為研究對象。其中聚酯纖維在瀝青混合料路面上的應用,被視為一個提高瀝青混合料路面路用性能的有效措施,正越來越受到公路行業(yè)的重視[3]。

1、國外研究情況

20世紀80年代初,美國著名企業(yè)杜邦公司工程師博尼先生采用聚酯材料和特殊配方試制成功一種適合于瀝青混凝土加強筋的纖維,并取得發(fā)明專利,博尼聚酯纖維結(jié)束了瀝青混凝土不能用軟纖維加強的時代,是真正的瀝青混凝土加強筋[4]。美國專利US4297414通過對纖維表“起皺”和“壓紋”處理來增加纖維與瀝青的接觸面積,達到改善纖維在瀝青中的分散效果,但是纖維表面物理變形的方法會導致纖維的剛度下降,增加“纖維球”產(chǎn)生的概率。1989年,F(xiàn)reeman對聚酯纖維瀝青混合料進行了全面的路用性能研究,結(jié)果表明,在瀝青混合料中加入聚酯纖維可以提高混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性以及耐疲勞性和韌性[5]。美國專利US6197423使用機械方法周期性壓扁圓截面纖維,以獲得沿纖維軸向有可變的寬度和厚度且表面粗糙和無應力缺陷的纖維,從而減小“纖維球”產(chǎn)生概率,改進纖維與瀝青的粘結(jié)性,保證纖維的均勻分散。美國專利US5753368在纖維表面上涂敷特殊的乙二醇醚表面活性劑來改善纖維表面與混凝土的結(jié)合力,使纖維更好的分散在混凝土中。Serfass在1996年的瀝青混合料鋪筑技術(shù)國際會議上,對聚酯纖維加入瀝青混合料以增強混合料路用性能提出了可行性建議,后來取得了良好效果,最近幾年越來越多的研究者開展了相關(guān)方面的研究[6]。德國等歐洲一些國家先預制纖維瀝青混合母料,然后再進行瀝青混凝土的混合料制備。美國則使用專門設(shè)備添加纖維,將纖維直接投到連續(xù)式拌合機中,可以精確地添加并使纖維均勻地分散在瀝青混凝土中。Mahabir等通過對瀝青混合料中加入廢舊的聚酯纖維的研究,研究表明,聚酯纖維可以提高混合料的力學性能和路用性能。另外,Putman采用報廢的汽車輪胎和地毯提取的纖維,加入到SMA瀝青混凝土中,與加入木質(zhì)素纖維的瀝青混凝土進行了對比實驗,結(jié)果表明,應用廢料提取出的纖維和木質(zhì)素纖維加強瀝青混凝土具有同樣的水穩(wěn)定性,而比木質(zhì)素纖維加強瀝青混凝土具有更好的韌性[7]。日本研究者對摻入菲特爾德Al聚酯纖維和未摻纖維混凝土進行馬歇爾實驗對比,發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土的穩(wěn)定度從10.62kN提高到15.2kN,高溫穩(wěn)定性得到改善。Chen對不同類型纖維的機理進行了分析,通過對瀝青基質(zhì)材料的粘結(jié)力和韌性試驗,

201*屆材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)

對基質(zhì)材料的微觀觀察以及流變試驗分析,發(fā)現(xiàn)纖維與瀝青之間的粘結(jié)性很好,隨著拌合溫度的升高,纖維瀝青的粘性與普通瀝青的粘性比增加,在掃描電鏡下觀察,纖維瀝青中的纖維呈三維的隨機狀態(tài)[8]。Putman等比較加入聚酯纖維瀝青混凝土干、濕狀態(tài)下的拉伸強度,發(fā)現(xiàn)纖維瀝青混凝土的損失強度比只有0.2%。李先生針對纖維混合料的力學性能進行試驗研究,結(jié)果表明,聚酯纖維可以提高瀝青混合料的力學性能。Benedito通過馬歇爾實驗、靜態(tài)和動態(tài)三軸試驗研究了聚酯纖維摻量和長度對纖維加強冷拌瀝青混凝土力學性能的影響,結(jié)果表明,纖維摻量為0.10%和0.25%,長度為40mm的纖維表現(xiàn)出最好的結(jié)果[9]。在賓夕法尼亞州,聚酯纖維增強HMA面層用來抵御反射裂縫的產(chǎn)生,研究結(jié)果表明,含聚酯纖維的熱拌瀝青混合料相對于一般瀝青混合料反射裂縫減少。在印第安納Jiang和McDaniel應用聚丙烯纖維加強熱拌瀝青混合料,反射裂縫減少,在佛吉尼亞,含有聚丙烯纖維或者聚酯纖維的熱拌瀝青混合料同樣增強了水穩(wěn)定性和抗車轍能力[10]。

2、國內(nèi)研究情況

我國是上個世紀末引入工程纖維技術(shù)的,與此同時也展開了有關(guān)的工作,但是與其他國家相比,研究成果和工程應用還很有限[7]。彭波等按混凝土總質(zhì)量0.3%的比例加入纖維進行車轍試驗發(fā)現(xiàn),由于聚酯纖維能對路面起到“加筋”和“橋接”穩(wěn)定作用,聚酯纖維瀝青混凝土的動穩(wěn)定度可以提高65%。長安大學和部分科研院所在纖維增強瀝青路面的路用性能方面進行了一些理論和試驗研究,其中長安大學率先成立了課題研究小組,對纖維瀝青混凝土進行相關(guān)性能研究[11]。陳華鑫等利用-10℃下彎曲蠕變試驗研究表明:AC16I級配的瀝青混凝土加人聚酯纖維后的抗彎拉強度增大10%,破壞應變增大了8%,瀝青混凝土的低溫抗裂性能得到加強,取得了較為豐富的成果。李煒光等對聚酯纖維瀝青混合料進行車轍、穩(wěn)定度、小梁彎曲等試驗,結(jié)果表明,聚酯纖維加入后,混合料的各項性能有明顯提高,尤其是低溫抗裂性。張爭奇等通過各種室內(nèi)實驗對纖維混合料進行研究,分析了纖維的具體類型、礦料級配等因素對纖維加強瀝青混合料的技術(shù)性能的影響,對纖維加強瀝青混凝土的作用機理進行了分析,提出了纖維瀝青混凝土設(shè)計和施工技術(shù)建議[12]。郭乃勝等人探討了聚酯纖維瀝青混凝土的低溫抗裂機理,發(fā)現(xiàn)由于加入質(zhì)量分數(shù)為0.2%聚酯纖維后,混凝土的脆化點溫度從-10℃下降到-20℃,低溫抗裂性能得到增強。張爭奇等研究了纖維和礦粉對瀝青膠漿性能的影響,采用動態(tài)剪切流變儀和彎梁流變儀(BBR)對纖維、礦粉和瀝青三者組成的瀝青膠漿的高、低溫性能進行了研究,分析了粉膠比和纖維用量變化對瀝青膠漿性能的影響,結(jié)果表明,提高粉膠比和增加纖維用量使瀝青膠漿的高溫性能改善,但會使低溫性能有所降低,采用纖維取代部分礦粉可取得瀝青混合料高、低溫性能均改善的

鄧楊:聚酯纖維在瀝青混凝土中的應用研究

效果[13]。張爭奇等對加入BoniFiber后瀝青混凝土進行馬歇爾殘留穩(wěn)定度對比實驗,結(jié)果表明:加入聚酯纖維的瀝青混凝土的殘留穩(wěn)定度從85%提高到91.2%,水穩(wěn)定性明顯得到改善。王華宇等通過對聚酯纖維混合料的拌和時間進行了研究分析,發(fā)現(xiàn)纖維加入混合料后干拌與濕拌時間也會對混合料的性能造成影響。陳華鑫等在纖維增強瀝青路面的路用性能方面作了很多的專題研究,為纖維瀝青混凝土的進一步研究和應用提供了很好的參考,其他科研院校的研究者也開展了纖維瀝青混凝土方面的研究[14]。彭波等對聚酯纖維瀝青混合料進行了系統(tǒng)的實驗研究,總結(jié)出纖維瀝青混合料強度增大,密度減小的規(guī)律,同時也證明了這種材料各項路用性能都有改善,高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性尤為明顯。馬朝慶等對聚酯纖維加入瀝青膠漿的用量進行了研究,結(jié)果表明,隨著纖維用量的增加,膠漿性能先增大后減小,同時礦粉和瀝青比也會對結(jié)果造成影響。武賢惠和姜艦通過小梁彎曲實驗研究了纖維瀝青混凝土的低溫抗裂性,研究結(jié)果表明加入纖維后,提高了瀝青混凝土的低溫抗裂性能[15]。林平東等針對我國北方地區(qū)冬季特別寒冷的特點,對聚酯纖維的低溫抗裂性能做具體的試驗研究,他們認為對于AC-16型級配瀝青混合料而言,12mm纖維的加筋效果較好,廖衛(wèi)東等在實際工程中對聚酯纖維SMA路面進行了研究,研究表明聚酯纖維對SMA混合料的水穩(wěn)性能和高溫抗車轍性能有明顯的改善,通過對孔隙率、動穩(wěn)定度、最佳油石比三個參數(shù)的多重回歸分析,建立了SMA路面結(jié)構(gòu)中聚酯纖維的最佳摻量與孔隙率、動穩(wěn)定度、最佳油石比三個參數(shù)的關(guān)系表達式,另外,一些學者開展了纖維瀝青混凝土應用在橋面鋪裝和路面維修養(yǎng)護中的性能研究,研究結(jié)果表明纖維改善了瀝青混凝土的路用使用品質(zhì),延長了路面的使用壽命[16]。

廣東肇慶馬房大橋、宜昌夷陵長江大橋、云南昆玉高速公路、陜西銅黃高速公路、滬杭高速公路等,這些工程應用表明摻聚酯纖維瀝青混合料的性能優(yōu)良,具有很好的應用前景[17]。新疆地區(qū)的晝夜溫差比較大,在瀝青混凝土中加入聚酯纖維后路面在抗高溫、低溫性能方面有了明顯加強;為了保證南京長江大橋在正常使用條件下15年內(nèi)不進行大幅度的維修,經(jīng)過謹慎考察研究后在21Km的道路和引橋的路面面層中全部摻入了聚酯纖維;湖南新建的末宜高速公路、河北石黃高速公路以及內(nèi)蒙210國道新建工程,北京城市二環(huán)道路中阜內(nèi)大街改造工程中都使用了聚酯纖維,據(jù)之后了解,業(yè)主對應用效果還比較滿意,達到了預期的效果[18]。江蘇省宜興市公路管理處陶岳、練強等,將軟纖維應用在道路面層上,發(fā)現(xiàn)添加聚酯纖維后,瀝青混合料的高溫抗車轍、低溫抗裂、水穩(wěn)性及抗疲勞等性能得到明顯改善,被業(yè)內(nèi)視為能有效提高路面性能的措施,浙江省麗水市直屬公路管理段陳永平等,通過瀝青混凝土摻加聚酯纖維在麗水山區(qū)公路上試驗應用后,明顯改善了瀝青路面的使用性能,認為聚酯纖維瀝青混

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凝土在山區(qū)公路上具有較大的應用推廣價值[19]。上海石化滌綸事業(yè)部自1998年起,進行開發(fā)研究能夠應用在道路上的聚酯纖維,于201*年初步形成了20kt/a的生產(chǎn)能力,并與國內(nèi)部分高等學府、交通科學研究單位合作共同進行纖維瀝青混凝土的工程應用研究,目前該纖維產(chǎn)品(金路絲)已經(jīng)用于高速公路和橋梁路面的鋪設(shè)[20],產(chǎn)品質(zhì)量完全用于高速公路和橋梁路面的鋪設(shè),產(chǎn)品質(zhì)量完全達到進口質(zhì)量指標,且生產(chǎn)成本低,質(zhì)量的穩(wěn)定性好。

目前國內(nèi)聚酯纖維應用主要集中在紡織領(lǐng)域中,應用于道路工程領(lǐng)域較少,市場上的纖維線密度偏小,不符合聚酯纖維路用標準。我國化纖行業(yè)應加大產(chǎn)業(yè)用聚酯纖維的開發(fā)力度,生產(chǎn)出單絲線密度、纖維強度和斷裂伸長率均符合路用纖維要求的工業(yè)絲,加速聚酯纖維在瀝青路、橋面工程中的應用,其市場前景將十分廣闊。

1.3路用纖維性能要求

對于路用纖維,其裂解、軟化、熔融溫度越高性能越好,以適應瀝青混凝土拌制工藝和攤鋪工藝的使用需求;路用纖維拉伸強度越高越好,保證在濕態(tài)下也不會大量的降低,并且要有適宜的斷裂伸長率,可回復伸長率越大越好,可以最大幅度的提高初始模量,纖維的這些物理機械性能直接影響纖維瀝青混凝土的力學性能[20],如:抗裂性能、抗拉性能、水穩(wěn)定性能等;此外,路用纖維還要求在日光和大氣作用下具有很好的穩(wěn)定性。

1.對高溫作用的穩(wěn)定性

瀝青混凝土要求在170~180℃的溫度條件下進行拌和,在150℃條件下進行鋪設(shè)和碾壓,因此要求加入瀝青混凝土的纖維必須耐高溫[20]。目前可以用高聚物的化學變化以及纖維的物理機械性能的變化來對聚酯纖維的高溫穩(wěn)定性進行評價。

2.力學性能(1)初始模量

纖維分子之間的作用力以及結(jié)構(gòu)決定纖維初始模量的大小,聚合物剛性越強,纖維越不容易發(fā)生形變;分子間的作用力越大,聚酯纖維結(jié)晶度或取向度越高,那么初始模量越大。聚酯分子鏈具有高度的立構(gòu)規(guī)整性,同時分子鏈中的苯環(huán)與對位酯基是剛性基團,因此聚酯纖維有較高的初始模量。

(2)斷裂強度與斷裂伸長率

由于分子結(jié)構(gòu)決定了聚酯纖維具有較高的斷裂強度,同時又具備適中的斷裂延伸率,滿足了摻入瀝青混凝土的纖維必須具有較高的拉伸強度又具有一定的韌性、能夠

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承受早晚溫差的熱脹冷縮以及外力沖擊的要求。并且聚酯纖維的吸濕率低,其干、濕態(tài)條件下的斷裂強度幾乎相等,而其它纖維在濕態(tài)條件下則有不同程度的降低。

(3)抗疲勞性

材料被多次重復施加應力如:伸長、壓縮、彎曲、切變后,力學性能發(fā)生衰減或破壞即材料會發(fā)生疲勞。聚酯纖維承受應力應變循環(huán)而不斷裂的次數(shù)最高,因此耐疲勞強度明顯好于其他纖維。另外,纖維的彈性恢復也能表征疲勞強度,彈性回復率高則表示抗疲勞強度也高。

3.在日光和大氣作用下的穩(wěn)定性

作為瀝青路面的攤鋪材料需要長期曝露在日光及大氣中,因此抗紫外以及對大氣作用的穩(wěn)定性影響著材料的使用壽命。聚丙烯腈纖維具有優(yōu)良的耐光和耐氣候性。聚酯纖維和聚乙烯醇纖維在日光下長期曝曬,強度幾乎不降低,也是很好的耐光和耐氣候材料。

1.4研究方法與重點

本文主要研究聚酯纖維加入瀝青混合料的最佳用量,所以首先選定瀝青為70號基質(zhì)瀝青,集料運用常用的石灰?guī)r,采用AC-16中值級配,通過馬歇爾穩(wěn)定度試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗,全面比較不同纖維摻量時瀝青混合料的各種性能指標的差異。我國公路大約90%以上高級公路采用瀝青路面。但是隨著社會發(fā)展,車輛增多,車載加重,路面出現(xiàn)了車轍、疲勞開裂等一系列問題。針對這些問題進行物理化學改性,加入聚酯纖維在瀝青混合料中進行改性,能有效地提高瀝青路面使用壽命。本研究的主要內(nèi)容有:

(1)選定加入瀝青混合料的聚酯纖維,確定纖維不會影響混合料的結(jié)構(gòu)性能。(2)瀝青混合料的配合比設(shè)計。采用密級配AC-16類型,利用馬歇爾方法確定最佳瀝青用量。

(3)聚酯纖維摻量的確定。參照網(wǎng)上提示以及歷年來各論文研究表明,摻入纖維質(zhì)量為混合料總質(zhì)量的0.2%~0.3%最佳,但是這組數(shù)據(jù)針對不同級配或者不同石料有變動。所以,本實驗選定摻入聚酯纖維量分別為0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%來確定最佳纖維摻量。

(4)在最佳摻量下,對混合料進行評價。得出最佳摻量結(jié)論時,各種試驗已經(jīng)結(jié)束。得出最佳摻量是進行綜合評價的,并不是每項性能都最好。這時可以分析實驗數(shù)據(jù),對比各種摻量下混合料性能的優(yōu)缺點。

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第二章原材料及試驗方法

2.1原材料

2.1.1瀝青

本實驗采用70號基質(zhì)瀝青,為國產(chǎn)瀝青。其指標如表2.1所示:

表2.1瀝青技術(shù)指標

性能指標針入度(25°,100g,5s)0.1mm延度(5cm/min)cm軟化點(°C)規(guī)范60-80≥10044~54試驗結(jié)果68.2>10049.6

70號基質(zhì)瀝青優(yōu)點是具有優(yōu)良的防水性能和粘結(jié)性能,且資源豐富而價格低廉,長期以來被廣泛用作鋪路材料,特別是在高等級路面上。缺點是對溫度敏感性差,低溫易變脆,高溫易發(fā)粘流淌,耐老化性能和耐疲勞性能差,容易產(chǎn)生如車轍,開裂等現(xiàn)象[21]。國產(chǎn)瀝青的特點如下:

1.比重一般偏小

比重大小與原油種類有直接關(guān)系,國外道路石油瀝青比重大都在1.0以上,我國瀝青除環(huán)烷中間基原油生產(chǎn)的比重稍微大于1.0以外,其他原油提煉的道路瀝青比重一般都小于1.0。

2.含蠟量偏高3.延度較小

我國生產(chǎn)的普通瀝青往往延度不夠理想,達不到標準要求。這和原油直接相關(guān),由于原油含蠟量高,生產(chǎn)的路用瀝青含蠟量也高,蠟的結(jié)晶對延度有直接影響。一般認為,延度大小與低溫性質(zhì)優(yōu)劣有關(guān)。

4.軟化點測定值較高,但熱穩(wěn)定性不好

國產(chǎn)普通瀝青的軟化點值大都在45~51℃范圍內(nèi),這種瀝青軟化點差值并不大,可是實際公路上應用時,在夏季高溫時容易軟化,路面泛油、擁包現(xiàn)象較為嚴重。這是由于瀝青中蠟的存在使瀝青軟化點測定值有假象,蠟的熔點在30~70℃之間,蠟的

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結(jié)晶軟化需要吸收一部分附加熱,從而使軟化點提高。2.1.2集料

集料包括巖石、自然風化而成的礫石(卵石)、砂以及巖石經(jīng)人工軋制的各種尺寸的碎石。集料在混合料中起骨架和填充作用的粒料,包括碎石、礫石、石屑、砂等。不同粒徑的集料在瀝青混合料中所起的作用不同。因此對它們的技術(shù)要求也不同。為此將集料分為細集料和粗集料兩種。在瀝青混合料中,一般粒徑小于2.36mm的稱為細集料,大于4.75mm的稱為粗集料。

瀝青混凝土路面的使用質(zhì)量與集料的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。特別是瀝青表面層的使用質(zhì)量對集料提出了更高的要求,要求集料具有強度高、顆粒形狀好、表面粗糙、吸水率小、對瀝青的粘附性好、磨光值高等特點,國內(nèi)外的科學研究和工程實踐反復證明玄武巖是瀝青表面層的一種適宜石料[22]。然而玄武巖集料供應比較緊張,且玄武巖價格比石灰?guī)r高很多,所以選定石灰?guī)r為混合料主體。根據(jù)JTGE42-201*《公路工程集料試驗規(guī)程》進行檢驗,其集料的各項性能指標都符合要求。2.1.3聚酯纖維

1.聚酯纖維簡介

聚酯纖維是采用石油中提煉出的原材料,加入特種添加劑,采用“旋轉(zhuǎn)熔化”法生產(chǎn)的纖維。主要用作瀝青混凝土纖維添加劑,與其他纖維添加劑相比,聚酯纖維具有很好的抗風化特性,對酸和其他大多數(shù)化學物質(zhì)具有極強的抵抗力。聚酯纖維由有機二元酸和二元醇縮聚而成的聚酯經(jīng)紡絲所得的合成纖維。工業(yè)化大量生產(chǎn)的聚酯纖維是用聚對苯二甲酸乙二醇酯制成的,中國的商品名為滌綸。是當前合成纖維的第一大品種。聚酯纖維的比

重為1.38cm;熔點255~260℃,在205℃時開始粘結(jié),安全熨燙溫度為135℃;吸濕度很低,僅為0.4%;長絲的斷裂強度為4.5~5.5克/旦,短纖維為3.5~5.5克/旦;長絲的斷裂伸長率為15~25%,短纖維為25~40%;高強型纖維強度可達7~8克/旦,伸長為7.5~12.5%。滌綸有優(yōu)良的耐皺性、彈性和尺寸穩(wěn)定性,有良好的電絕緣性能,耐日光,耐摩擦,不霉不蛀,有較好的耐化學試劑性能,能耐弱酸及弱堿。在室溫下,有一定的

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耐稀強酸的能力,耐強堿性較差。滌綸的染色性能較差,一般須在高溫或有載體存在的條件下用分散性染料染色。

2.聚酯纖維技術(shù)參數(shù)

本實驗中,聚酯纖維的選擇是非常重要的。因為纖維可以與混合料中的瀝青發(fā)生物理化學作用,加上纖維本身的性質(zhì)都會影響混合料性能。本實驗選用鹽城市恒固新材料科技公司的聚酯纖維HG-ZX1。技術(shù)參數(shù)如表2.2。

表2.2聚酯纖維技術(shù)參數(shù)聚酯纖維HG-ZX1纖維類型顏色規(guī)格/mm抗拉強度/mpa初始彈性模量/pa斷裂伸長率/%熔點/℃比重/cm3直徑/μm燃點/℃耐熱性能/℃卷曲性安全性束狀單絲白色6>682>924739.7%約2631.36-1.420±4約554210,2h(體積基本無變化)無無毒材料3.聚酯纖維的作用

(1)聚酯纖維對瀝青混凝土路面性能作用機理

聚酯纖維混凝土是繼鋼纖維混凝土后發(fā)展起來的。聚酯纖維表現(xiàn)為惰性,不隨著混合料酸堿性的環(huán)境影響而衰變,也不吸收濕氣,還具有高強度、高彎曲彈性、高延伸率、高取向性、易拌和等性能[19],在瀝青混凝土路面的應用中,能夠克服鋼纖維瀝青混凝土路面經(jīng)常出現(xiàn)的“腐蝕銹”“凸尖”等路面現(xiàn)象。聚酯纖維的強度以及韌性是由斷裂延伸率表示的,斷裂延伸率越大,那么該材料的韌性越好,不易拉斷,這樣摻入瀝青混合料中就可提高其抗裂性能。在晝夜溫差的熱脹冷縮及外力沖擊等的影響下,聚酯纖維瀝青混合料可以承受很大的拉伸變形,作為瀝青凝土纖維加強筋,能夠很好地提高瀝青混凝土路面的力學性能[19]。另外,其力學性能特點表現(xiàn)為在-40℃~250℃的溫度內(nèi)不脆化、不軟化變形,每根纖維都是獨立的,具有極強的吸附性,且不纏繞,能夠產(chǎn)生巨大的內(nèi)聚力,可以大大抑制瀝青混凝上的開裂、剝落,最終達到提高公路質(zhì)量和延長壽命的效果。因此,聚酯纖維瀝青混凝土的發(fā)展非常迅速。據(jù)有關(guān)研究,聚酯纖維添加在瀝青混凝土中的作用機理可以歸結(jié)為如下幾點[19]:

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①加筋作用。瀝青混凝土依靠瀝青而粘結(jié)在一起而不承受拉應力,聚酯纖維均勻分散在混合料中呈三維分布,且數(shù)量眾多,在混合料中都分布著纖維,增加了瀝青與礦料的粘附性,提高了集料之間的粘結(jié)力,在纖維瀝青混凝土中,纖維的作用等同于鋼筋混凝土中鋼筋的作用,可承受拉應力[19]。纖維通過與骨料的咬合作用,形成較大的摩擦角,同時加上瀝青膠漿的粘聚作用,將基體的拉應力傳遞給纖維,并主要由纖維來承擔,從而提高了路面的自愈能力;

②分散作用。聚酯纖維可以使膠團均勻分散在集料中,減少瀝青混合料中因未分散而形成的膠團,能夠減少路面油斑的存在;

③吸附瀝青作用。聚酯纖維加入混合料能夠吸附瀝青,間接增加了瀝青的用量,使瀝青膜變厚,增加瀝青混合料在孔隙較大的情況下的粘結(jié)力,從而增強瀝青混凝土路面的耐久性;

④穩(wěn)定作用。聚酯纖維能夠穩(wěn)定瀝青表面,使其狀態(tài)達到穩(wěn)定。當瀝青在高溫作用下膨脹時,這時候聚酯纖維之間的空隙就可以提供其緩沖而不溢出路面,增強了瀝青混合料路面的高溫穩(wěn)定作用。

⑤增粘作用。聚酯纖維的加入可以增加瀝青與礦料之間的粘附性。通過瀝青油膜的粘接作用提高集料之間的粘結(jié)力,從而達到提高水穩(wěn)定性的目的;

⑥阻裂作用。聚酯纖維在瀝青基體內(nèi)的復合分布為三相隨即分布,而且數(shù)量龐大,所以纖維可以填補混合料中的小裂紋,直接防止混合料的開裂,從而提高瀝青路面裂紋的自愈能力,減少裂縫的出現(xiàn)[19]。

4.聚酯加強纖維主要用途

聚酯加強纖維主要用途有:保護橋石配筋或鋼板不受侵蝕;瀝青路面的薄層瀝青混凝土罩面;鋼結(jié)構(gòu)橋鋪設(shè)瀝青土面層路石的修復和補筑;機場跑道與停機坪的加強;新建瀝青路面面層和舊瀝青面罩層;舊水泥路面罩面;涂補、灌縫、路緣石等[23]。

2.2試驗方案

研究擬采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗,全面比較摻加該纖維前后瀝青混合料的各種性能指標的差異。各種試驗項目的試驗溫度及采用的試驗方法與所需試件數(shù)量見表2.3。

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表2.3試驗項目、試驗條件、試驗方法及試件數(shù)量

試驗項目馬歇爾試驗浸水馬歇爾試驗凍融劈裂試驗車轍試驗試驗溫度60℃60℃25℃60℃試驗方法T0709-201*T0709-201*T0729-201*T0719-1993試件數(shù)量3個×2組3個×2組3個×2組3塊×2組

馬歇爾試件采用雙面擊實75次的方式,車轍板試件采用輪碾法成型。馬歇爾試件在進行相關(guān)試驗之前均按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-201*)中的水中重法測試其相對視比重,然后用混合料的實測最大密度按計算試件的空隙率。2.2.1配合比設(shè)計

聚酯纖維瀝青混凝土配合比設(shè)計與密級配瀝青混凝土相同,聚酯纖維能適用于密級配瀝青混凝土混合料,對瀝青混合料中的原材料要求與不摻加纖維時相同。目前用于配合比設(shè)計的主要方法有[24]:superpave法、馬歇爾法、貝雷法。鑒于馬歇爾符合規(guī)范要求且便于推廣,本文采用馬歇爾法作為混合料的配合比設(shè)計方法。馬歇爾配合比設(shè)計方法是在1939年左右由BruceMarshall最先發(fā)展起來的,隨后在美國陸軍工程兵部隊的應用中得到完善。該方法主要是通過滿足合適的穩(wěn)定度和流值條件下的密實度來控制和選擇集配用量。由于馬歇爾法簡單且十分經(jīng)濟,是目前應用較為廣泛的配合比設(shè)計方法。

2.2.2瀝青混合料技術(shù)性質(zhì)

1.高溫穩(wěn)定性

通常所說的“高溫穩(wěn)定性”中的“高溫”條件是指瀝青混合料在使用過程中受到荷載的反復作用,容易產(chǎn)生車轍、推移、擁包等永久變形的溫度范圍。道路實踐表明,在通常汽車荷載條件下,永久變形主要在夏季氣溫25~30℃,即瀝青路面路表溫度達到40~50℃以上,已經(jīng)達到或超過瀝青軟化點溫度的情況下容易產(chǎn)生,且隨著溫度升高和荷載的加大,變形增大。因此,高溫穩(wěn)定性是指瀝青混合料在高溫條件下,能夠抵抗車輛荷載的反復作用,不發(fā)生顯著永久變形,保證路面平整度的特性。

目前,我國《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-201*)規(guī)定,瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性以車轍試驗的動穩(wěn)定度指標進行評價。下面介紹我國瀝青路面高溫穩(wěn)定性評價方法發(fā)展歷程[25]:

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①無側(cè)限抗壓強度法

用于瀝青路面高溫穩(wěn)定性評價最簡單和直觀的方法。以高溫60℃抗壓強度RT及常溫與高溫時抗壓強度比值KT(KTRT/R20)來衡量。在20世紀70年代被馬歇爾法取代,是因為受力圖示與實際相差甚遠。

②馬歇爾試驗

馬歇爾試驗用于測定瀝青混合料試件的破壞荷載和抗變形能力。在規(guī)定溫度和加載速度下,對試件施加壓力,主要力學指標為馬歇爾穩(wěn)定度和流值。穩(wěn)定度是指試件受壓至破壞時承受的最大荷載,以kN計;流值是達到最大破壞荷載時試件的垂直變形,以0.1mm計。但是用馬歇爾穩(wěn)定度來衡量高溫穩(wěn)定性有一定的局限性。

③車轍試驗

車轍試驗方法首先由英國運輸與道路研究試驗所開發(fā)的,并經(jīng)過法國和日本等國道路工作者的改善。目前我國車轍試驗是采用標準方法成型瀝青混合料板塊狀試件,在規(guī)定溫度條件下,試驗輪以每分鐘42±1次的頻率,沿著試件表面同一軌跡上反復行走,測試試件表面在試驗輪反復作用下所形成的車轍深度。以產(chǎn)生1mm車轍變形所需要的行走次數(shù)即動穩(wěn)定度指標來評價瀝青混合料的抗車轍能力。

2.低溫抗裂性

瀝青路面的低溫開裂是路面破壞的主要形式之一。一般低溫開裂有三種形式:面層低溫縮裂、溫度疲勞裂縫以及反射裂縫。路面裂縫危害在于從裂縫中不斷進入水分使基層甚至路基軟化,導致路面承載能力下降,影響行車舒適性,并縮短路面使用壽命。因此提高瀝青路面抗裂性是重要研究內(nèi)容。

由于實驗限制,本實驗采用凍融劈裂試驗來進行評價聚酯纖維瀝青混合料的低溫抗裂性能。凍融劈裂試驗將馬歇爾試件分為兩組,第一組試件置于平臺上,在室溫下保存?zhèn)溆谩5诙M試件在98.3KPa~98.7KPa真空條件下保持15min,然后恢復常壓,在水中放置0.5h。取出試件放入塑料袋加入約10ml水,扎緊口袋,將試件放入-18℃冷凍室,保持16h。取出試件拆去塑料袋在60℃水浴箱中保溫24小時,再將兩組試件均放入25℃水箱中不少于2h,最后分別進行試驗。

3.水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是指瀝青混合料由于水侵蝕而逐漸產(chǎn)生瀝青膜剝離、松散、坑槽等破壞的能力。水穩(wěn)性差的瀝青混合料在有水存在的情況下,會發(fā)生瀝青與礦料顆粒表面的局部分離,同時在車載的作用下加劇瀝青和礦料的剝落,形成松散薄弱快,飛轉(zhuǎn)的車輪帶走剝離或局部剝離的礦;驗r青,從而造成路面缺失,并逐漸形成坑槽,導致瀝青混合料路面的早期損壞,造成路面使用性能急劇下降,進而縮短路面使用壽命。

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本實驗采用浸水馬歇爾試驗評價混合料的水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗將馬歇爾試件分為兩組,一組在60℃的水浴箱中保養(yǎng)0.5h后測定其馬歇爾穩(wěn)定度S1;另一組在60℃水浴箱中恒溫保養(yǎng)48h后測定其馬歇爾穩(wěn)定度S2;計算兩者比值,即殘留穩(wěn)定度S0。

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第三章聚酯纖維瀝青混合料配合比設(shè)計

3.1瀝青與瀝青混合料的重要作用

任何工程實體都是用各種材料組成的,瀝青、砂石材料和瀝青混合料是道路工程的物質(zhì)基礎(chǔ),它們的性能對道路工程,特別是路面工程的使用性能、耐久性能等起著決定性的作用,同時與工程造價有著密切關(guān)系。

材料的發(fā)展促進了結(jié)構(gòu)形式和施工工藝的發(fā)展;同時結(jié)構(gòu)的多樣性與施工工藝的不斷發(fā)展和進步對材料的要求日益增高。對于路面而言,隨著瀝青和瀝青混合料的使用品質(zhì)不但提高,路面形式不斷翻新和發(fā)展,瀝青路面的發(fā)展不僅使瀝青和瀝青混合料在品種上日益增多,而且對材料的性能和質(zhì)量提出了更高的要求。

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,高速公路的里程不斷增加。瀝青路面由于其平整性好、行車平穩(wěn)舒適、噪音低、養(yǎng)護方便、易于回收再利用等優(yōu)點,成為國內(nèi)外公路和城市道路高等級路面的主要結(jié)構(gòu)類型。在我國已建成的高速公路中,90%以上是瀝青路面。在今后的國道主建設(shè)中,瀝青路面仍將是主要的建設(shè)形勢。但是近年的交通量不斷增加使瀝青路面出現(xiàn)了一系列的早期損害,如車轍、開裂等。瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)及其設(shè)計方法應用不當是路面損害的主要原因之一。目前在瀝青路面的總造價中,瀝青與混合料的費用占總費用的一半以上。因此合理選擇材料,充分發(fā)揮瀝青、集料和瀝青混合料的性能,并延長路面的使用壽命具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益[26]。

3.2級配設(shè)計

本實驗主要是對比聚酯纖維混合料和普通混合料之間的性能差異,從而確定出最佳聚酯纖維摻量。鑒于AC屬于懸浮-密實結(jié)構(gòu)且屬于連續(xù)級配,應用廣泛,所以采用AC-16級配。

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表3.1AC-16設(shè)計級配

通過下列篩孔(方孔篩,mm)的質(zhì)量百分率(%)篩孔尺寸191610090959513.2927684849.5826071714.75623850502.36482637371.18361726.526.50.6261118.518.50.318712.512.50.151459.59.50.075946.56.5集配上限100集配下限100集配中值100實際集配100

圖3-1AC-16級配曲線

3.3最佳瀝青用量

瀝青混合料的最佳瀝青用量可以通過各種理論計算作粗略估計。由于實際材料性質(zhì)差異,按理論公式計算得到的最佳瀝青用量,仍然需要修正,因此理論只能提供一個參考數(shù)據(jù)。我國《瀝青路面施工及驗收規(guī)范》(GBJ5009296)規(guī)定的方法,在馬歇爾和美國瀝青協(xié)會方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國多年研究成果和生產(chǎn)實踐總結(jié)發(fā)展起來的方法。步驟如下:1.制備試樣

⑴按各級礦料的配合比,計算各集料的用量;⑵根據(jù)規(guī)范,初步估計瀝青用量為4%~6%;

⑶以估計的瀝青用量為中值,按0.5%間隔變化,取5個不同瀝青用量,按規(guī)定成型馬歇爾試件,按規(guī)定試驗方法測定物理指標和力學指標。

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2.測定物理指標

⑴表觀密度。采用水中重法測定其表觀密度ρs

ρsmaρw式(3.1)

mamwma干燥試件的空中質(zhì)量;mw試件水中的質(zhì)量;ρw為常溫水的密度,通常為1g/cm3

⑵理論密度ρt

100PawPPPP12...nat

12na式(3.2)

P1,,Pn為各檔集料的配合百分比;γ1,,γn為各檔集料的相對密度;Pa為油石比,%;γa為瀝青的相對密度。

⑶孔隙率VV。

VV(1⑷瀝青體積百分率VA。

VAPbss)100%式(3.3)tPb瀝青含量

⑸礦料間隙率VMA。

aw式(3.4)

VMAVVVA式(3.5)⑹瀝青飽和度VFA。

VAVFA100%式(3.6)VMA

根據(jù)測得的各項物理指標,計算結(jié)果如表3.2所示。

表3.2試驗數(shù)據(jù)匯總表

油石比(%)毛體積密度穩(wěn)定度KN8.738.989.018.948.83空隙率(VV)%5.865.314.864.413.7616

飽和度(VFA)%65.3367.0671.1074.9679.20流值0.1mm3.193.263.373.493.61間隙率(VMA)%16.9016.1216.8117.6118.084.04.55.05.56.0

2.3952.3982.3972.3862.3201*屆材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)

3.測定力學指標

力學指標主要測定馬歇爾穩(wěn)定度與流值。按標準方法制得的試件在60℃水浴箱中保溫30min,將試件放于馬歇爾穩(wěn)定度儀上進行馬歇爾試驗,測得試件破壞時最大荷載即為馬歇爾穩(wěn)定度。達到最大荷載瞬間試件所產(chǎn)生的垂直流動變形為流值(以0.1mm計)。

4.馬歇爾試驗結(jié)果分析

⑴繪制瀝青用量與物理力學指標的關(guān)系圖。以瀝青用量為橫坐標,分別以穩(wěn)定度、表觀密度、流值、飽和度、孔隙率等指標為縱坐標,分別繪制關(guān)系圖如下。

圖3-2瀝青用量與物理力學指標的關(guān)系

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⑵根據(jù)穩(wěn)定度、密度和孔隙率確定瀝青用量初始值OAC1。由圖3-2可知,穩(wěn)定度最大值時所對應的油石比a1為4.7,密度最大對應的油石比a2為4.8,孔隙率符合規(guī)范范圍的中值a3為5.0。

OAC1(a1a2a3)/3(4.74.85.0)/34.83

⑶根據(jù)符合各項技術(shù)指標的瀝青用量范圍確定最佳瀝青用量初始值OAC2。根據(jù)規(guī)范規(guī)定求出滿足穩(wěn)定度、流值、孔隙率、飽和度四個指標的瀝青用量,取其交集

OACmin~OACmax,以其中值作為OAC2,即

OAC2(OACminOACmax)/2(45.6)/24.8

得出最終瀝青用量OAC(OAC1OAC2)/2(4.834.8)/24.81,所以本實驗采用油石比為4.8。

3.4聚酯纖維摻量的確定

參照網(wǎng)絡聚酯纖維廠家建議以及歷年來各論文研究表明,摻入聚酯纖維質(zhì)量為瀝青混合料總質(zhì)量的0.2%~0.3%為最佳,但是摻量范圍是根據(jù)不同配合比或者不同石料變動的,這個范圍僅供參考,根據(jù)不同條件進行調(diào)整。所以,根據(jù)實際情況,本實驗通過對摻入纖維量分別為0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%進行馬歇爾試驗、車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗來確定最佳纖維摻量。

3.5小結(jié)

本章根據(jù)規(guī)范要求確定集料級配范圍,通過簡單試驗選定密級配AC-16級配中值為試驗級配。通過馬歇爾試驗,測定馬歇爾試件的穩(wěn)定度、流值和表觀密度,計算理論密度、孔隙率、瀝青飽和度、礦料間隙率等物理指標,得出瀝青用量與物理力學指標的關(guān)系,計算得出最佳瀝青用量。以之前研究者得出的最佳纖維摻量值為中值,按0.05%間隔變化,取5個不同的纖維摻量,得出本試驗不同纖維摻量值。

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第四章聚酯纖維瀝青混合料性能研究

4.1試件成型

4.1.1馬歇爾試件成型

馬歇爾試件按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-201*)中相關(guān)方法進行成型[27]。

(1)將稱好的各種規(guī)格的礦料放置于163℃烘箱中加熱保溫4-6小時,礦粉單獨加熱。將試模和底座放入烘箱加熱一小時備用。稱取適量聚酯纖維備用。

(2)將拌和機溫度調(diào)至石油瀝青拌和溫度(130~160℃),首先稱取需要瀝青用量于拌和機中,然后將加熱的石料倒入拌和機攪拌1.5min,待攪拌機第一次拌和停止下降穩(wěn)定后,加入聚酯纖維,繼續(xù)攪拌。加入纖維后,為了纖維在混合料中分散均勻,拌和時間應延長15s。同時將試模和底座從烘箱中取出,在試模內(nèi)壁涂抹少量黃油,將底座放回擊實架上。

(3)將拌合好的混合料人為攪拌數(shù)次,然后均勻而迅速的稱量一個試件所需質(zhì)量,分三次加入試模中,分別用插刀搗實。

(4)將試模放在底座上固定,再將裝有擊實錘及導向棒的壓實頭插入試模中,按下開關(guān),擊實75次。

(5)試件擊實一面后,取下套筒,將試模掉頭,裝上套筒,以同樣的方法擊實另一面。

(6)擊實結(jié)束,用鑷子將上下面的紙去掉。測量試件高度,若高度不符合要求時,應按下式調(diào)整集料用量,以保證試件高度符合63.5±1.3mm的要求。

調(diào)整后混合料數(shù)量6.35原用混合料數(shù)量

所得試件高度(7)試件擊實結(jié)束后,立即用鑷子取掉上下面的紙,卸去套筒和底座,將裝有試件的試模橫向放置冷卻至室溫后(不少于12小時),在脫模機上脫出試件。用卡尺檢查試件的尺寸,如高度不滿足63.5±1.3mm或直徑不滿足101.6±0.2mm要求,試件作廢。

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4.1.2車轍試件成型

車轍試件質(zhì)量=300×300×50×馬歇爾標準擊實密度×1.03,其中馬歇爾密度用水中重法測定,如圖4-1。

圖4-1水中重法測定馬歇爾密度

實驗室用輪碾成型機制備試件,試件尺寸為300mm×300mm×50mm。一層碾壓厚度不得超過100mm。準備工作、拌和溫度以及拌和方法過程和成型馬歇爾試件一樣。

(1)將預熱的試模從烘箱中取出,裝好試?蚣埽诘讓愉佉粡垐蠹,使底面和側(cè)面均被報紙隔開,將拌合好的全部瀝青混合料(注意不得散失)用小鏟稍加拌和后均勻地沿試模由邊至中按順序裝入試模,中部要略高于四周。

(2)取下試模框架,用預熱的小型擊實錘由邊至中壓實一遍,整平成凸圓弧形。(3)當用輪碾機碾壓時,應先將碾壓輪預熱至100℃左右。將乘有瀝青混合料的試模置于碾壓機平臺上,鋪上一層紙,輕輕放下碾壓輪,調(diào)整總荷載為9KN。

(4)啟動輪碾機,先在一個方向碾壓2個往返,卸荷,再抬起碾壓輪,將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向,在以相同荷載碾壓12個往返(24次)。

(5)壓實成型后,揭去表面的紙,用粉筆表明碾壓方向。

(6)將裝有壓實時間的試模,置室溫下冷卻,至少12小時后才可進行實驗。

4.2馬歇爾穩(wěn)定度試驗

4.2.1穩(wěn)定度試驗所用儀器

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(1)水浴箱。試驗采用江蘇無錫華南實驗儀器有限公司制造的CF-B型標準恒溫水浴箱,工作電壓220V,自控溫度為常溫-100℃,如圖4-2。

圖4-2水浴箱

(2)穩(wěn)定度儀。采用材料實驗室的電腦數(shù)控馬歇爾穩(wěn)定度測定儀,如圖4-3。

圖4-3穩(wěn)定度儀

4.2.2穩(wěn)定度試驗結(jié)果

將馬歇爾試件進行穩(wěn)定度試驗。將試件放入60℃水浴箱中保溫0.5h,然后進行測定穩(wěn)定度和流值,結(jié)果如表4.1。

表4.1馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

纖維摻量穩(wěn)定度010.620.1511.950.201*.200.2514.410.3014.180.3512.52

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圖4-4穩(wěn)定度曲線圖

由圖4-4可以看出,隨著纖維的用量增大,瀝青混合料穩(wěn)定度先增大后減小。其中,當聚酯纖維加入量為混合料總質(zhì)量的0.25%時,穩(wěn)定度達到最大,最大增幅達到35.7%。這是因為聚酯纖維經(jīng)攪拌均勻后,分布于瀝青混合料中,由于其質(zhì)量輕,加入后要占一定空間,在同樣的壓實功下密度有所降低,所以穩(wěn)定度增加,但是,繼續(xù)增大纖維用量反而會使穩(wěn)定度降低,這是因為當纖維超過臨界含量時,纖維之間會發(fā)生纏結(jié),增大了纖維之間的相互作用,從而產(chǎn)生應力集中而使復數(shù)模量降低,而且聚酯纖維在混合料中大量吸收瀝青中的飽和酚和芳香酚,所以導致穩(wěn)定度下降[28]。

4.3車轍試驗

4.3.1所用儀器

(1)車轍試驗儀。采用北京今谷神箭科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的車轍試驗儀。試驗輪:外徑200mm,輪寬50mm,橡膠層厚15mm。200℃時為84±2,600℃時為78±2,試驗輪行走距離為230mm±10mm,往返碾壓速度為42次/min±1次/min;加載裝置:使試驗輪與試件的接觸壓強在600℃時為0.7MPa±0.05MPa,施加的總荷重為78kg左右,變形測量裝置:自動檢測車轍變形并記錄曲線的裝置,溫度檢測裝置:自動檢測并記錄試件表面及恒溫室內(nèi)溫度的溫度傳感器,溫度計,精密度0.5℃;恒溫室:裝有加熱器、氣流循環(huán)裝置及裝有自動溫度控制設(shè)備,能保持恒溫室溫度600℃±10℃,溫度應能連續(xù)記錄。

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圖4-5車轍試驗儀

圖4-6車轍試驗儀內(nèi)部

4.3.2試驗結(jié)果

試件在車轍試驗儀中碾壓1小時或最大變形達到25mm時結(jié)束。其結(jié)果如表4.2。其中,瀝青混合料試件動穩(wěn)定度按式(4.1)計算。DS(t2t1)42c1c2式(4.1)

d2d1鄧楊:聚酯纖維在瀝青混凝土中的應用研究

表4.2瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

纖維摻量/%00.150.200.250.300.35第45分鐘變形/4.854.574.053.983.884.42第60分鐘變形/5.335.034.464.324.224.85動穩(wěn)定度次/131313671546186518691455

圖4-7動穩(wěn)定度變化趨勢圖

從圖4-7可以看出,隨著纖維摻量的增大,第45min和60min的變形先減小后增大,動穩(wěn)定度先增大后減小。在聚酯纖維摻量為0.3%時變形最小,動穩(wěn)定度達到最大。這是因為試驗初期瀝青混合料壓密程度會直接導致車轍的形成,并且隨后瀝青混合料的側(cè)向流動也會有影響,是否加入聚酯纖維對瀝青混合料的初期壓密變形影響不是很大,但是對纖維混合料后期的側(cè)向流動變形有比較大的影響,加入聚酯纖維后,纖維吸附以及穩(wěn)定瀝青,使瀝青的粘稠度和粘聚力增大,同時由于縱橫交錯的纖維具有加筋作用,使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力有所增強[29]。由此看出,摻入聚酯纖維可以明顯提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

4.4凍融劈裂試驗

4.4.1所用儀器

⑴試驗機。采用馬歇爾試驗儀,采用40KN或60KN傳感器,讀書精確到10N⑵恒溫冰箱。能保持溫度為-18℃,當缺乏專用的恒溫冰箱時,可以家用電冰箱

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的冷凍室代替,控溫準確度為2℃。

⑶恒溫水槽。用于試件保溫,溫度范圍滿足實驗要求,控制溫度準確度為0.5℃。⑷壓條。上下各一根。

⑸劈裂試驗夾具。下壓條固定在夾具上,壓條可上下自由活動。⑹其他:塑料袋、卡尺、天平、記錄紙、膠皮手套等。4.4.2試驗結(jié)果

表4.3瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

纖維摻量/%00.150.200.250.300.35未凍融劈裂抗拉強度/MPa1.10451.15431.25011.32081.33681.2638凍融劈裂抗拉強度/MPa0.84830.90611.00761.08831.11091.0338劈裂強度比/%76.878.580.682.483.181.8

圖4-8劈裂強度比變化圖

從上圖可以看出,瀝青混合料的劈裂強度比隨著纖維的增加先增大后減小,在摻量為0.3%時劈裂強度比達到最大,劈裂強度相比其它摻量也最大。試驗表明加入纖維對瀝青混合料的水穩(wěn)性有改善作用,這主要是因為纖維可以吸附部分瀝青,從而使瀝青用量增加,提高瀝青飽和度;并且聚酯纖維還可以使粘附在礦料上的結(jié)構(gòu)瀝青膜變厚,防止水對瀝青膠漿的侵蝕破壞作用,增強了瀝青膠漿抵抗自然環(huán)境破壞的能力,使混合料抗水損害能力增強[30]。

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4.5浸水馬歇爾試驗

準備不同纖維含量的馬歇爾瀝青混合料試件各6個,分別平均分為兩組,放入60℃水浴箱中保溫。0.5h后,分別測定其中一組不同纖維含量的馬歇爾穩(wěn)定度。結(jié)果如表4.4。

表4.4浸水馬歇爾試驗結(jié)果

聚酯纖維摻量/%00.150.200.250.300.350.5h馬歇爾穩(wěn)定度MS/(KN)10.6211.9512.201*.8815.4112.5248h馬歇爾穩(wěn)定度MS1/(KN)8.319.389.7211.3413.2410.31殘留穩(wěn)定度MS0/%78.378.579.781.785.682.3

圖4-9殘留穩(wěn)定度變化趨勢

從上圖可以看出,殘留穩(wěn)定度隨著纖維的增加先增大后減小。其中在0.3%時達到最大值85.6,相比未加纖維混合料增幅為9.3%,說明該纖維的加入能夠有效改善混合料的抗侵蝕能力,該纖維對改善混合料的抗水損能力有一定作用。這是因為在瀝青混凝土中加入纖維,由于纖維的吸附作用和微觀加筋作用使瀝青之間的粘滯力增加,延緩了瀝青從礦料表面剝離的速度,纖維粘附、裹覆于集料顆粒表面,構(gòu)成較厚瀝青膜,因此抵抗水侵蝕的能力增加,提高了混合料水穩(wěn)定性,進而增加了瀝青路面的耐久性,摻量過多時,纖維易結(jié)團,結(jié)團位置瀝青膜厚度反而更小,因此穩(wěn)定性反而降低[31]。

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4.6小結(jié)

本章研究了不同纖維摻量對瀝青混合料的各項路用性能的影響,通過車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗及結(jié)果得出以下結(jié)論:在普通瀝青混合料中添加聚酯纖維能顯著提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力,同時也提高了瀝青混合料低溫時的柔韌性,改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。當聚酯纖維摻量為0.3%時,各項性能最佳。相比普通瀝青混合料,動穩(wěn)定度最大增加了42.3%,劈裂強度比增大8.2%,殘留穩(wěn)定度最大增加了9.3%。但當纖維超過臨界含量時,纖維之間會發(fā)生纏結(jié)導致纖維與纖維間的相互作用增大,產(chǎn)生應力集中而使復數(shù)模量下降,剛度隨纖維含量的增加而下降,性能也隨之降低。

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第五章結(jié)論及展望

5.1結(jié)論

本文對聚酯纖維瀝青混合料進行試驗;跒r青混合料的馬歇爾試驗方法,聚酯纖維瀝青混合料采用AC-16的級配中值,選取摻量為0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%的聚酯纖維加入瀝青混合料,對確定混合料最佳瀝青瀝用量、不同摻量的纖維混合料路用性能對比等問題進行系統(tǒng)研究。通過馬歇爾法配合比設(shè)計、穩(wěn)定度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗結(jié)果,得出以下結(jié)論:

(1)摻聚酯纖維瀝青混合料配合比設(shè)計方法與普通瀝青混合料相同,聚酯纖維摻量的多少并不影響混合料中纖維以及各檔集料的百分比。

(2)摻聚酯纖維瀝青混合料應適當延長拌和時間,一般延長10~15s。(3)聚酯纖維可以提高瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、抗水損害性能。(4)不同纖維摻量對各項性能的影響不同,整體而言,當聚酯纖維摻量為0.3%時各項性能綜合最佳。其中,動穩(wěn)定度最大提高42.3%,殘留穩(wěn)定度和劈裂抗拉強度都有所提高。

5.2展望

本文通過向瀝青混合料中摻入不同含量的聚酯纖維來確定聚酯纖維的最佳摻量。利用車轍試驗、穩(wěn)定度試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗來測定路用性能。從室內(nèi)試驗的總體效果來看,聚酯纖維可以較好的改善瀝青混合料的路用性能。由于實驗條件和時間的限制,還有很多方面有待進一步研究。對于本領(lǐng)域的研究還應進行以下幾個方面的深入研究:

(1)在配合比設(shè)計、原材料的選用、纖維摻量的細化方面進行更深一步的研究。(2)加大試驗量,采用多個試驗對同一路用性能指標進行評價。

(3)對聚酯纖維進行研究,使纖維加入混合料后分散更均勻,更容易與混合料中的瀝青發(fā)生有利反應。

通過以上研究試驗,可以得到更好性能的纖維混合料,使其在路面應用中壽命更長。研究更廣領(lǐng)域的石料、纖維摻量、配合比可以在成本與效果上找到臨界點,提高經(jīng)濟效益。同時對纖維改性、分散、吸油等進行研究,可以減少施工麻煩,提高工程效率。

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謝辭

本論文是在王念老師的細心指導下完成的。初期由于經(jīng)驗匱乏,在很長一段沒能理清思路,如果沒有王老師的督促指導,完成論文難度可想而知。老師平時工作繁忙,但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段都對我耐心提醒、細心指導。老師深厚的學術(shù)功底和開闊的眼界使我的論文更加專業(yè),更加嚴謹。在此向王老師表示衷心地感謝!老師嚴謹治學的態(tài)度,開拓進取的精神和高度的責任心都將使我受益終生!

同時還要感謝同組設(shè)計成員王代勇、黎明航、趙伯陽、唐森、張波在實驗過程提供的幫助。是你們在平時設(shè)計中和我一起探討問題,并指出我設(shè)計上的誤區(qū),使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計順利的進行下去,沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿,在此表示深深的謝意。

在實驗過程中還得到了學校道路實驗室老師的大力支持。在此,衷心的感謝你們給予的理解、支持和幫助!

最后感謝各位老師對本文的評閱和指導。

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