玻璃纤维格栅沥青涂层的工艺研究

马志鹏 张再兴 王春霞

(1.盐城工学院纺织服装学院，盐城，224051;2.常州纺织服装职业技术学院纺织化学工程系，常州，213164)

原有城市道路多为混凝土路面，随着使用年限增长，道路交通量和汽车载重的增大，加之更换城市道路下铺设掩埋的雨水污水管道，对旧水泥路面结构损坏严重，如何修复城市道路成为一个迫切需要解决的问题。作为城市主要干线，传统的打板重做路面不仅费时费力，而且群众意见很大。沥青路面具有平整度好、噪声低、扬尘少等优点，在旧混凝土路面上加铺沥青罩面层是一种改善其使用性能的有效措施，但在沥青加铺层中出现反射裂缝是需要解决的主要问题［1-3］。

玻璃纤维因其理化性能稳定、强度大、模量高、耐磨性和耐寒性优异、热稳定性好，并且可提高沥青混合料的承重能力，被广泛用于城市道路中。为保护玻璃纤维和提高整体使用性能，以玻璃纤维无碱无捻粗纱为主要原料，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，经过特殊的涂覆处理工艺而形成新型优良的土工基材——玻璃纤维格栅。在城市道路中使用玻璃格栅，综合造价低，养护维修费用低，社会效益明显，施工工艺容易掌握，具有很大的应用价值。加入玻璃纤维格栅的沥青混凝土道路结构层，能有效地减小沥青混凝土结构层的设计厚度，从而降低工程成本;同时能延长道路使用年限，降低道路的维护费用及使用成本［4-6］。

本文拟将沥青、乳化剂和水的混合液涂覆于玻璃纤维表面。为获得较合理的拉伸断裂强力，探究沥青、乳化剂和水的最佳配比及涂层的最佳工艺。

1 试验

1.1 材料

线密度为1 500 tex的玻璃长丝束、沥青和乳化剂。

1.2 试验方案

采用配方均匀设计分析沥青、乳化剂和水的最佳配比，配方均匀设计表见表1。采用正交试验分析沥青涂层的最佳工艺，因素水平见表2，由于本试验是一个3因素3水平试验，故选择L9(34)正交表来安排试验［7］。

1.3 沥青涂层处理

根据沥青、乳化剂和水的配比，配制涂层液50 g，将玻璃纤维放入涂层液中浸泡一定时间后取出，放入一定温度的烘箱中烘焙一定时间。

分析沥青、乳化剂和水的最佳配方时，烘焙时间为10 min，烘焙温度为130℃。每种涂层工艺制备10个试样。

表1 配方均匀设计表

表2 因素水平表

1.4 拉伸性能测试

为了防止拉伸时在夹头处断裂，使用铝箔片和AB胶将玻璃纤维的两端固定在31 cm×3 cm长方形纸片上(见图1)。纸片两端各打一个圆孔。采用Hiok-S型万能材料试验机(美国Hounsfiec公司)进行拉伸性能测试。

图1 玻璃长丝束拉伸试样

2 结果与讨论

2.1 涂层液的最佳配比分析

玻璃长丝束的断裂强力为517 N，沥青涂层玻璃长丝束的断裂强力见表3。涂层对玻璃长丝束断裂强力影响的单因素试验方差分析结果见表4。从F 分布表中查得 F0.01(1，16)=8.53，F=41.072 54＞8.53，所以涂层对玻璃纤维的断裂强力有非常显著的影响［7］。涂层后玻璃纤维的断裂强力提高60%左右。

表3 配方均匀设计结果分析

表4 涂层对玻璃长丝束断裂强力影响的分析

由于配方均匀设计的试验点分布得比较均匀，所以可以通过表4进行直观分析，结合实际情况直接选用其中较好的试验点作为最优配方［7］。涂层液的配比因素初步选3、5、6三种水平进行涂层最佳工艺研究。

表5 正交试验结果分析

2.2 涂层的最佳工艺分析

根据极差R的大小，影响因素的主次顺序为:配比，烘焙温度，烘焙时间。

指标值越大越好，所以应选择配比、烘焙温度、烘焙时间的 K1、K2、K3(或 k1、k2、k3)中最大值对应的那个水平。

由表5可知，配比列:K2＞K3＞K1;烘焙温度列:K1＞K3＞K2;烘焙时间列:K3＞K2＞K1。所以，最优方案为 A2B1C3，即沥青、乳化剂、水配比为0.198∶0.745∶0.057;烘焙温度为 110 ℃;烘焙时间为30 min。

3 结语

(1)沥青涂层对玻璃长丝束的断裂强力有显著的影响，涂层后，玻璃长丝束的断裂强力大大增加。

(2)涂层的最佳工艺:沥青、乳化剂、水配比为0.198∶0.745∶0.057;烘焙温度为 110 ℃;烘焙时间为30 min。

［1］ 张艳锋，刘开平.玻璃纤维土工格栅在公路工程中的应用［J］.华东公路，2007(1):64-66.

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［4］ 危良才.国内外玻璃纤维制品生产现状及发展动向［J］.纤维复合材料，2005(2):61-66.

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