聚丙烯腈纤维沥青混合料性能及界面表征

《聚丙烯腈纤维沥青混合料性能及界面表征》一书针对聚丙烯腈纤维在路用沥青混合料中的应用做了较为全面的论述，内容包括聚丙烯腈纤维在沥青及沥青混合料中的相容性、稳定性、界面性能、作用机理、黏弹性能、施工技术及经济性等方面。

本书可供从事道路设计、施工、科研人员学习参考，亦可供大专院校相关专业师生及建筑材料领域有关专业人员参考。

第1章　绪论

1.1　沥青路面中为什么要添加纤维

1.1.1　沥青路面损坏类型

1.1.2　纤维在沥青混合料中的作用

1.2　路用纤维的品质和性能

1.2.1　路用纤维的技术要求

1.2.2　常用的路用纤维

1.3　纤维沥青混合料的研究现状

1.3.1　沥青混合料性能改善的途径

1.3.2　国外研究现状

1.3.3　国内研究现状

1.3.4　纤维沥青混合料研究与应用中存在的问题

第2章　聚丙烯腈纤维与沥青混合料的相容性

2.1　概述

2.2　常用路用纤维的性能特点

2.2.1　路用木质素纤维

2.2.2　路用玄武岩矿物纤维

2.2.3　聚丙烯腈纤维

2.3　纤维在沥青混合料中的相容性

2.3.1　纤维的吸油性

2.3.2　纤维的吸水性能

2.3.3　纤维的耐热性能

2.3.4　纤维的分散效果

2.4　纤维沥青混合料的配合比设计

2.4.1　沥青混合料的组成结构

2.4.2　沥青混合料的配合比设计

2.5　本章小结

第3章　聚丙烯腈纤维沥青胶浆性能

3.1　概述

3.2　纤维沥青胶浆的制备

3.3　纤维沥青胶浆的黏滞性

3.3.1　试验方法的选择

3.3.2　温度对纤维沥青胶浆性能的影响

3.3.3　纤维类型及掺量对沥青胶浆性能的影响

3.4　纤维沥青胶浆的低温稳定性

3.5　纤维沥青胶浆的动态剪切流变性能

3.5.1　动态剪切流变性能测试方法

3.5.2　流变参数与温度的相关性

3.5.3　纤维沥青胶浆高温抗永久变形性能

3.6　聚丙烯腈纤维与沥青的界面性能

3.6.1　纤维在沥青胶浆中的分布状态

3.6.2　聚丙烯腈纤维与沥青的界面表征

3.7　聚丙烯腈纤维沥青胶浆黏弹特性力学模型

3.7.1　纤维沥青胶浆的蠕变回复性能

3.7.2　纤维沥青胶浆黏弹特性模型

3.8　本章小结

第4章　聚丙烯腈纤维沥青混合料的路用性能

4.1　聚丙烯腈纤维沥青混合料的高温稳定性

4.1.1　TRRL高温抗车辙性能

4.1.2　CPN高温抗车辙性能

4.1.3　AAPA高温抗车辙性能

4.1.4　车辙试验相关性分析

4.2　聚丙烯腈纤维沥青混合料的低温稳定性

4.3　聚丙烯腈纤维沥青混合料的水稳定性

4.4　纤维在沥青混合料中的作用机理

4.4.1　纤维在沥青混合料中的分布

4.4.2　聚丙烯腈纤维在沥青混合料中的主要作用

4.4.3　纤维改善沥青混合料稳定性的机理

4.5本章小结

第5章　聚丙烯腈纤维沥青混合料黏弹特性及模型

5.1　概述

5.2　沥青混合料的黏弹特性原理

5.2.1　沥青混合料的黏弹性特征

5.2.2　沥青混合料的黏弹性模型理论

5.3　沥青混合料黏弹特性研究现状

5.4　聚丙烯腈纤维沥青混合料的蠕变性能

5.5　聚丙烯腈纤维沥青混合料流变模型

5.6　本章小结

第6章　聚丙烯腈纤维沥青混合料施工技术及经济性分析

6.1　纤维沥青混合料施工技术

6.1.1　纤维沥青混合料拌合工艺

6.1.2　纤维沥青混合料的质量控制

6.1.3　纤维沥青混合料摊铺和碾压

6.2　纤维沥青混合料的经济性分析

6.2.1　道路初期建设增加的费用

6.2.2　纤维成本核算

6.2.3　养护费用分析

6.2.4　用户费用分析

6.3　试验段铺筑

6.4　本章小结

参考文献

高循环疲劳的裂纹形成阶段的耐疲劳性能常以S-N曲线表征，S为应力水平，N为疲劳寿命。S-N曲线需要通过试验验证测定，试验采用小型标准件或实际构件。若采用小型标准构件，则试件裂纹扩展寿命较短，常以断裂时的循环次数作为裂纹形成寿命。

表征低循环疲劳裂纹形成阶段的疲劳性能的有

早期的观点及近期发展出的结论逐步将爆炸焊接界面波存在的不规则性呈现出来，并进行了定性分析，但尚未实现量化分析。据此，本项目以爆炸焊接界面为研究对象，基于分形理论建立了焊接界面形貌定量分析方法。主要研究内容及对应结果： (1) 基于爆炸焊接波状界面形成的失稳机理与流体—弹塑性模型，在飞板反向射流与空气之间存在着R-T、K-H，甚至R-M不稳定性条件，因而提出失稳是发生在金属流体薄膜与空气之间。由界面波幅与波长之比判定线性理论成立，从而建立双层流体失稳线性控制方程，获得失稳发展特征指数表达式。结果表明在金属流体弹—粘性与失稳机制竞争作用下，特定波长范围的扰动能够被优先发展，其他波长的扰动被抑制或未能发展，从而使得波状界面在沿爆轰方向较为一致，实验结果也验证了这一结论的正确性。 (2) 进一步利用分形理论研究爆炸焊接界面形貌特征。运用三维超景深显微镜获得界面形貌图像，通过Matlab图像分析技术对界面形貌进行二值化处理，基于分形理论获得图像分维值以及多重分维谱，从而建立界面形貌定量表征方法。 (3) 基于(2)所建立的方法对(1)所阐述的爆炸焊接界面波的形成、发展与最终形貌开展分维表征，从而实现对界面形貌的定量分析。 (4)利用(3)所形成的结论，对爆炸焊接界面形貌差异开展定量化评价。运用三维超景深显微镜获得爆炸焊接界面形貌图像，结合冲量理论，定义中心区域与边侧区域分界线；最后基于分形理论实现焊接界面形貌差异定量描述。 (5)利用(4)所形成的结论，结合分维是熵的度量之物理意义建立界面结构熵，导出波状焊接界面微观结合面积计算式；结合内聚力模型，阐述界面结构对复合性能影响的能量关系式，实现界面结构与断裂性能的定量分析。 (6)基于(5)的结论，尝试建立界面剪切强度与断口轮廓分维值及其多重分形谱关系。结果表明焊接界面剪切强度在数值上与分维值及多重分形谱呈正相关。 本项目成功建立了爆炸焊接波状界面形貌定量表征方法，导出了界面分维值与对应结合能关系式，从而实现焊接界面形貌结构及对应失效行为量化分析，为焊接界面性能定量评价指供理论指导。按照预期计划完成了项目研究。

粘性A. 粘性系数(粘度)的定义

粘性的大小用粘性系数（即粘度） 来表示。牛顿粘性定律（见牛顿流体）指出，在纯剪切流动中，流体两层间的剪应力

式中

在通常采用的厘米·克·秒制中，粘性系数的单位是泊（Poise）。

国际单位制用帕·秒（1泊=1达因·秒/厘米²=10^-1帕·秒），它的量纲为ML^-1T^-1。对于多数流体，常用的单位是厘泊（10^-3帕·秒）。

粘性B. 常见流体的粘性系数

不同流体有不同的粘性系数。少数液体（如甘油）的粘性系数可以达到15泊；橄榄油的粘性系数接近于1泊。在20℃时，水的粘性系数为1.0087厘泊。气体的粘性系数从氩的2.1×10^-4泊到氢的0.8×10^-4泊，它们的数量级都是10^-4泊。

粘性C. 粘性系数的计算

粘性系数

对于气体，粘性系数M和温度T的关系可表为萨瑟兰公式：

式中B≈110.4开；

来近似真实的粘性关系。幂次n的变化范围是1/2≤n≤1，它依赖于气体的性质和所考虑的温度范围。在高温时，例如3000开以上，n可近似地取为1/2;在低温时可取为1。对于空气而言，在90开

它与萨瑟兰公式的误差不过5%。

对水而言，粘性系数和温度的关系可近似地写成：

对于一般的流体运动，假设：①运动流体的应力张量在运动停止后应趋于静止流体的应力张量；②偏应力张量

式中，