玻璃纤维层（共9篇）
玻璃纤维层 篇1
0 引言
火灾给人类的生命财产带来了极大的损失, 特别是近年来, 由于建筑物高层化、大规模化及用途的复合化, 火灾发生的因素也随之增加、火灾规模也日趋扩大。为避免或减少建筑物在火灾中发生垮塌, 建筑物的耐火性能这个概念应运而生。耐火性能是材料或组件承受火灾并且保持其结构功能和 (或) 将火灾限制在一定空间的性能。因此从概念上讲, 耐火性能的应用是在建筑物可能暴露于火灾的情况下, 通过采用防火墙和耐火屋面板等方式防止成片的城市区域被火灾烧毁。为达到该目标, 承重或非承重的建筑构件都必须设置防火保护并能阻挡火灾蔓延。目前, 最广泛使用的隔热材料是矿物纤维涂覆材料, 统称为喷射耐火材料。
1 喷射无机纤维防火护层材料的历史
喷射无机纤维防火护层材料, 欧美在20世纪50年代就开采用。日本在20世纪60年代曾大量采用喷射石棉无机纤维防火护层作为钢结构建筑的耐火被覆材料, 后由于石棉粉尘会癌的问题, 而被禁止使用。为此, 人们用人造无机纤维作为石的替代品。1972年, 美国材料与试验协会制定了有关矿物纤维喷射技术及施工规范标准。在2000年修订的ASTM准中, 把这种材料称为SFRM翻译为喷射防火 (或阻抗火) 材料, 定义为喷射到基材上以提供对基材进行防火保护的材料。它包括喷射纤维类材料和喷射水泥类材料这2大类。我国一般称之为喷射无机纤维防火保护材料。
2 喷射无机纤维防火护层材料的组成及特点
喷射无机纤维防火护层是将粒状无机纤维通过喷射施工方式, 喷打在被附着表面 (基面) 上, 生成的粒状棉与粒状棉再相互聚集, 而成附着在基面上有一定形状的纤维层材料。为使粒状棉与粒状棉之间相互结合紧密形成一体, 牢固地附着在基材表面, 除了喷射打击以外, 还需配上粘接剂。喷射无机纤维防火护层材料具有以下优点: (1) 对钢、混凝土和木材有很好的附着力。 (2) 导热率低, 尤其是在火场高温下。 (3) 质量轻, 所增加的质量不大, 在结构可承受的范围内。 (4) 在高温火场中, 厚度没有明显变化, 护层不熔化、不脱落, 能够使被保护构件达到sh以上的耐火极限。 (5) 产品经济, 材料费、生产费和施工费的总费用低。 (6) 安全性好, 在火场中不产生有毒有害气体。 (7) 耐候性好, 能长时间经受昼夜温差和四季温差以及紫外线的侵袭。 (8) 在结构表面附着的防火护层材料, 其表面可进行第2次装饰处理。
3 喷射无机纤维防火护层材料的防火隔热原理
3.1 在一个物体内部的传递热隔热层的作用是防止热量传入被除却的空间, 其应具有的特性是:导热系数小、容重小、耐高温性好。
平壁所需隔热层厚度见式 (1) :λ=δ[ (TZ-TB) α]/ (TB-TW) (1)
式中:λ为隔热层导热系数;α为空气对隔热层外表面的放热系数;TW为隔热物体的温度;TZ周围环境温度;δ为隔热层厚度;TBB为隔热层外表面温度。
单层平壁导热速率的工作方程式见式 (2) :Q=Ka× (t2-t1/b) =△t/R (2)
式中:Q为传递热量;A为传热面积;△t温度差称为传热推动力;b为单层平壁厚度;R为导热热阻。导热系数k是物质的物理性质之一。其值的大小反映物质导热能力的强弱, 其值越大, 导热能力越强。通常根据导热系数的数值来选择合适的导热材料, 需要减小导热速率的场合选用导热系数小的材料。
也可用式 (3) 表示:Q=A·λ·△T/L (3)
式中:△T为热源与基材的温度差;L为传热距离。
3.2 在两个完全接触的物体内传热在两个完全接触或是一个物体的不同部分, 因为温度梯度的关系而引起内能交换的现象, 热传导可以定义为热流与温度梯度的比值。热能传导时与每单位面积的热传导速率q以及温度梯度成正比, 有:q/A=αT/αx
设定k为比例常数, 可得式 (4) :q″=q/A=-kx (αT/αx) (4)
式中:q″为热流通量;A为热流量面积;αT/αx为热流方向的温度梯度;由此可计算出单位时间所传导的能量。
4 研究的方向及建议
4.1 该种材料与其它相似厚型、薄型防火涂料相比, 最突出的性能是由无机成份组成, 耐候性好、耐火性能稳定持久、多年使用不影响其防火性能、耐火时间高。但是该种材料是一层疏松的隔热防火体系, 不能把它归结为防火涂料。最确切的归类应为喷射无机材料类, 在消防领域开辟这个新型防火保护品种, 发展该行业以及相关产业对发展我国经济, 保护人民生命财产安全具有重要意义。
4.2 急需出台喷射无机纤维防火保护材料的产品行业标准。由于消防产品需要消防产品合格评定中心对生产设备、检测设备等进行验收, 但由于在我国该产品还处于推广应用阶段, 没的统一的验收标准, 合格评定中心也没法开展相应的评定工作。制定相应的标准时不我待。
4.3 对防火保护隔热材料的类型和厚度的选择不应孤立进行, 而应该结合建筑、结构、经济、建设的需求和实践、产品的适用性以及合理的尺寸增长等因素进行选择。通常, 这些实际的因素促成了整个建筑防火保护设计的连贯性和合理的一致性, 并能尽量减少不同构件的差别。
5 结语
随着经济建设的高速发展, 大跨度、超高层建筑越来越多, 喷射无机纤维防火护层材料有着独特的优点, 喷射无机纤维防火护层材料这种结构防火保护新材料的研制成功, 使得我国结构防火保护的措施更加多样化和环保化。
玻璃纤维层 篇2
纤维方向对铺层拼接件的力学性能影响
以碳纤维增强树脂基复合材料为研究对象,讨论了纤维取向对复合材料平板柔度及其变形的.影响规律.采用有限元法分析了不同纤维方向对铺层拼接件的力学性能影响,计算表明拼接区的应力变化复杂,应力集中显著.根据计算数据求出最大应力随纤维偏角的变化关系,并通过引入应力集中系数,得到了计算铺层拼接件最大应力的表达式.
作 者：贾普荣 矫桂琼 王文贵 戴棣 作者单位：贾普荣,矫桂琼(西北工业大学力学与土木建筑学院)王文贵,戴棣(北京航空制造工程研究所)
刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：复合材料 纤维方向 铺层拼接 应力集中玻璃纤维层 篇3
关键词:不锈钢纤维毡隔离层表面缺陷
中图分类号:TG115文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0047-01
不锈钢纤维毡因具有高强度、高过滤精度、高纳污容量、耐高温、耐高压、抗腐蚀、抗热震、可折叠、可焊接、可反复清洗等特点,已广泛应用于军工、化工、化纤、冶金、石化、食品加工、机械设备、环保等领域[1,2],且其应用范围不断扩大,需求量也在不断上升。为扩大市场,满足市场需求,我们不仅要注重产量,更要狠抓产品质量。
在纤维毡烧结过程中,为防止毡与毡之间粘连,要用隔离层对纤维毡进行隔离。由于不同的隔离层同纤维毡之间存在性能差异,并且隔离层在使用过程中对纤维毡造成污染,从而使烧结的纤维毡出现各种缺陷。本文就隔离层对不锈钢纤维毡表面质量的影响进行分析和探讨。
1 使用材料和方法
使用两种不同的隔离层,一种为耐高温二氧化硅陶瓷布,另一种为用金属钼丝织成网制作的隔离层。在烧结不锈钢纤维毡过程中,使用相同的生产工艺,分别用这两种隔离层对纤维毡进行隔离,尔后在真空炉中烧结。出炉后,纤维毡经过吸尘、平整后,进行表面宏观检查。利用统计技术计算并分析产品的缺陷。
2 结果与分析
用耐高温布和金属网做隔离层时,产品的表面缺陷统计分别见表1和表2,其不合格品排列图如图1和图2。可以看出,使用耐高温布时,影响纤维毡产品质量的主要缺陷是折皱、结板、针眼;使用金属网时,其主要缺陷为不均匀、折皱、结板,而纤维毡不均匀和结板与铺毡机的老化有关,与隔离层的使用无关;用耐高温布作隔离层的毡表面缺陷的百分率高于用金属网作隔离层的。
隔离层与不锈钢纤维的物理性能不同,在烧结过程中,其伸缩性与不锈钢纤维毡不能保持一致,致使烧结出的毛毡表面起伏不平,呈波浪状,在平整过程中产生折皱,严重时则产生折叠。折皱也与平整机的辊的突度有关。平辊平整时会加大折皱的产生机率。
夹杂、针眼、熔洞一方面与纤维在酸洗除铜包套时夹有塑料丝网及纤维毡在成网、配制过程中,异物混入有关,另一方面,与隔离层表面不干净、吸尘不彻底有关,当其表面异物杂质不排除掉,致使毛毡在装炉时杂质落入,烧结后形成夹杂、针眼、熔洞等缺陷。由此可见,这些缺陷的产生都与隔离层的使用有关。
使用金属网隔离层时折皱下降不明显,夹杂、熔洞、黑斑略有下降,但针眼下降明显。这一方面由于纤维本身杂质减少,另一方面由于耐高温布在使用几次后,变脆,易烂,表面不易受力,其表面杂质不易排除。而金属网隔离层材质坚硬,易搬动,易清理。使用金属网隔离有时也有新的缺陷产生,如压坑等,这都与隔离层处理时的操作工艺有关。另外,由于金属网制作的隔离层比耐高温布硬,柔韧性差,在出炉时会出现隔层划痕。有的轻微划痕在平整后可消除,严重的由于厚度限制不能消除,部分影响了产品表面美观,严重者成为不合格品。
另外,使用耐高温布烧结的毡表面平整,不会产生压坑、划痕等缺陷。但其成本高,使用寿命短,并且烧结后产生的大量粉尘会对人体产生极大危害。而金属网制作的隔离层,其制作简便,成本较低,使用寿命长,产生的微量粉尘少。应逐渐淘汰耐高温布,大量使用金属网制作的隔离层。
3 结语
(1)使用金属网制作的隔离层优于耐高温布隔离层;
(2)折皱仍然是主要缺陷,隔离层在烧结过程中的伸缩性对纤维毡表面折皱影响较大;
(3)减少纤维毡的产品缺陷应集中在不均匀、结板、折皱上。
参考文献
[1]金永良.金属纤维的性能特点及其产品开发[J].棉纺织技术.2003,31(5):284.
纤维封层技术在我国的应用 篇4
1.1定义
纤维封层技术是指采用纤维封层核心设备同时洒 (撒) 布沥青结合料和玻璃纤维, 然后在上面洒布碎石经碾压后形成新的磨耗层或应力吸收中间层的一种新型道路建设施工和养护技术。
1.2技术特点
1.2.1良好的应力吸收和分散能力
纤维封层具有独特的网络缠绕结构, 纤维本身具有高抗拉伸强度和高弹性模量值, 可以有效地提高封层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。利用纤维封层进行应力吸收中间层施工, 不仅能够吸收摊铺层中的应力或车辆荷载产生的局部集中应力, 使覆层所承受的张力通过纤维封层大面积地分散减少, 有效抑制裂缝的产生;而且可以吸收和分散旧沥青路面原有裂缝或路基的反射应力, 使旧沥青路面裂缝尖端产生的应力集中得以消除, 有效地抑制反射裂缝出现, 阻止了重载交通造成的路面破坏, 极大地延长了道路的使用寿命。
1.2.2高防水性
纤维封层用作沥青路面磨耗层, 因其具有高弹性的模量值和较强的延伸力, 抗拉强度远远大于温度变化带来的收缩拉应力或拉应变, 降低了面层的低温脆裂性, 能够有效抑制沥青路面低温收缩裂缝的产生, 避免了水对面层的破坏。
1.2.3高耐磨性
洒 (撤) 布乳化沥青、纤维和碎石后, 集料进入由纤维与沥青结合料形成的网状结构中, 压实成型后被结合料网状结构紧紧裹覆, 形成了一个复合的力学嵌锁体系, 类似微观领域中的分子结构物理模型。纤维、沥青和集料紧密相连, 有效抑制了集料的滑移、脱落。因此, 采用纤维封层作为磨耗层, 能够极大地提高路面的耐磨性, 有效延长沥青道路的使用寿命。
1.2.4高稳定性
结合纤维封层形成的机理可知, 其结构为1层沥青+1层纤维+l层沥青+l层碎石形成的致密网络缠绕结构。第2层沥青的连续洒布, 更加提高了封层的密闭性。加之结构中起到加筋和桥接作用的纤维对上下两层沥青结合料产生极强的吸附作用, 能非常容易地吸附沥青中的油分, 增加其粘度和粘附力, 能有效阻止沥青的流动。在原有路面上形成一层致密的保护膜, 对沥青起到高温稳定、增韧阻裂的作用, 从而避免了高温泛油造成的路面破坏, 防止了路基因水渗透出现早期破坏, 延长了沥青道路的寿命。
1.2.5施工快捷性
纤维封层是一种连续施工的工艺, 其独特的施工特点极大地缩短了沥青路面养护的时间。纤维碎石封层作为耐磨层施工时, 改性乳化沥青破乳后20min即可开放交通;作为中间应力吸收层时则可更快开放交通。
2材料要求
2.1沥青结合料
纤维封层中应采用性能良好的改性乳化沥青, 并宜优先选SBS/SBR聚合物胶乳改性乳化沥青, SBS/SBR改性剂剂量不宜小于3%。
路面状况、施工工艺类别、环境等因素是决定纤维封层改性乳化沥青类型和用量的关键因素。旧路面粗糙度越大, 改性乳化沥青的用量就越大;耐磨层及面层养护时用量要比中间应力吸收层施工大一些;相对来说在高温季节施工改性乳化沥青用量要比低温季节施工用量小一些。
2.2碎石
纤维封层中的碎石应采用玄武岩、花岗岩、石灰岩等碎石集料, 选用时应综合考虑纤维封层的使用目的、乳化沥青的类型及与乳化沥青的相容性, 力求碎石集料与乳化沥青有较高的早期粘结强度, 并能保持长期稳定的粘结性能。
碎石集料尽量选用立方体形状、具有一定破碎面的粗集料, 保证碎石在沥青结合料中达到合适的嵌入深度, 形成稳定的嵌挤结构。碎石集料应洁净、无尘土及有机杂质, 并且表面保持潮湿状态。
2.3纤维
纤维封层中的纤维具有吸附沥青、加筋稳定、增韧阻裂的作用, 应具有良好的切割性、较高的断裂强度和较好的吸油率。应采用喷射无捻粗纱型的玻璃纤维制品, 并优先选用对环境污染小、对身体健康无害的无硼、无氟改进型玻璃纤维。纤维的长度一般为30~120mm之间, 通常采用60mm。通常当路面龟裂严重时, 纤维用量大一些, 做应力吸收层时用量大一些。
3施工工艺
3.1先期处理
首先组织有关专家及技术人员到施工路段现场勘察路面状况, 根据工程性质及路面龟裂、网裂情况、交通量大小来确定结构类型及施工方案。外业勘察后, 进行纤维封层配合比设计, 确定各种材料种类及其用量。在施工路段内必须设置施工安全警示标志, 确定纤维封层设备的状态、设定等都正确及改性乳化沥青、集料配备设备都已经准备就绪。
3.2施工
在保证原路面干燥的条件下进行纤维封层施工。加纤同步碎石封层车同时进行2层沥青喷洒、l层纤维、1层碎石撒布施工, 行驶速度为3~4.5km/h (一般为3.6km/h) 。加纤同步碎石封层车应保证喷洒沥青均匀, 形成等厚度的沥青薄膜, 必须保持乳化沥青 (改性) 温度在60℃左右, 且喷洒高度适宜。碎石撒布应均匀一致, 局部采用人工辅助方法。施工过程中要保持车速稳定, 走线顺直。在施工的起点和终点要铺设油毡以保证起点和终点整齐美观, 避免污染施工区外的路面。两幅搭接处10~15cm宽的沥青上不撒布集料, 等下一幅施工时沿预留沥青边缘撒布碎石。
3.3碾压
在全段撒 (洒) 布未完成前采用胶轮压路机进行碾压, 碾压时压路机以6km/h速度碾压3~4次, 一般使用1~2台胶轮压路机, 但数量和型号取决于需要碾压区域的宽度和集料的粒径。轮胎压路机的吨位应以没有集料被压碎的情况下达到最适宜的材料嵌入深度为标准。
3.4初期养护及开发交通
一般待乳化沥青完全破乳后清扫路面的多余碎石, 禁止紧跟压路机立即清扫, 清扫应该从路面中间开始, 向边缘进行, 每个车道充分清扫3次。
待养生成型后, 即可开放交通, 但是车速应限制在40km/h以下, 防止快速行车造成碎石松动移位、飞溅剥离, 影响最终成型质量。
3.5注意事项
施工过程中应尽量减少横接缝、纵接缝, 合理对接接缝;胶轮压路机应在乳化沥青破乳前及时碾压;施工前应确保路面干燥, 雨天或雨后路面潮湿时不得进行施工;洒布过程中应防止因沥青温度过低, 导致粘度过高造成喷嘴堵塞;维持良好的施工秩序, 施工车辆不得随意驶入作业区。
4工程实例
4.1 2007年6月底, 在法国赛格玛公司相关技术人员的协助下, 营口公路处首次于辽宁营口岫水线进行的纤维封层试验路施工面积约为15000m2, 效果良好。
4.2 2008年大连市在G201国道K1547+800~K1552+800 (鹤大线) 上做了5km试验段, 取得了比较好的应用效果。实施纤维封层后, 原路面的网裂在一年内反射到新路面上的面积不超过原路面网裂面积的5%, 其构造深度 (TD值) 要大于0.55mm (通车后行车道内的最小值) 。
4.3 2008年锦州市开始探索实施纤维封层技术, 首次在102线黑山段胡家至半拉门25km中修段做了应力吸收层, 取得非常好的效果。通过两年的使用, 与传统碎石封层对比, 纤维封层没有出现“脱皮”和“滑移”现象, 路面的反射裂缝也没有出现。
4.4 2009年在沈苏线上应用了纤维封层技术, 经过几个月的观察, 纤维封层技术在沈苏线上的应用取得了很好的效果。
4.5 2010年4月中旬, 上海市浦东新区惠南镇首次在上海使用纤维封层技术, 全长22.33km, 合计使用300000m2。上海同济工程建设质量检测站对该路段进行了性能检测:渗水系数0ml/min;防滑系数平均值6O (BPN) ;构造深度TD平均为0.70mm, 说明技术指标很好。
结语
纤维封层技术虽然在发达国家被广泛采用, 但是这项技术在我国尚处于起步研究阶段, 由诸多路线上的实际应用所反映出的效果, 该技术对沥青混凝土路面所发生的网裂有很好的治愈和预防作用, 因此采用纤维封层可以有效地延长沥青路面的使用寿命, 提高路面使用性能, 减少路面病害处治费用。
摘要：本文从纤维封层的概念、性能特点等方面出发, 对一项全新的公路建设养护技术进行了详细的阐述, 并结合我国施工实例讲述其性能特征、具体应用以及发展前景。
关键词：纤维封层,施工,应用
参考文献
[1]张宗辉.同步碎石封层技术在道路养护和建设中的应用前景.建筑机械, 2004, 3.
[2]陈素丽, 许福文, 李桂芝.同步碎石封层技术研究及在公路养护中的应[J].公路, 2005 (6) :174-181.
[3]闫修海, 于金成, 王建国, 等.纤维封层技术的引进与应用[J].北方交通, 2008 (8) :50-54.
玻璃纤维层 篇5
建筑墙体围护结构保温隔热技术已成为当今建筑节能的主要实现方式之一, 而在整个建筑物中, 外墙围护结构是连接室内和室外的屏障, 据统计, 外墙墙体面积约占总建筑面积的45%, 通过围护结构散失的能量占整个建筑物能耗损失的30%以上[1], 因此, 加强外墙围护结构体系的研究对节能降耗起着极为重要的作用。
针对建筑外围结构体系的保温隔热技术研究, 国外许多工程师研发了几十种不同的外墙保温结构体系, 如外墙外保温系统EIFS (exterior insulation finishing system) ;我国在20世纪八十年代中期, 由国外的保温企业到我国推广外墙外墙保温技术才开始进行外墙外保温技术的研发, 目前我国行业标准推荐的外墙外保温系统有:EPS板薄抹面外保温系统、胶粉EPS颗粒保温浆料保温系统、现浇混凝土复合无网EPS板外保温系统、现浇混凝土复合EPS钢丝网架板外保温系统、机械固定EPS钢丝网架板外保温系统等[2]。2010年由浙江省申报的DB 33/1072—2010《泡沫玻璃建筑外墙外保温体系技术规程》获得建设部备案, 该规程对我国新型外墙外保温系统具有很好的推广作用。
泡沫玻璃外墙外保温系统是指由泡沫玻璃保温层、界面层、粘结层、护面层和固定件构成, 适用于安装在建筑外墙外表面的非承重保温构造总称。目前, 泡沫玻璃外墙外保温系统在工程上已得到一定的应用和推广[3,4], 但整体上仍处于技术开发和研究应用阶段[5]。本文针对泡沫玻璃外墙外保温系统的耐候性试验进行湿热荷载作用的各构造层温度监测, 对比分析了饰面砖和饰涂料2种不同饰面层的耐久性能, 并研究泡沫玻璃外墙外保温系统在热雨循环和热冷循环的各层温度分布规律。
1 试验
1.1 试验材料
泡沫玻璃面砖:浙江振申绝热科技有限公司生产, 密度150~170 kg/m3, 导热系数0.058~0.066 W/ (m·K) , 规格尺寸 (长×宽×厚) 为300 mm×200 mm×25 mm, 如图1所示。
1.2 试验方案
1.2.1 保温墙体构造
本文所用泡沫玻璃外墙外保温系统分为泡沫玻璃外墙外保温贴面砖系统和泡沫玻璃外墙外保温涂料系统2种:
(1) 泡沫玻璃外墙外保温贴面砖系统 (以下简称饰面砖)
混凝土墙+界面砂浆 (24 h) +3 mm聚合物改性水泥砂浆+泡沫玻璃板 (长×宽×厚:23 cm×15 cm×3 cm) +5 mm聚合物抗裂砂浆+1层锚固热镀锌电焊网+5 mm黄砂水泥抗裂砂浆+ (5~8) mm面砖粘结砂浆粘贴面砖 (2 d) +面砖勾缝, 在10~25℃条件下养护28 d以上。
(2) 泡沫玻璃外墙外保温涂料系统 (以下简称饰涂料)
混凝土墙+界面砂浆 (24 h) +3 mm聚合物改性水泥砂浆+泡沫玻璃板 (长×宽×厚:23 cm×15 cm×3 cm) +8 mm聚合物抗裂砂浆 (压入1层普通耐碱网格布) +弹性底涂 (24 h) +柔性耐水腻子 (24 h) +涂料饰面, 在10~25℃条件下养护28d以上。
1.2.2 各构造层的测点布置
本次试验分别在基层墙体与保温层的分界面 (界面层) , 保温层与防护层的分界面 (保温层) 以及饰面层上埋入温度传感器, 温度传感器布置和数据采用传感器布点进行采集, 用JTR02建筑节能室内平均温度监测仪记录在外墙外保温试验中各层的温度变化。JTR02建筑节能室内平均温度监测仪虽然是用来测试室内平均温度的, 但是其精度、采集速率、大存储量都能满足试验的要求。环境温度的测控在耐候试验机上监测。具体温度传感器布置图见图2。
1.3 试验方法
泡沫玻璃外墙外保温系统耐候性试验步骤为:
(1) 制备试样:在基墙上砌制试验用外保温系统, 砌筑过程中在系统各层中埋入温度或湿度传感器。
(2) 试件养护:养护周期为28 d以上。
(3) 热雨循环80次, 每次6 h。
(1) 升温3 h, 使试样表面升温至70℃, 并恒温在 (70±5) ℃ (其中升温时间为1 h) ; (2) 淋水1 h, 向试样表面淋水, 水温为 (15±5) ℃, 水量为1.0~1.5 L/ (m2·min) ; (3) 静置2 h。
(4) 状态调节至少48 h。
(5) 热冷循环5次, 每次24 h。
(1) 升温8 h, 使试样表面升温至50℃, 并恒温在 (50±5) ℃ (其中升温时间为1 h) ; (2) 降温16 h, 使试样表面降温至-20℃, 并恒温在 (-20±5) ℃ (其中降温时间为2 h) 。
大型耐候性试验温度加载曲线见图3。
2 试验结果与分析
本次泡沫玻璃外保温温度场监测系统运行28 d, 数据繁多, 本文分别给出了在1个热雨循环阶段和1个热冷循环阶段的泡沫玻璃外墙保温体系墙内各界面层温度随时间的变化曲线。
2.1 热雨循环、热冷循环试验结果及分析
(见图4、图5)
由图4可见:
(1) 饰面砖系统和饰涂料系统的界面层温度[图4 (a) ]总体变化趋势比饰面层墙体表面温度[图4 (d) ]变化平缓;饰面层墙体表面温度高达70℃左右, 而贴泡沫玻璃后2类型墙体系统中, 只有饰涂料系统的界面层最高温度达22℃左右, 可见在两面墙体贴泡沫玻璃后, 温度最多可降48℃, 说明保温材料起到了很好的隔热作用, 缓冲了因温度变化导致墙体的变形产生的应力, 这样就对主体结构起到了保护作用, 从而有效地提高了主体结构的耐久性。
(2) 在升温阶段, 饰面砖系统的M1升温幅度比饰涂料系统的T1幅度要小, 而在喷淋阶段, 饰面砖系统的M1降温幅度要比饰涂料系统的T1慢, 说明饰面砖由于有一定的厚度, 能适当减慢温度升高和下降, 能缓冲一定的热应力。
(3) 饰面砖系统和饰涂料系统的保温层温度[图4 (b) 、图4 (c) ]变化趋势与饰面层墙体表面温度[图4 (d) ]相同;饰涂料系统和饰面层墙体表面温度变化相同, 饰面砖系统的墙体表面温度变化稍小, 表明外墙外保温系统受外部饰涂料颜色的影响[6,7], 饰涂料系统的升温和降温速度都比以饰面砖系统的快, 相应的各结构层温度及其产生的热应力上升和下降速度也要慢。
(4) 饰面砖系统和饰涂料系统的M3和T3温度变化分别要比M2、M4和T2、T4大, 峰值平均要高10℃左右, M3比T3温度变化平缓, 说明在同一耐候箱体内靠近窗户的位置受外界影响大, 可见窗户在节能工程实施中要注意加强。
由图5可见:
(1) 热冷循环阶段, 由于无喷淋雨水, 饰面砖系统和饰涂料系统的界面层温度[图5 (a) ]总体变化趋势与饰面层墙体表面温度[图5 (d) ]相同, 但温度波延速度缓慢, 2类型系统界面层经过近8 h最高温度达20.9℃, 而饰面层墙体表面温度变化比2类型系统界面层变化剧热, 饰面层墙体表面温度高达55℃左右;在降温阶段, 界面层温度随时间一直下降, 前4 h内变化剧烈, 后10 h温度持续下降, 达到最低温度0.6℃, 说明2种类型的界面层降温速度比升温阶段稍大, 隔热效果要比阻冷效果好。
(2) 在升温阶段, 饰面砖系统和饰涂料系统的M1升温幅度要比T1小, 在降温前10 h内, M1降温幅度要比T1小, 而在降温后6 h内, M1降温幅度要比T1大, 说明面砖在持续低温环境作用下, 阻冷效果要比涂料差。
(3) 饰面砖系统和饰涂料系统的保温层温度[图5 (b) 、图5 (c) ]变化趋势与饰面层表面温度[图5 (d) ]相同, 在升温阶段, 饰面砖系统和饰涂料系统的M2、M4和T2、T4大, 饰面砖峰值差值平均要高达5℃左右, 饰涂料峰值差值平均高达10℃左右;在降温阶段, M3温度下降幅度比M2、M4大, 而T2、T3、T4温度下降幅度相同, 说明在低温阶段, 在同一耐候箱体内饰面砖系统的温度受墙面位置影响比较大, 越靠近窗户的位置受外界影响大, 饰涂料系统受位置影响不大。
2.2 热雨循环和热冷循环阶段墙内各构造层沿厚度的温度分布
热雨循环阶段和热冷循环阶段不同时间泡沫玻璃外墙保温体系各构造层温度沿厚度方向 (M1→M3→M5或T1→T3→T5) 的变化曲线分别见图6和图7。
从图6和图7可知:
(1) 在热雨和热冷循环阶段, 饰面砖系统和饰涂料系统的墙体各界面层沿厚度温度变化趋势相同, 从界面层至保温层温差变化最大, 保温层至饰面层温差变化次之, 说明了泡沫玻璃保温层与基墙之间温度变化由于泡沫玻璃的阻隔, 波动幅度大幅下降, 泡沫玻璃外保温系统的隔热效果明显, 能够有效降低室外温度波动对室内的影响。
(2) 在热雨循环阶段, 由于喷淋时导致饰面砖系统和饰涂料系统的降温影响比升温时大, 说明界面层的温差受外部影响较小, 外部温度波延至内部界面层的时间较短, 这与自然降温条件不符, 耐候试验标准有待进一步研究。
(3) 在热冷循环降温阶段, 沿厚度方向看 (从界面层至保温层) 饰涂料系统的升温速度要比饰面砖系统快, 而降温速度比饰面砖系统前期快、后期慢, 在热冷循环阶段, 耐候箱内环境影响因素复杂, 存在低温辐射、冷空气对流等影响因素。
3 结语
(1) 在热雨循环条件下, 饰面砖系统和饰涂料系统的泡沫玻璃保温层温度变化显著, 饰面砖系统的温度变化幅度比饰涂料系统小。2类系统都存在较大的温度差 (界面层与保温层最大温度差值为48℃) , 会造成较大的温度应力, 对泡沫玻璃外墙外保温系统耐久性有一定的负面影响。
(2) 在热冷循环条件下, 饰面砖系统和饰涂料系统的界面层温度总体变化趋势与饰面层墙体表面温度相同, 但温度波延速度缓慢。在同一耐候箱体内饰面砖系统的温度受墙面位置影响比较大, 越靠近窗户的位置受外界影响越大, 饰涂料系统受位置影响不大。
(3) 在热雨和热冷循环阶段, 饰面砖系统和饰涂料系统的墙体各界面层沿厚度温度变化趋势相同, 从界面层至保温层温差变化最大, 保温层至饰面层温差变化次之, 说明了泡沫玻璃保温层与基墙之间温度变化由于泡沫玻璃的阻隔, 波动幅度大幅下降, 泡沫玻璃外保温系统的隔热效果明显, 能够有效降低室外温度波动对室内的影响。
摘要：泡沫玻璃外墙外保温系统已成为我国新型保温体系, 是应用前景良好的绿色节能墙体产品。利用温度传感器, 对嘉兴地区泡沫玻璃外墙外保温系统耐候性试验进行了实时监测与分析研究, 对整个系统进行了墙体各层温度分布规律的研究。试验表明, 泡沫玻璃外墙外保温系统由于泡沫玻璃保温层的隔热作用, 界面层与保温层之间温度变化显著, 存在的温差高达50℃, 会造成较大的温度应力, 对泡沫玻璃外墙外保温系统耐久性有一定影响。
关键词：泡沫玻璃,外墙外保温,温度传感器,温度应力,耐久性
参考文献
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[6]隋霄晶.外墙外保温体系温度分布及应力的相关性研究[D].北京:北京工业大学, 2007.
玻璃纤维层 篇6
关键词：纤维封层,公路养护,施工工艺,质量评定
纤维封层技术作为一种新型的公路养护技术, 是指采用纤维封层核心设备, 同时完成两层乳化沥青洒布和一层纤维撒布, 然后在上面撒布碎石经碾压后形成新的磨耗层或者应力吸收中间层的一种新型道路养护技术[1]。
1 纤维封层的技术原理
纤维封层是铺设于旧沥青面层与新沥青面层或新建路基和新建沥青面层之间的纤维封层粘结层, 兼具极高的张力与弹力, 对外界的应力具有极其有效的吸收和扩散功能。一方面它能够吸收摊铺层中的应力或将车辆荷载产生的局部集中应力重新扩散和分布, 通过纤维封层大面积的扩散减少了覆层所承受的张力并有效的抑制了裂缝的产生;另一方面它能够吸收和扩散旧沥青路面原有裂缝或路基的反射应力, 消除旧沥青路面裂缝尖端产生的应力集中, 能够有效地抑制反射裂缝出现, 有效阻止了因车载负荷过重造成的路面破坏, 极大地提高了道路的使用寿命。
2 原材料技术要求
2.1 乳化沥青
从纤维封层的原理可知, 结合料必须同时保证足够的粘结性能和流动性能。乳化沥青只有具有足够的粘结性能, 才能保证骨料与原路面、骨料与骨料之间的粘结;在封层没有成型前, 乳化沥青必须有一定的流动性, 以确保在胶轮的压实作用下有足够的爬升能力, 只有这样才能确保封层的质量。
2.2 纤维
纤维的用量根据路面的状况、施工类型、路面龟网裂严重程度进行确定。龟网裂越严重, 纤维用量越大。应力吸收中间层比做磨耗层的纤维用量要大。纤维可切割成30 mm, 60 mm 或120 mm。
2.3 碎石
对碎石种类无特殊要求, 可以采用石灰岩、花岗岩、玄武岩等, 常用级别为:4 mm～6 mm, 6 mm～10mm, 10 mm～14 mm。具体所用级配要根据交通量、施工结构等不同因素选择, 骨料要清洁。对磨耗层和应力吸收中间层施工, 原则上以上三种碎石级配均可采用, 磨耗层养护施工普遍采用6 mm～10 mm碎石级配通用类型, 应力吸收中间层施工采用4 mm～6mm碎石级配通用类型。
纤维封层各材料用量见表1。
2.4 抗剥落剂
抗剥落剂的具体用量须根据路面的具体状况和试验来确定。以经验来说, 抗剥落剂添加量一般为沥青重量的30%, 计算公式如下:
抗剥落剂用量=沥青重量×0.3。
3 原路面的先期处理
1) 旧沥青路面如果存在壅包, 要先进行铣刨, 保证路面平整;2) 对于强度不足的路段要进行补强;3) 坑槽要进行修补;4) 对大于5 mm的裂缝要进行灌缝, 大缝要填充灌缝料, 小于5 mm的裂缝通过压缩空气吹扫后用乳化沥青灌缝;5) 施工单位应做好配套工作, 如配套设备的组织协调工作, 原材料供给, 交通的封闭、开放及车辆限速工作;6) 在施工前要对路面进行彻底清扫, 确保路面无尘土、杂物。
4 施工过程
4.1 试验段
先在一段路面上进行一次试验路施工作业, 并根据效果对施工各参数进行调整 (包括纤维封层设备沥青喷洒、纤维撤布试作业, 碎石撒布车碎石撒布量的修正) , 直到达到预期效果后, 再进行连续长距离的施工。在施工过程中, 随时根据情况做出相应的响应, 确保施工按设计要求进行。
4.2 同步洒布沥青和纤维
法国赛格玛 (SECMAIR) 纤维封层设备同1台设备同时进行2层沥青喷洒, 1层纤维撤布施工。根据全幅宽度调整沥青洒布宽度, 使施工幅数为整数, 减少作业时间, 洒布1层沥青, 同时仪器将纤维破碎成规定尺寸, 同时洒布第2层沥青, 沥青温度不得低于80 ℃, 车速控制在3 km/h～4.5 km/h, 最佳车速为3.6 km/h。
4.3 撒布碎石
碎石撤布车续接跟进纤维封层设备进行碎石撒布, 碎石撒布车撒布宽度调整到与沥青幅宽相同, 可在0.26 m～3.75 m之间调整, 车速与纤维封层设备相匹配。
4.4 局部处理
每车料起点、终点纵向裂缝处视具体情况进行人工处理, 过厚或过薄地区进行人工找平, 所有这些工作应尽量在最短时间内完成。石料撒布应在沥青破乳前施工完毕。
4.5 碾压
撒布一段碎石, 应立即用6 t～8 t胶轮压路机跟进碾压作业, 碾压2遍～3遍, 碾压初始速度不宜超过2 km/h, 以后可适当增加。经稳压后的碎石侵入深度为粒径的1/2为宜。
4.6 初期养护与开放交通
施工结束, 碾压完成后, 待乳化沥青破乳后15 min即可全面开放交通, 车辆交通基本不受路面施工影响, 但须对来往车辆进行限速, 设立标志或派人把守, 使过往车辆车速限制在40 km以下。对于一些散落在路边的骨料, 及时进行清除。
5 质量评价和验收
封层的质量验收指标包括外观质量、厚度、平整度、宽度、石料剥落、构造深度、摩擦系数摆值、渗水系数等[3]。一般情况下, 可按如表2所示的标准进行检查及验收。
6 纤维封层抗滑性分析
纤维封层作为磨耗层, 其抗滑性指标为构造深度。对省道S314 K57+650～K57+880段的纤维封层路面做构造深度试验, 将施工天数与构造深度数据连成圆滑的曲线, 如图1所示。
由图1可知:随着行车碾压天数的增加, 前3天构造深度下降较快, 第3天降到2 mm左右, 以后构造深度下降速率逐渐减小, 到行车碾压第8天, 构造深度降到1.5 mm左右。此后随着行车碾压天数的增加构造深度继续缓慢下降, 到行车碾压第80天, 构造深度降到1.68 mm左右。
试验室模拟纤维封层路面做构造深度试验, 将碾压天数与构造深度数据连成圆滑的曲线, 如图2所示。
由图2可知:随着碾压天数的增加, 前3天构造深度下降较快, 第3天降到1 mm左右, 以后构造深度下降速率逐渐减小, 到碾压第10天, 构造深度降到0.7 mm左右, 与前面对实际纤维封层路面行车碾压第80天测得的构造深度对应。此后随着碾压天数的增加构造深度几乎不再下降。
7 经济性分析
对热拌沥青混凝土、稀浆封层/微表处、纤维封层等路面养护技术的每平方米沥青用量进行研究和对比, 从比较结果可明显看出:纤维封层的每平方米沥青用量比稀浆封层/微表处成本少0.7 kg～1.5 kg, 为热拌沥青混凝土的1/2左右。
8 结语
1) 纤维封层是一种环保节能、性价比高的新型养护技术, 值得进一步推广使用。2) 构造深度作为测定抗滑性能指标具有深远的意义。在实践中应逐步发展和完善该评价办法, 以便于质量的评定和验收。3) 到目前为止, 在施工中纤维封层各材料用量还基于经验。因此纤维封层配合比设计是下一步重点研究的问题。
参考文献
[1]张宗辉.纤维封层技术及在公路养护中的应用[J].工程机械与维修, 2008 (1) :3-4.
[2]闫修海, 于金成, 王建国, 等.纤维封层技术的引进与应用[J].北方交通, 2008 (8) :76-77.
[3]JTJ 073.2-2001, 公路沥青路面养护技术规范[S].
玻璃纤维层 篇7
纤维封层技术作为一种新型的公路沥青路面预防性养护技术,可提高路面抗滑防裂性能、避免水损害,达到保护路面结构、延长路面使用寿命的目的。它是一种经济有效的预防性养护措施,将进一步促进我国沥青路面预防性养护技术的发展和创新,使路面维修养护技术逐步适应养护工作需求。
1 纤维封层技术
纤维封层技术是指采用纤维封层核心设备同时洒(撒)布沥青黏结料和纤维,然后在上面撒布碎石,经碾压后形成新的磨耗层或者应力吸收中间层的一种新型道路建设施工和养护技术。
施工中,经过专门工艺破碎切割的纤维在上下两层均匀洒布的沥青混合料中呈乱向均匀分布、相互搭接,与沥青混合料形成网络缠绕结构,有效地提高了封层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度等综合力学性能。类似在原有路面基础上加铺了一层具有高弹性和高强度的防护网垫。纤维封层技术具如下特点。
1)利用纤维封层进行应力吸收中间层施工。铺设于旧沥青面层与新沥青面层或新建路基和新建沥青面层之间的纤维封层黏结层,兼具极高的张力与弹力,加之独特的结构,对外界的应力具有极其有效的吸收和扩散功能,是一种很好的应力吸收中间层。一方面它能够吸收摊铺层中的应力或将车辆荷载产生的局部集中应力进行重新扩散和分布,通过纤维封层大面积扩散,减少覆层所承受的张力并有效地抑制裂缝的产生;另一方面它能够吸收和扩散旧沥青路面原有裂缝或路基的反射应力,消除旧沥青路面裂缝尖端产生的应力集中,能够有效地抑制反射裂缝出现,有效地阻止因车载负荷过重造成的路面破坏。
2)高耐磨性。纤维封层设备施工后,紧接其后进行碎石集料撒布,撒布后的集料进入由纤维与沥青混合料形成的网状结构中,压实成型后集料被混合料网状结构紧紧裹缚,形成了一个复合的力学嵌锁体系,类似微观领域中的分子结构物理模型,纤维、沥青和骨料紧密相连。因此,采用纤维封层耐磨层施工能极大地提高路面的耐磨性,有效延长道路的使用寿命。
3)高防水性。纤维封层结构为1层沥青+1层纤维+1层沥青+1层碎石连续施工工艺形成的一层物料相互作用的致密网络缠绕结构。
2 层沥青的连续洒布,更加提高了纤维封层的密闭性。加之结构中起到加筋和桥接作用的纤维,纤维比表面积大,在前后2层沥青混合料中起到极强的吸附作用,能非常容易地吸附沥青中的油分,增加黏度和黏附力,能明显阻止沥青的流动,在原有路面上形成一层致密的保护膜,故该封层明显地具有更高的防水性能。
4)高稳定性。寒冬季节时,纤维封层因为具有高弹性模量值,延伸力强,抗拉强度远远大于温度变化带来的收缩拉应力或拉应变,降低了面层的低温脆裂性,有效地抑制了沥青道路常规裂缝———低温收缩裂缝的产生,避免了面层的破坏。
5)施工快捷性。使用的纤维封层车,在1台设备上同时完成2层沥青洒布、1层纤维撒布、1层碎石撒布,即刻完成纤维封层施工。这种连续施工工艺极大地缩短了沥青道路养护的时间,缩短了开放交通的时间。纤维封层耐磨层施工后,乳化沥青破乳后15 min即可开放交通。
2 纤维封层施工设备及材料
纤维封层设备1台,10 t以上保温沥青罐车1台,10 m3以上碎石运输车4台,50型碎石装载机1台,26 t轮胎压路机2台,路面清扫工具等其他小型机具,强力清扫机1台。施工原材料有改性乳化沥青、纤维以及碎石、抗剥落剂(选用)。
3 纤维封层施工工艺
3.1 材料选择
纤维封层施工材料的选择依据不同封层类型而不同,具体到同一封层类型时,不同结构路面的纤维封层材料用量也各不相同。
1)沥青混合料的选择和使用。路面状况、施工工艺类别、环境等因素是决定纤维封层改性乳化沥青类型和用量的关键因素。
旧路面粗糙度越大,改性乳化沥青的用量就越大;耐磨层及面层养护时用量要比应力吸收中间层施工大一些;相对来说高温季节施工改性用量要比低温季节施工用量小一些。
另外,改性乳化沥青的选型还与石料的选用类别有关,对酸性石料或低温下施工时宜采用阳离子乳化沥青,碱性石料采用阴离子乳化沥青为宜。
2)纤维的选择和使用。用喷射无捻粗纱型玻璃纤维,纤维的平均用量为50～120 g/m2,一般用量为60 g/m2。纤维的平均长度为30 mm、60 mm或120 mm。纤维长度60 mm的纤维段封层效果更佳。
3)碎石的选择和使用。对粗集料种类无特殊要求,可以采用石灰岩、花岗岩、玄武岩等,常用级别分别为4/6 mm、6/10 mm、10/14mm,具体所用级配要根据交通量、施工结构等不同因素选择。
粗集料要清洁,石粉、泥土杂质含量不超过1%。粗集料级配为单一级配。对于面层养护和应力吸收中间层施工,原则上以上3种碎石级配均可采用。
磨耗层及面层养护施工采用4/6 mm碎石级配通用类型,应力吸收中间层施工采用6/10 mm碎石单一级配通用类型。
纤维封层用于应力吸收中间层施工,碎石覆盖率为整个面积的60%～70%,每1 000 m2用量一般为8～20 m3。
磨耗层及耐磨层施工,碎石的用量要大一些。
4)抗剥落剂(选用)。抗剥落剂为选配项,纤维封层并非都采用。石料与沥青黏附性的好坏,直接影响到施工后路面或封层的水稳定性。两者间较差的黏附性,易导致车辙、松散、露骨、坑槽等局部结构性破坏。
由于施工区域受自然条件的限制,对于施工场所只能提供酸性或弱酸性集料的地方,使用抗剥落剂是解决这个问题的一个有效途径。
抗剥落剂的用量须根据路面的具体状况和实验来确定。一般抗剥落剂添加量为沥青重量的0.3%。以30 t的罐车0.3%的抗剥落剂用量为例,30 000 kg×0.3%=90 kg。添加剂需要加水稀释,稀释体积比为1∶5。
3.2 施工前准备工作
1)道路勘察,确定施工方案,制定材料配方。到施工路段进行现场勘察路面状况、交通量大小等,根据勘察所得数据,分析做实验,确定施工方案、施工结构,进行有针对性的材料选型,制定出包括改性乳化沥青、纤维、碎石种类、抗剥落剂的类型和用量等材料配方。
2)对旧沥青路面加铺防水磨耗层施工时,应对裂缝、坑槽等严重病害作预处理。做好配套设备的组织协调、原材料供给、交通阻断、开放及车辆限速等工作。
3)施工当日的准备工作。在施工前完成整个路段的清扫工作,确保路面无尘土、垃圾等杂物。如果使用水冲洗路面,须待所有的路面裂缝完全干燥以后才能进行施工。
施工路段内设置交通施工提示标志。确定沥青、粗集料、配套设备等都已准备就绪;确定纤维封层设备的状态、设定等都正确;在现场进行沥青、纤维及碎石撒布量的现场试验,确保纤维与沥青的实际撒布量正确。
4)施工前质量控制。在路面或空气温度达到10℃并且持续下降时,不允许进行施工,但是在路面或空气温度到达7℃并且持续上升时,可允许施工。尽量避免雨季施工作业。
严格把握住材料关。组织好施工队伍,明确人员分工,对施工人员应先进行培训,并将设计和施工要求、施工工期、质量标准、安全操作等规程向施工人员详细交底。对喷洒沥青机械、碾压机械及其他操作工具应先检修完毕,配备完全。
3.3 施工过程
1)先在一段路面上进行一次试验路施工作业,并根据效果对施工各参数进行调整(包括纤维封层设备沥青喷洒、纤维撒布试作业,碎石撒布车碎石撒布量的修正),直到达到预期效果后,再进行连续长距离的施工。在施工过程中,根据情况随时做出相应的响应,确保施工按设计要求进行。
2)纤维封层设备同时进行2层沥青喷洒,1层纤维撒布,1层碎石洒布施工,控制车速在3～4.5 km/h,最佳车速为3.6 km/h。
3)纤维封层开始作业后,立即用26 t胶轮压路机跟进碾压作业,碾压2～3遍,碾压初始速度不宜超过2 km/h,以后可适当增加。经稳压后的碎石颗粒侵入深度为粒径的1/2为宜。
4)若分幅施工,一幅开放交通时,应做好搭接缝的处理。搭接处的一幅暂留5～10 cm宽度不撒粗集料,另一幅预留沥青边缘进行撒布。
3.4 施工结束
1)碾压完成后,待乳化沥青破乳后即可全面开放交通,车辆交通基本不受路面施工影响;但须对来往车辆进行限速,设立标志或派人把守,使过往车辆车速限制在40 km以下。对于一些散落在路边的粗集料,进行及时的清除。
2)对纤维封层设备按保养技术要求马上实施保养维护,包括沥青管路清洗、设备除尘等操作。
3)如是路面养护工程,通车7 d后再对路面进行一次清扫。
4 纤维封层施工应用范围
具有优良性能的纤维封层工艺,可广泛应用于以下道路施工及养护。
1)可用作新建路基、面层层间黏结应力吸收层,防止反射裂缝。
2)新/旧沥青路面铺设耐磨层,进行预防性养护。
3)各等级公路上、下封层施工。
4)应力吸收层中间层。
5)隔水下封层。
6)桥梁防水黏结层。
7)旧水泥路面改造(白改黑)等。
5 纤维封层技术应用实例
2010年4月中旬,上海市浦东新区惠南镇首次在上海使用纤维封层技术。该工艺由上海永昌公路养护管理有限公司负责实施。
拱极路慢车道始建于1996年及1998年。经过多年的使用,未进行过修复。由于传统的养护工艺已难以恢复道路使用性能,故尝试使用纤维封层工艺。该工艺与传统的材料相比,具有防滑性能、防水性能及防裂性能均很优异等特点。如今,拱极路路面整洁、路况改善、路肩美观、路标清晰、路树葱郁,成为一道亮丽的风景线。
320国道嘉善段多为旧沥青路面,路面结构较为复杂,采用普通修护技术不仅投入成本大,而且修护效果不明显。2009年4月～11月,嘉兴市公路管理处对该段采用纤维封层技术。实践说明,纤维封层技术不仅可以弥补普通修护技术的不足,而且可以节约修护工程的时间和成本。
320国道嘉善段路面中修工程起于沪浙交界的枫泾,终点为嘉兴境内塘汇互通处,全长22.33 km,合计使用300 000 m2。该路段部分施工面已使用1 a,另外部分也已过大半年。
上海同济工程建设质量检测站对该路段进行了性能检测:渗水系数0 mL/min;防滑系数平均值60(BPN);构造深度TD平均为0.70 mm,说明技术指标很好。
6 结语
纤维封层作为一项新型养护技术,具有节能环保、施工快捷和良好的防水抗滑性能。这项技术在国外已得到大量应用,在国内的一些工程养护中也取得了较好的应用效果,值得进一步推广。但对于其长期效果,还需作进一步跟踪调查,为今后推广应用提供有益的借鉴。
摘要：纤维封层技术在国外作为一种新型养护技术,已得到大量应用。国内如浙江、江苏、上海等地也开始应用。结合工程实例,阐述了纤维封层的概念、性能、工艺以及使用效果。纤维封层技术可提高路面抗滑防裂性能、避免水损害,达到保护路面结构、延长路面使用寿命的目的。将改性沥青材料均匀地洒布到沥青路面上,即可填封微小裂缝和表面空隙,起到防水和抑制松散的作用,防止路面产生新的裂缝或网裂及坑槽病害。
玻璃纤维层 篇8
汽车玻璃是汽车的重要组成部分之一, 现代汽车大多使用安全性能好的三层结构夹层玻璃, 即由两片无机玻璃间嵌加PVB胶片, 经加热、加压粘和而成的复合玻璃制品 (本论文称之为普通夹层玻璃) , 其力学性能特别是抗冲击破坏性能对于保障乘客的安全有着极其重要的作用。为获得有足够安全性、轻量而环保的汽车玻璃, 国内外学者进行了大量的实验和有限元分析研究[1—3], 取得了一定的成果。但是, 由于夹层玻璃冲击破坏问题本质上是材料由连续体向非连续体转换的一个复杂的力学过程, 即使在CAE技术高度发达的今天, 我们还没有一个有效的数值分析方法来对汽车玻璃的破坏特性进行研究和评价, 仍然只能够单纯依赖实验。传统的数值方法, 如有限元法, 需要对单元或网格进行复杂的处理才可以在一定程度上对这一问题进行分析。因此, 一些学者尝试利用非连续体介质力学的数值方法分析计算此类问题, 其中离散元法被认为是一种有效的方法。20世纪90年代中期, OdaJ, ZangM Y[4,5]将离散元法 (DEM) 应用于汽车玻璃梁的冲击破坏问题的研究, 建立了二维汽车玻璃梁模型, 进行了玻璃冲击破坏过程的二维仿真。最近, ZangM Y, LeiZ[6]又成功建立了汽车玻璃的三维离散元模型。
本文使用自主开发的三维离散元仿真分析软件对普通夹层玻璃和两层结构夹层玻璃 (由一片玻璃和一片PVB构成) 的冲击破坏特性进行研究。在简要介绍离散元方法的基本原理、确立PVB物性随应变率变化的基础上, 建立了普通夹层玻璃和两层结构夹层玻璃的三维离散元模型, 通过对普通夹层玻璃任意侧面和两层结构夹层玻璃两侧的冲击破坏过程仿真计算, 以最大冲击力和贯穿能进行评价, 获得了两层结构夹层玻璃的安全性优于普通夹层玻璃的结论。
1三维离散元法
1.1离散元法基本原理
离散元法的基本思想是将研究对象离散为独立单元的组合, 相邻的单元间存在一种或几种作用力, 单元的运动受牛顿第二定律的支配, 通过求解系统各单元的运动状态从而得到研究对象各物理量的分布和演化[6]。在任意时刻t, 单元i的运动方程为:
其中, ui为单元i的位移, ωi为单元i的角速度, mi、Ii分别为单元i的质量和转动惯量, Fij表示单元i受到其邻居单元j的作用力, qij是该作用力到单元i形心的力臂矢量。bi和Kie分别为单元i所受外场力和力矩。ni是某一时刻与单元i相接触的单元数, N是系统中单元总数[7]。
离散元的求解通常采用显式中心差分法。已知任意时刻t的位置、转角、速度、角速度等量, 通过方程1和2求出相应的加速度和角加速度, 进而求出各单元在t+Δt时刻的位置、转角、速度、角速度等量;再根据“力—位移”间的关系求出此时刻各单元所受的外力, 进入下一个循环。
2 PVB物性随应变率的变化规律
与玻璃材料不同, 应变率的大小对PVB的物性有较大的影响。为了找出PVB应变率与物理参数间的相互关系, J.Oda, M.Y.Zang等人分别试验了 (0.425×10-3, 0.425, 156.5 (1/s) ) 三个应变速度下PVB的弹性模量和抗拉强度值, 如图1所示。本文假设应变速度为0.425×10-3时的测量值为静态值, 将PVB的弹性模量和抗拉强度与应变率间的关系拟合如下:
3 离散元模型建立和仿真分析
3.1 离散元模型建立
基于事故发生时驾驶员头部从车内撞击挡风玻璃和汽车行驶过程中飞石从车外撞击挡风玻璃的实际情况, 本文考虑了如下计算模型:一半径为3 mm, 质量为200 g的刚球, 以3.0×104mm/s的速度分别撞击四周固定、尺寸为99.56 mm×100.80 mm×4.76 mm的普通夹层玻璃任一侧和两层结构夹层玻璃两侧的中心。对于两层结构夹层玻璃, 刚球撞击玻璃一侧看做是飞石撞击前挡玻璃;刚球撞击PVB一侧看做是事故时驾驶员头部撞击前挡玻璃。试图通过离散元仿真分析, 得到各种情况下的最大冲击力和夹层玻璃贯穿 (即PVB破坏) 时冲击子动能消耗量, 以研究等厚度下哪种结构夹层玻璃更能保护乘客安全。
图2所示为三种计算模型用离散单元离散化后的对称面剖面图。玻璃材料和PVB材料离散单元的直径均取0.76 mm, 刚好等于PVB厚度。由于玻璃球单元在厚度方向的分布为六边形, 玻璃单元与PVB单元接合处为四边形分布[4,4], 所以普通夹层玻璃实际模型厚度稍有差别 (普通夹层玻璃4.76 mm, 两层结构夹层玻璃4.62 mm) , 但不会影响它们作为等厚度模型的比较, 因为厚度误差仅为3%。半径为3 mm的冲击子作为一个离散单元置于夹层玻璃中心, 并定义初速度为3.0×104mm/s。夹层玻璃四周单元自由度刚性约束。计算中所用到的主要参数如表1所示。
*:应变率为0.425E-3 (1/s) 时的实验数据作为静态值
3.2 冲击破坏仿真分析
在玻璃撞击事故中, 玻璃碎片和最大冲击力都是伤害乘员的重要因素。
普通夹层玻璃和两层结构结构夹层玻璃贯穿为止的冲击破坏过程如图3-5所示。为了便于观测, 每个模型的破坏过程均为对称面的剖面图, 且图d为对称面立体图。由图3可以看出普通夹层玻璃两面都有玻璃碎片的产生, 容易刺伤乘员头部;由图4-图5可以看出在PVB发生破坏之前, 两层结构玻璃只有一面有玻璃碎片, 不会有玻璃碎片进入车内。如果采用两种结构夹层玻璃代替普通夹层玻璃作为汽车前挡玻璃的话, 将能最大可能避免碎片对乘客的伤害。
根据三维离散元法的计算结果, 我们分别对冲击子所受最大冲击力、贯穿能两个方面进行分析, 如图6-图8所示。其中, 贯穿能是指当PVB膜发生破坏时冲击子动能相对于初始时刻的改变量。
较小的最大冲击力对于发生交通事故时减轻乘客的伤害是十分有利的。分析计算结果如表2所示, 将表中的最大冲击力和贯穿能做一个比较, 可以看出模型二的冲击子所受最大冲击力最大, 而模型三的冲击子所受的最大冲击力最小。再看贯穿能, 两层结构的模型三贯穿能最大, 而模型二则与夹层玻璃大体相当。
根据上面的结果可以看出, 假如采用两层结构的夹层玻璃作为汽车挡风玻璃, 当乘员的头部撞到玻璃时, 头部所受的最大冲击力要比普通夹层玻璃小得多, 乘客头部能够得到PVB更好的缓冲保护。较大的贯穿能量, 说明事故中乘客头部撞上前挡风玻璃后难以将玻璃击穿, 达到防止乘客飞出车外的效果。由以上分析可知, 采用两层结构夹层玻璃作为挡风玻璃更具安全性。
4 结论
利用三维离散元的分析软件进行计算分析, 得出以下结论:
1) 两层结构的夹层玻璃给乘员的最大冲击力要比普通夹层玻璃小得多, 更能有效的防止玻璃给乘员带来的冲击伤害。
2) 在玻璃的冲击破坏过程中, 普通夹层玻璃两面都有碎片的产生, 而在PVB发生破坏之前, 两层结构的夹层玻璃只有一面有玻璃碎片的产生, 不会有玻璃碎片进入车内, 更能有效的避免玻璃碎片给乘员带来的伤害。
3) 两层结构的模型三贯穿能要比普通夹层玻璃大38%, 说明事故中乘客头部撞上前挡风玻璃后难以将玻璃击穿, 达到防止乘客飞出车外的效果。
综上所述, 得出两层结构的夹层玻璃是更为安全的汽车挡风玻璃。
摘要：使用自主开发的三维离散元方法 (DEM) 仿真分析软件, 研究了普通夹层玻璃和两层结构夹层玻璃的冲击破坏特性。假定基本等厚的普通夹层玻璃板和两层结构夹层玻璃板均被四周固定, 一高速刚性冲击子撞击普通夹层玻璃任一侧的中心和两层结构夹层玻璃两侧的中心。利用三维DEM分别对以上三种情况的冲击破坏过程进行数值模拟, 获取各种情况下的冲击子最大冲击力和贯穿能。研究结果表明:作为汽车前挡玻璃, 两层结构夹层玻璃比普通夹层玻璃具有更好的安全性。
关键词：三维离散元法,冲击破坏,数值模拟,夹层玻璃,两层结构夹层玻璃
参考文献
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玻璃纤维层 篇9
质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术是一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术具有工作温度低无污染无腐蚀比功率大、启动迅速等优点。目前在各种燃料电池中,PEMFC的研究进程最快,且最有可能在短期内实现产业化,是公认的最有前途、最有竞争力的燃料电池品种之一[1,2]。碳纤维纸和碳纤维布具有均匀的多孔质薄层结构和优异的导电性、化学稳定性和热稳定性,是PEMFC中关键部件———气体扩散层(GDL)———的主要基底材料[3,4]。目前,日本TORAY公司德国技术公司和加拿大公司生产的碳纤维材料气体扩散层在国内市场占据垄断地位。为此,我国在2006年863计划———现代交通技术领域列有碳纸的国产化专项,加大了研究投入。
在表征碳纤维材料性能的参数中,厚度是影响扩散层性能的重要参数之一,其测量精度决定了密度、孔隙率、电导率等多个参数测量的准确性。方块电阻是表征碳纤维材料电子传导能力的重要指标,直接影响PEMFC的输出电阻特性。目前对这两个特性的常用测量方法是直接使用游标卡尺测量厚度,采用四端子测量法测量方块电阻[5,6]。但是鉴于碳纤维材料固有的弹性和弯曲性能,且碳纤维材料作为气体扩散层总是在一定压强条件下工作,因此研究在不同的压强条件下厚度和方块电阻的性能表现具有实际意义。
本研究设计了一种与万能材料试验机、游标卡尺和直流双臂电桥结合使用,在对被测碳纤维材料施加多种压强的条件下,测试其厚度与方块电阻的专用测试台架,并对比分析了多种试样的特性差异。
2 测试台架
碳纤维材料测试台架如图1(a)所示。测试台架的上下两端安装有握把,通过固定螺钉与导向架紧固。导向架的上下两个部分通过高精度的导柱与轴承连接。在导向架的内侧安装有一对测量夹具。测量夹具由上下两个相对放置的部件组成,每个部件均由左右两个导电触头镶嵌于绝缘基座中构成,如图1(b)。
1.握把2.导向架3.测量夹具4.固定螺钉5.绝缘基座6.导电触头
在测量时,万能材料试验机夹住测试台架的上下握把,施加给定的压力。由于受到导向架上导柱和轴承的限位作用,当且仅当压力沿竖直方向时,测试台架才能运动,因而只有竖直方向上的压力可以传递到被测试样上。测量夹具的表面经过精磨处理,且在装配时保持严格平行,因此被测试样所受压力均匀分布。导电触头经过表面镀Ag处理,保证其与被测试样的良好接触。
3 测试原理
3.1 厚度测试
(1)测量基准厚度t0
在碳纤维布测试台架空载,即不带被测试样时通过万能材料试验机对碳纤维布测试台架施加压力,使整个测试平面达到需要的压强条件。使用游标卡尺测得上下两导电触头的间距,记为基准厚度t0。
(2)测量测试厚度t1
将被测试样准确放置在测量夹具导电触头之间的区域,通过万能试验机和碳纤维布测试台架对被测碳纤维布试样施加压力,达到需要的压强条件。使用游标卡尺测得上下两导电触头的间距,记为测试厚度t1。
(3)计算实际厚度t
前后两次测得厚度的差,即为碳纤维布的实际厚度t,见式(1)。
3.2 方块电阻测试
方块电阻是一种描述具有统一厚度的薄片之电阻的方法。对于通常的三维导体,其电阻可以表述为:
式中,ρ是导体的电阻率;A是截面积;L是长度。而截面积可以分解成宽度W和厚度t。
通过将电阻率与厚度组合在一起,可以得到:
式中,Rs=tρ为方块电阻。它与一个无量纲的量相乘得到电阻,因此方块电阻的单位是欧姆。对于任意尺寸的方块形导体,L=W,因此都有R=Rs。
在碳纤维材料测试台架上,左右两个导电触头之间的区域是40 mm×40 mm的正方形。因此,在一定的压强条件下,将直流双臂电桥的4个夹头分别夹住测量夹具的4个导电触头,通过四端子法测出被测试样的电阻,即得方块电阻。
4 实验设计与结果分析
4.1 固定压强下厚度与方块电阻的测试
根据文献[7,8]的要求,将压强维持在(50±2)kPa,完成厚度和方块电阻的测试。采用日本东丽公司的碳纤维布试样Toray-1与自有碳纤维布试样HF-1进行对比测试。分别对Toray-1和HF-1试样取5个样本,每个样本分别测量5次。
对每个样本的5个数据求得平均值EX与标准差SX,结果见表1。从表1可知,测试系统压力施加的精度高、离散度小,厚度与方块电阻测量的重复性好。说明测试系统对于同一被测试样的一致性良好。同时也发现,HF-1的方块电阻的离散度略高于Toray-1,说明HF-1的形状在一定压强条件下会发生明显变化。
再对5个样本的平均值求得的平均值EX和标准差SX,结果见表2。从表2可知,HF-1型碳纤维布的厚度略小于Toray-1,且两种试样的厚度值稳定性良好。但是HF-1的方块电阻大于Tora-1,且稳定性较差。
4.2 不同压强下厚度与方块电阻的测试
在逐级递增压强的条件下,对自有碳纤维布试样HF-2单一试样测量厚度和方块电阻,结果见图2。
从图2(a)可以看出,在压强从25kPa逐渐增加到250 kPa的过程中,碳纤维布的厚度几乎呈线性减小。且实验发现当压强超过100 kPa并不断增大时,碳纤维布从夹具四周溢出。这是由于碳纤维布是由碳纤维纱线编织而成,为多孔结构,具有很强的伸缩性。在不断增大的压强下,碳纤维逐渐填满孔隙,并最终向夹具外侧空间溢出。与此同时,由于碳纤维逐渐填满孔隙,碳纤维在水平方向的密度增加,导致方块电阻不断减小,但随着压强不断增大而逐渐趋于稳定(图2(b))。
由以上两个实验可见,只有在相同压强的条件下,不同碳纤维材料的测量结果才有可比性。
5 结论
(1)本研究的测试台架与万能材料试验机、游标卡尺和直流双臂电桥结合的测试系统,具有良好的测试重复性,可以满足用于气体扩散层的碳纤维材料的厚度与方块电阻的测试。
(2)在相同压强的条件下,日本东丽公司试样与本公司自有碳纤维布试样的厚度及稳定性良好,但是方块电阻及稳定性有较大差异。
(3)在逐渐增大压强的条件下,碳纤维布试样的厚度几乎呈线性减小方块电阻逐渐减小但随着压强不断增大而趋于稳定
参考文献
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