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玄武巖纖維復(fù)合材料

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玄武巖纖維與碳纖維、木質(zhì)素纖維、玻璃纖維等同類材料比較,具有怎樣的特點和優(yōu)勢?

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玄武巖纖維與碳纖維、木質(zhì)素纖維、玻璃纖維等同類材料比較,具有怎樣的特點和優(yōu)勢?

發(fā)布日期:2018-10-22 作者:公路科技成果轉(zhuǎn)化 點擊:


各類纖維材料比較

01

常見纖維材料在土木工程應(yīng)用主要問題

碳纖維


1.jpg
  • 價格居高不下,限制交通領(lǐng)域應(yīng)用

  • 脆性、熱縮冷漲,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料兼容性差

  • 質(zhì)量過輕,不利于結(jié)構(gòu)振動控制


木質(zhì)素纖維


2.jpg
  • 木質(zhì)素纖維是一種有機纖維,主要摻加在SMA混合料中用做穩(wěn)定劑

  • 易吸水、耐久性差


玻璃纖維、芳綸纖維


5.jpg
  • 玻璃纖維雖然價格低,但蠕變、耐腐蝕性能較差,不可作為結(jié)構(gòu)材料

  • 芳綸纖維雖然強度高,但蠕變率大,價格貴,也不宜作為結(jié)構(gòu)材料


02

玄武巖纖維與其他纖維材料的具體比較


纖維種類優(yōu)  點 缺  點
碳纖維強度高、彈模高,密度小1.在空氣中耐溫性差,吸油性差

2.價格很高

木質(zhì)素纖維

具有增韌、增粘作用,提高了混合料耐老化性能和水穩(wěn)定性。

1.易吸收水分,纖維吸收的水分可在集料和瀝青結(jié)合料之間形成水膜,容易造成水破壞,因此木纖維在使用前需要嚴格防水和返潮結(jié)團。

2.主要摻加在SMA混合料中,對大孔隙熱拌瀝青混合料則效果一般,木質(zhì)素纖維本身內(nèi)部有空隙,瀝青油進入這些空隙后不發(fā)揮作用,浪費吸油率。

3.不耐老化,耐久性差。纖維易老化、退化、甚至分解成二氧化碳、水和和炭焦等物質(zhì),這些物質(zhì)基至使混合料中的瀝青受到污染。

玻璃纖維經(jīng)過20多年的發(fā)展,目前玻璃纖維產(chǎn)量最大,市場應(yīng)用量最大。種類較全,形成了系列規(guī)格,目前向高性能方向發(fā)展

1.雖然玻璃纖維規(guī)格較全,但每個規(guī)格的玻璃纖維的性能單一,綜合性能不高。

2.通用型玻璃纖維即無堿玻纖,耐堿性差,不適合用于公路工程領(lǐng)域。

聚合物纖維

1.高溫穩(wěn)定性顯著改善、低溫抗裂性能提高、抗凍與抗水損壞性能增強。

2.纖維密度小,根數(shù)眾多。

1.吸油率不如木質(zhì)纖維素纖維。

2.不耐高溫,雖然有些纖維在空氣中的熔點可達250°C,但在瀝青中,其纖維可能在遠低于其熔點時便已開始熔解或與瀝青產(chǎn)生高溫物理化學反應(yīng)。這對于熱拌瀝青來說受到較大影響。

其他無機礦物纖維


1.與瀝青有很好的表面親和力,可增強瀝青油膜厚度,改善瀝青路面抗氧化老化能力。

2.強度和彈性模量很高,是優(yōu)異的加強纖維,可大幅度提高瀝青混合料的抗拉強度及韌性。

3.不吸水也不怕潮,便于運輸和儲存,有助于瀝青膜與集料的結(jié)合,抑制路面水損害。

4.其耐高溫性能良好,適用于熱拌瀝青環(huán)境。

1.礦物纖維的最大缺陷是其脆性。由于礦物纖維是通過噴吹生產(chǎn),纖維中含有的結(jié)晶顆粒較多,在拌合攤鋪使用的過程中,礦物短纖維很容易再次斷裂,使纖維長徑比發(fā)生變化,不易控制。

2.由于礦物纖維的生產(chǎn)工藝同樣比較復(fù)雜,目前國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)較少,生產(chǎn)效率偏低,產(chǎn)量規(guī)模遠不能滿足市場需要,價格高昂,推廣應(yīng)用受限。

玄武巖纖維

1.玄武巖纖維屬于無機礦物纖維,具備所有纖維優(yōu)點。

2.玄武巖纖維與其他礦物纖維不同,韌性好且較柔軟,且生產(chǎn)產(chǎn)量大,效率高,可充分滿足市場需求。

3.玄武巖纖維均一性好、力學性能更高,增強效果更加明顯。

1.因目前尚處于市場開拓階段,暫未形成大規(guī)模批量成產(chǎn),故相較其他非礦物纖維相比,價格優(yōu)勢不明顯。

2.對原材料礦石的成份要求比較嚴格。




玄武巖纖維與其他礦物纖維

區(qū)別



在公路工程領(lǐng)域,兩者之間除了纖維形狀和顏色有外觀上的明顯區(qū)別外,其內(nèi)在也具有很多質(zhì)的不同。


01

酸度系數(shù)不同

酸度系數(shù)是SiO2+Al2O3與CaO+MgO的比值。酸度系數(shù)越高,力學性能越好、化學穩(wěn)定性越高,這是衡量礦物纖維性能的主要指標。玄武巖纖維的酸度系數(shù)是其他礦物纖維的5.7倍。

02

作用功效不同

與其他礦物纖維相比,玄武巖纖維除了可提高320%的吸油率外,還具有加筋、橋聯(lián)和阻裂作用,且抗車轍能力更佳。具體優(yōu)勢如下:

工作溫度范圍大

具有良好的耐高溫、耐低溫性能,工作溫度可達-269℃~650℃,因此在與瀝青高溫拌合時,其材料性能不會發(fā)生熱退化,更不會與瀝青發(fā)生化學或溶解反應(yīng),可有效改變?yōu)r青低溫硬化、高溫軟化的狀況,能夠適應(yīng)各種高、低溫的路面環(huán)境。

       力學性能優(yōu)異

         具有很高的拉伸強度和模量,力學性能低于碳纖維,但高于玻璃纖維,明顯高于木質(zhì)素纖維,可更有效提高瀝青混合料的增強增韌作用。

   化學穩(wěn)定性能好

在瀝青混合料拌合時不與瀝青發(fā)生任何化學反應(yīng),適應(yīng)各種路面的工作環(huán)境。

抗老化性能好

玄武巖纖維抗老化性能優(yōu)異,在于瀝青混合料拌合過程及路面工作過程中不老化,不變質(zhì)退化。不受瀝青高溫拌合影響,因此礦物纖維瀝青混合料能100%的再生利用。

水穩(wěn)定性能好

不吸水、不怕潮,有助抑制瀝青氧化老化,減少瀝青路面水破壞。

電熱絕緣性能好

玄武巖纖維的具有良好的絕緣性能,這將有助于瀝青油膜的高溫穩(wěn)定性及防止瀝青膜的電化學腐蝕。

性價比高

價格是碳纖維的1/10~1/7,與耐堿玻璃纖維價格相當,但綜合性能較優(yōu),具有較高的性價比。



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