第３４卷第５期 纺 织 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．５ Ｍａｙ，２０１３ ２０１３年５月 文章编号：０２５３，９７２１（２０１３）０５—００２１—０４ 玄武岩纤维土工格栅与沥青黏结性 何艳芬 ，陈雪善 （１．嘉兴市秀洲区综合科技服务中心，浙江嘉兴３１４００１；２．嘉兴学院，浙江嘉兴３１４００１） 摘 要 玄武岩纤维是非结晶态的表面光滑圆柱形实体无机纤维。玄武岩纤维土工格栅与沥青之间是简单的包 覆，二者之间结合力较差。在对玄武岩纤维成分结构进行分析的基础上，采用硅烷偶联剂（ＫＨ５５０、ＫＨ５７０）、铝锆 偶联剂（ＴＬ一１、ＴＬ．６）对玄武岩纤维土工格栅片进行表面处理，将土工格栅片在液态沥青中短暂浸泡后进行水浸实 验，分析得出玄武岩土工格栅片经过硅烷偶联剂ＫＨ５７０处理后，其与沥青的黏结性很好，等级达到５级。 关键词玄武岩纤维；土工格栅；偶联剂；黏结性 文献标志码：Ａ 中图分类号：Ｕ ４１６．２１７ Ｃａｋｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｇｅｏｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ＨＥ Ｙａｎｆｅｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｘｕｅｓｈａｎ （１．Ｊｉａｘｉｎｇ Ｘｉｕｚｈｏｕ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉａｘｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３ １４００１，Ｃｈｉｎａ ２．Ｊｉａｘｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｘｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３ １４００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ Ｏｔ ｎｏｎ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ ａ ｓｍｏｏｔｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｏｌｉｄ ｉｂｅｒ．Ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ｐｏｏｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｂａｓａｌｔｆ ｆｉｂｅｒ ｇｅｏｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ａｓｐｈａｌｔ ａｎｄ ｉｔ’Ｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄ ｔａｂｌｅｔｓ ｗａｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ（ＫＨ５５０，ＫＨ５７０）ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ（ＴＬ－１，ＴＬ一６）．Ｔｈｅ ｇｅｏｇｒｉｄ ｔａｂｌｅｔｓ ｉｓ ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ａｓｐｈａｌｔ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｌｅｖｅｌ ５ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ ＫＨ５７０． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ；ｇｅｏｇｒｉｄ；ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ；ｃａｋｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ 土工合成材料是岩土工程领域的新型建筑材 栅与沥青之间的黏结性从而最大程度发挥玄武岩土 工格栅在沥青道路建设中的应用效果是一个有待研 究和实践的课题。本文将通过硅烷偶联剂、铝锆偶 料，主要产品包括土工格栅、土工布、土工复合材料 等 ，其中土工格栅在加强沥青面层、消除产生各 种裂缝中起到非常重要作用 。玄武岩纤维是一 种新型高性能纤维，具有较高的拉伸强度和拉伸模 量，较好的耐酸碱腐蚀性，其所制成的土工合成材料 联剂对玄武岩土工格栅进行表面处理，并参考相关 行业标准的实验方法，并结合图像处理技术，对偶联 剂改善玄武岩土工格栅与沥青黏结性展开研究。 能够在道路建设中得到广泛应用，尤其是在沥青道 路建设中得到应用，将进一步推动公路建设的发 １ 玄武岩纤维结构成分研究 １．１玄武岩纤维ＸＲＤ分析 首先对玄武岩纤维进行ｘ射线衍射分析，分析 展 。但玄武岩纤维为无机非金属纤维，与由碳 氢及其他少量微量元素组成的复杂高分子化合物的 沥青之间的黏结性较差 ，如何提高玄武岩土工格 收稿日期：２０１２—０６—２０ 修回日期：２０１２—１０—１１ 基金项目：嘉兴市科技计划项目（２０１０ＡＹ１０９４） 作者简介：何艳芬（１９７９一），女，硕士。研究方向为高性能纤维及土工材料。陈雪善，通信作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｘｕｅｓｈａｎ４３３＠ １６３．ｃｏｍ。 第５期 何艳芬等：玄武岩纤维土工格栅与沥青黏结性 ・２３・ 角用细线扎住，然后将４根细线打结在一起，如 图２（ｂ）所示，将田字形土工格栅片完全浸没于已经 加热成液态的沥青中４５ ｓ，然后提起，在空气中自然 冷却１ ｈ，再将土工格栅片放入温度为８０℃的由恒 温器加热的水杯中保持３０ ｍｉｎ，同时将剥离及浮于 水面的沥青用纸片捞出。然后将水浸过的土工格栅 片拿出并冷却，剪去４个角上的线条，用相机将不同 沥青黏附情况的土工格栅片拍下，采用专业图像处 理软件进行定量分析，判定黏附等级。 ２．４实验结果与分析 为了保证实验的准确可信性，实验分４组进行， 每组由３块土工格栅片组成，用同一种偶联剂对其 进行表面处理后分别进行与沥青黏附性的水浸实验 后，统计分析该种偶联剂处理后土工格栅片与沥青 的黏附性。图３为土工格栅片表面经过硅烷偶联 剂（ＫＨ５５０、ＫＨ５７０）、铝锆偶联剂（ＴＬ一１、ＴＬ一６）处 理后水浸实验的效果图。 ■■ （ａ）表面ＫＨ５５０处理 （ｂ）表面ＫＨ５７０处理 豳■ （ｃ）表面ＴＬ－１处理 （ｄ）表面ＴＬ一６处理 图３ 土工格栅片与沥青黏附性效果图 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ａｓｐｈｓｌｔ． （ａ）Ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＫＨ５５０；（ｂ）Ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＫＨ５７０； （Ｃ）Ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＴＬ・Ｉ；（ｄ）Ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｔ１—６ 对４组经不同偶联剂处理的土工格栅片的水浸 实验效果图用Ａｄｏｂｅ ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ｃｓ６软件进行处理， 分析每片土工格栅上附着沥青的面积所占整块土工 格栅面积的百分比，结果如表２所示。 表２沥青附着百分ｂ Ｔａｂ．２ Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ａｄｈｅｎｓｉｏｎ 参考表２，以及ＪＴＧ Ｅ２０—２Ｏ１１《公路工程沥青 及沥青溷合料试验规程》中沥青与粗集料的黏附性 试验（Ｔ０６１６－－１９９３）相关标准，可以得出土工格栅 片经过不同偶联剂处理后与沥青的黏附等级，结果 如图４及表３所示。 ｌ０Ｏ ６Ｏ ｝Ⅲ５Ｏ ４Ｏ 恒３Ｏ ２Ｏ １Ｏ Ｏ 图４土工格栅片与沥青黏附等级 Ｆｉｇ．４ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ｇｒａｄｅ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ａｓｐｈａｌｔ 表３ 土工格栅片与沥青平均黏附等级 Ｔａｂ．３ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ｇｒａｄｅ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ａｓｐｈａｌｔ 如图４、表３所示，可以得出玄武岩土工格栅片 表面经过偶联剂处理并进行水浸实验后，表现出与 沥青不同的黏附性能，其中经过硅烷偶联剂ＫＨ５７０ 处理后，其与沥青表面黏附性相当好，沥青的附着面 积占整个土工格栅片整个面积的９９．２％，几乎无沥 青剥落，有效提高了玄武岩土工格栅与沥青之间的 黏结性。 偶联剂一端亲无机物，另一端亲有机物，能够在 无机土工材料与有机基料之间架起桥梁，改善二者 之间结合性。硅烷偶联剂ＫＨ５７０（ 一甲基丙烯酰氧 基丙基三甲氧基硅烷），分子表达式为： ＣＨ，ＣＣＯＯ（ＣＨ ）３ｓｉ（ＯＣＨ。）３，其分子结构如图 ５所示。 Ｏ ＯＣＨ， 。／＼／＾＼＼ｓｉ／ ＿／＂￣ＯＣＨ Ｈ，ＣＯ 图５硅烷偶联剂ＫＨ５７０分子结构 Ｆｉｇ．５ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｉｌｅｎｃｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ ＫＨ５７０ 实验时，比例为１０％硅烷偶联剂与２０％乙醇、 ７０％的蒸馏水混合后，其ｘ基团（ＯＣＨ ）水解后形 成硅醇，玄武岩纤维土工格栅在硅烷偶联剂稀释溶 ・２４・ 纺织学报 第３４卷 液中浸泡后，硅醇的硅羟基与玄武岩纤维表面的硅 羟基之间形成氢键，后经烘干脱水形成一ｓｉ一０～ Ｓｉ一键。经过表面处理，玄武岩纤维土工格栅片表 面形成有机Ｒ基团（ＣＨ，ＣＣＨ：ＣＯＯ（ｃＨ ）。）朝外的 膜。而Ｒ基团是亲有机物的，与芳香族有机高分子 化合物的沥青有很好的亲和性，从而使得玄武岩土 工格栅片与沥青之间具有很好黏结性。 ３ 结 论 玄武岩纤维是表面光滑的圆柱型实体非结晶态 无机纤维，其成分结构和形态类似于玻璃纤维，与有 机芳香族类的沥青之间是简单物理缠绕包覆，二者 之间结合力较差。通过实验分析，可知采用硅烷偶 联剂ＫＨ５７０对玄武岩土工格栅片表面进行处理后， 能有效地提高和改善玄武岩纤维土工格栅片与沥青 之间黏结性。 参考文献： 周小环．浅谈土工合成材料及其在道路工程中的应 用实践［Ｊ］．特种结构，２０１１（２）：９４—９７． ＺＨＯＵ Ｘｉａｏｈｕａｎ．Ｓｉｍｐｌｙ ｔａｌｋｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ ｒｏａｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．２０ｌｌ（２）：９４—９７． ［２］ 张红校．浅谈土工格栅在城市道路改造中的施工技 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Ａｓｐｈａｌｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｍ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，２００９． ［８］ 朱春风，闰淑杰．硅偶联剂对玻璃纤维与沥青界面 的影响分析［Ｊ］．公路交通科技，２０１１，７（６）：１２６— １２８． ＺＨＵ Ｃｈｕｎｆｅｎｇ，ＹＡＮ Ｓｈｕｊｉｅ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｏｆ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ａｓｐｈａｋ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２０１１，７（６）：１２６—１２８． ［９］ 刘亚敏，韩森，李波．基于表面能理论的沥青与矿料 黏附性研究［Ｊ］．建筑材料学报，２０１０， １３（６）：７７０—７７２． ＬＩＵ Ｙａｍｉｎ，ＨＡＮ Ｓｅｎｇ，ＬＩ Ｂｏ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０， １３（６）：７７０—７７２． ［１０］ 樊亮，张玉贞，王林．沥青黏附性试验的图像分析方 法初探［Ｊ］．公路，２０１ｌ（１２）：１５１—１５４． ＦＡＮ Ｌｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｚｈｅｎ，ＷＡＮＧ Ｌｉｎ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｈｅｓｉｖｅ Ｔｅｓｔ［Ｊ］． Ｈｉｇｈｗａｙ，２０１１（１２）：１５１—１５４．
