تُستخدم المواد الليفية على نطاق واسع في رصف الطرق الإسفلتية وهندسة الطرق لتحسين الاستقرار ومقاومة التشققات والمتانة. توفر طريقة اختبار طول وقطر الألياف وسيلة دقيقة وموثوقة لتقييم الخصائص الرئيسية للألياف، مما يساعد المختبرات والمصنعين على ضمان جودة المواد وتحسين الأداء الهندسي.

أولاً: الأدوات والمواد التجريبية

1.1 الأدوات التجريبية

الأدوات التجريبية ومتطلباتها هي كما يلي:

أ) محلل صور الألياف: انظر الملحق G.1.1؛

ب) قطارة: طولها حوالي 100 مم، وقطرها الداخلي من 5 إلى 8 مم. أحد طرفيها أملس ولكنه غير مغلق، والطرف الآخر مزود بفوهة مطاطية. القطارة مُدرّجة بـ 0.5 مل و1.0 مل.

ج) ماصات: عدة أنابيب سعة 5 مل و15 مل؛

د) شرائح مجهرية وأغطية زجاجية؛

هـ) مُشتِّت: مُحرِّك بطيء السرعة لتشتيت العينات؛

و) زجاجات مواد كيميائية بنية اللون، وكؤوس زجاجية صغيرة، وإبر تشريح، وملقط، وورق ترشيح؛

ز) قضيب زجاجي.

1.2 مواد الاختبار

مواد الاختبار هي كالتالي:

أ) الماء المقطر أو الماء منزوع الأيونات؛

ب) محلول الغمر: خليط من أحجام متساوية من الجلسرين والماء المقطر.

ثانياً: الإجراء التجريبي

2.1 تحضير عينات الألياف

2.1.1 تحضير عينات ألياف الخشب وألياف المعادن المتكتلة

حضّر 5 شرائح ألياف وفقًا للفقرة G.2.2. لا حاجة للتلوين.

2.1.2 تحضير عينات ألياف البوليمر

خذ حوالي 200 عينة ألياف من 5 مواقع مختلفة على الأقل (مع مراعاة أخذ ليف واحد فقط من كل حزمة؛ لا تأخذ أليافًا متعددة)؛ ثم اختر 50 ليفًا عشوائيًا وقسّمها إلى ثلاثة أجزاء متساوية تقريبًا؛ ضع جزءًا من العينة على شريحة، واغمس قضيبًا زجاجيًا في كمية مناسبة من محلول النقع لتغطية العينة، واستخدم إبرة تشريح لتوزيع الألياف بالتساوي، ثم غطّها بغطاء زجاجي. حضّر 3 شرائح ألياف إجمالًا.

2.1.3 تحضير عينات الألياف المعدنية على شكل حزم

تم أخذ كميات متساوية تقريبًا من العينة من خمسة مواقع مختلفة على الأقل لتكوين عينة من الألياف بوزن 5 غرامات تقريبًا. ثم تم حرق العينة عند درجة حرارة تتراوح بين 530 و570 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لإزالة عامل الترطيب. بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة، تم تحضير ثلاث شرائح زجاجية مدعومة بالألياف وفقًا للفقرة 2.1.2.

2.2 إجراء الاختبار

إجراء الاختبار كالتالي:

أ) ضع شريحة المجهر الليفي تحت المجهر. اضبط التركيز حتى تصبح صورة ليف واحد واضحة. حرّك شريحة المجهر ببطء باستخدام المنصة، وراقب من خلال العدسة العينية لتحديد مجال رؤية ليف نموذجي، واختر التكبير المناسب، والتقط صورًا ثابتة.

ب) بالنسبة لألياف اللجنين أو الألياف المعدنية المتكتلة، يمكن اختيار عدة مجالات رؤية غير متداخلة على كل شريحة مجهرية لالتقاط صور ثابتة متناظرة، بحيث يكون إجمالي عدد الألياف الصالحة 40-50 ليفًا. ويجب أن يكون إجمالي عدد الألياف الصالحة على 5 شرائح مجهرية 200-250 ليفًا. تُعتبر الألياف الدقيقة أو الشوائب التي يقل طولها عن 0.2 مم، وشظايا الألياف ذات التشققات الطولية الشديدة، والألياف المتداخلة، أو الألياف غير الواضحة، أليافًا غير صالحة.

ج) بالنسبة للألياف المعدنية المجمعة أو الألياف البوليمرية، يجب التقاط صور ثابتة متعددة، تشمل كل ليف في العينة مع تجنب القياس المتكرر لليف نفسه.

د) عند قياس طول الألياف، حدد الليف المراد قياسه في صورة ثابتة، ثم انقر على ليف واحد على شاشة العرض على طول اتجاه الليف لتقسيمه إلى عدة أجزاء مستقيمة. يقوم الحاسوب تلقائيًا برسم هيكل الليف وحساب طوله (Li).

هـ) عند قياس قطر الألياف، حدد الليف المراد قياسه في صورة ثابتة، ثم انقر على نقطتي الحافة على شاشة العرض في اتجاه عرض الليف باستخدام الفأرة، فيقوم الحاسوب بحساب المسافة بينهما، وهي قطر الليف (di).

و) عند تحديد أقصى طول للألياف، قلل التكبير، وحرك شريحة الألياف ببطء باستخدام المنصة، ولاحظ جميع الألياف الموجودة على الشريحة من خلال العدسة العينية، واعثر على أطول ثلاثة ألياف، وحدد تكبيرًا مناسبًا، والتقط صورة لتكوين صورة ثابتة، ثم انتقل إلى د) لتحديد طول الألياف المختارة؛ قم بقياس جميع شرائح الألياف بنفس الطريقة، واحسب المتوسط الحسابي لجميع القيم المقاسة كأقصى طول للألياف Lmax.

ثالثًا: معالجة البيانات التجريبية

3.1 يتم حساب متوسط طول الألياف L وفقًا للصيغة (H.1)، بدقة تصل إلى 0.1 مم.

L = (∑_(i=1)^n L_i)/n （H.1）

حيث: L - متوسط طول الألياف (مم)؛

Li - طول الليف رقم i (مم)؛

n - العدد الإجمالي للألياف المقاسة.

3.2 يُحسب معدل انحراف طول الألياف وفقًا للصيغة (H.2) بدقة تصل إلى 0.1.

C_L = ((L_0 - L)/L_0) × 100% （H.2）

حيث: CL - نسبة انحراف طول الألياف (٪)؛

L0 - طول الألياف المحدد (مم).

3.3 يُحسب متوسط قطر الألياف d وفقًا للصيغة (H.3)، بدقة تصل إلى 0.1 ميكرومتر.

d = (∑_(i=1)^n d_i)/n （H.3）

حيث d هو متوسط قطر الألياف (ميكرومتر)؛

و dt هو قطر الليف رقم i (ميكرومتر).

3.4 يُحسب معدل انحراف قطر الألياف وفقًا للصيغة (H.4) بدقة تصل إلى 0.1.

C_d = ((d_0 - d)/d_0) × 100% （H.4）

حيث: CA هي نسبة انحراف قطر الألياف (٪)؛

d0 هو قطر الألياف المحدد (ميكرومتر)