详情

原文传递轻质高强高韧性水泥基工程复合材料的研究与应用

论文题名：	轻质高强高韧性水泥基工程复合材料的研究与应用
关键词：	钢箱梁桥面;水泥基工程复合材料;制备工艺;复合铺装结构
摘要：	钢结构桥梁具有自重轻、架设方便、跨越能力大等优点，目前大跨径桥梁和高坡度立交桥多采用钢桥结构。然而，常用钢桥面铺装材料存在与钢板粘结性差、高低温性能不佳、耐久性差等问题，达不到设计使用年限已出现推移、拥包、开裂、坑槽等病害，造成交通不便和经济损失。依托广东省交通运输厅科技项目“钢箱梁桥面复合铺装结构设计、制备及施工技术研究”，通过钢桥面铺装层力学分析，提出基于材料弹性模量梯度设计的钢桥面新型铺装结构，开发了适用于该结构功能调整层的轻质高强高韧性水泥基工程复合材料，并围绕该材料的设计与制备方法、增韧机理及铺装层结构设计参数对性能的影响展开研究，取得了如下成果：　　1）双层铺装结构的钢箱梁桥面，其最大横向拉应力位于沿桥纵向的加劲肋板上方铺装表面；最大纵向拉应力位于横隔板上方铺装层表面；最大层间剪应力出现在横隔板上方附近加劲肋两侧区域；最大竖向位移出现荷载作用于跨中时。控制铺装层破坏取决于表面最大拉应力与层间剪应力。随着下面层模量的提高，上面层的横向拉应力减小，下面层的拉应力增大，上下面层间的层间剪应力减小，下面层与钢板的层间剪应力增大。双层铺装结构需要采取措施提高下面层材料的抗拉强度、韧性以及与钢板的粘结强度，并使下面层与钢板协同变形。　　2）基于钢桥面力学响应分析，提出钢桥面新型铺装结构“钢桥面板+钢筋网+剪力钉+轻质高强高韧性水泥基工程复合材料+应力吸收功能层+高粘SMA-13”。在下面层铺装结构中，剪力钉与钢筋网构成的桥面抗推移骨架，在提高下面层轻质高强高韧性水泥基工程复合材料抗滑移能力的同时，使行车荷载作用于钢桥面的各向应力得以均匀传递，进一步提高铺装层与钢桥面之间的协同变形能力和抗疲劳特性。上、下铺装层间增设高粘高弹改性沥青的防水粘结应力吸收层，提高了混凝土层与沥青铺装层之间的界面粘结强度和抗剪强度。上面层高粘SMA使表面磨耗层具有更为优良的高温抗车辙、低温抗裂及耐久性性能。　　3）提出轻质高强高韧性水泥基工程复合材料的设计方法与制备工艺，制备出28d抗压、抗折强度分别为70.4MPa、12.1MPa，弯曲韧性指数I20达到23.42，容重1922kg/m3，抗弯拉疲劳次数（应力水平0.65，10Hz）达到200万次以上的轻质高强高韧性水泥基工程复合材料。探讨了纤维与聚合物复合增韧机理。　　4）研究了剪力钉间距、高度、直径，钢筋网直径、网格间距等组合铺装结构的设计参数对组合铺装结构抗弯拉疲劳性能的影响规律，确定钢桥面铺装层组合结构的设计参数。研究结果表明新型钢桥面组合铺装结构控制应变700με、10Hz下抗弯拉疲劳寿命达到1000万次以上，与目前钢桥面普遍使用的浇筑式沥青混凝土与环氧沥青混凝土处于同一水平。　　研究成果应用于宜昌枝城长江大桥桥面铺装项目和武汉市机场第二公路通道，取得了显著的经济效益。
作者：	陆超
专业：	材料学
导师：	丁庆军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文