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原文传递基于胎路摩擦行为的聚氨酯超薄磨耗层抗剥落耐久性能研究

论文题名：	基于胎路摩擦行为的聚氨酯超薄磨耗层抗剥落耐久性能研究
关键词：	路面预养护;超薄磨耗层;聚氨酯;结构特性;耐久性能
摘要：	沥青路面达到一定服役年限后，表面构造大幅降低将导致路面抗滑性能难以满足使用要求，进而危及行车安全。针对此类问题，可通过铺筑磨耗层达到前期有效预防或后期恢复路用性能的目的。树脂类超薄磨耗层作为一种预养护新技术，其优异性能已陆续得到验证。其中，聚氨酯作为一种耐磨性、耐候性和耐热性等性能突出的材料，已然成为路用材料的理想选择。然而，目前对聚氨酯磨耗层材料要求、性能研究和服役寿命等缺乏深入研究，相关技术尚不成熟。因此，拟针对现有问题，系统开展聚氨酯超薄磨耗层材料、结构特性及其基于胎路摩擦行为的耐久性能研究。　　首先，分析聚氨酯和耐磨骨料的技术指标和性能要求，利用ImageJ图像处理技术研究了耐磨骨料的表观形貌对胶石粘结强度的影响。通过拉伸试验对其拉伸性能和断裂行为展开进一步分析，并基于拉伸强度和断裂伸长率确定了胶结料的材料配比。　　其次，基于室内试验分别对聚氨酯磨耗层的抗滑性能、抗裂性能和抗剥落性能展开研究。通过轮胎—路面动态摩擦测试系统（Tire-pavement Dynamic Friction Analyzer，TDFA）对胎路间摩擦行为展开研究，分析不同工况下动摩擦系数（Dynamic Friction Coefficient，DFC）随磨耗作用时间的衰变规律。结果表明，在分别以速度、荷载、骨料类型等为单因素变量时，DFC均呈对数型衰减，整个过程可划分为快速衰变区、缓慢衰变区和衰变稳定区，其中骨料质量损失是影响DFC前期衰变的主要因素；通过激光轮廓测量仪对聚氨酯磨耗层路表展开激光扫描，获取不同磨耗阶段下的表面三维轮廓数据，基于此，计算出幅度特征、间距特征、形状特征和综合特征等四类可用于描述路表纹理变化的11个参数，并排除其中的共线性参数，认为MPD等5个参数描述了不同的纹理特征；结合骨料质量损失率和三维纹理参数，建立可用于描述聚氨酯磨耗层抗滑性能的多元二次多项式模型。　　针对磨耗层常见的开裂问题，通过加速加载试验和模拟抗折强度试验分析其在轮载作用下的抗裂性能。结果表明，在设定的轮载累积作用次数下，磨耗层轮迹带及边缘部分并未出现开裂现象，说明其具有良好的抗裂性能。随后通过低温小梁弯曲试验、温度循环试验等方法，评价了聚氨酯材料及其磨耗层在路面低温抵抗开裂过程中所发挥的积极作用。　　针对磨耗层骨料和结构性剥落问题，通过TDFA，分析了荷载、速度、骨料类型、骨料粒径、聚氨酯胶黏剂用量、铺装工艺等对骨料剥落的影响；基于层间粘结性能，以剪切试验和拉拔试验为主要研究手段，分别以温度、胶黏剂用量等为变量，对磨耗层与原路面的粘结强度进行评价。结果表明，当胶黏剂用量为1.0kg/m2时，试件具有最佳强度性能。此外，聚氨酯磨耗层可有效抑制沥青路面高温病害；通过室内加速紫外老化试验，对聚氨酯试件及磨耗层进行了耐紫外老化研究，并利用Leica显微镜和扫描电镜对不同老化时间的聚氨酯试样表面进行观测，再借助红外光谱揭示其老化机理。结果表明，紫外老化作用会使聚氨酯材料表面出现黄变和裂纹等现象，其主要原因是旧分子键断裂和新分子键形成。紫外作用对聚氨酯材料拉伸强度和断裂伸长率的影响主要在老化前期，且影响程度不大，说明紫外作用对聚氨酯磨耗层的骨料及结构性剥落影响较小。　　最后，在分析了磨耗层常见破坏形式的基础上，提出基于路用性能的磨耗层设计多指标控制体系和标准的施工流程。此外，以磨耗过程中的骨料质量损失为基础，建立了骨料质量损失预估模型，基于此可初步推导出聚氨酯磨耗层服役寿命的计算公式，进而预估其服役寿命。
作者：	龙承梁
专业：	交通运输工程
导师：	余苗
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022