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原文传递基于聚合物合金的钢桥面轻质高强铺装材料开发与结构性能研究

论文题名：	基于聚合物合金的钢桥面轻质高强铺装材料开发与结构性能研究
关键词：	钢桥面铺装材料;聚合物合金;结晶行为;力学性能;高低温性能;疲劳特性;抗滑性能
摘要：	进入21世纪，大跨径桥梁对钢桥面铺装在轻质高强和耐久性方面的要求越来越高。现有沥青混凝土钢桥面铺装厚度大、密度高、恒载重，增加了大跨径钢桥建设难度。同时，沥青铺装变形能力有限，温度敏感性高，在国内高温重载的使用条件下，铺装层开裂、车辙等病害仍较为常见，导致钢桥面铺装的使用寿命仅有10年左右，与大跨径钢桥100年的使用寿命形成巨大反差。为此，开发一种轻质高强钢桥面铺装材料和结构已势在必行。　　本文依托重庆市重点产业共性关键技术创新专项“基于聚合物合金的钢桥面轻质高强铺装材料与装备开发”，抛弃以沥青混合料作为钢桥面铺装的固有思路，创造性地提出基于聚合物合金的轻质钢桥面铺装材料和结构，并对聚合物合金铺装材料和结构性能进行了系统研究。　　本文首先通过“比强度”指标，考察了PC、PPS、HIPS、ABS、PPO、PS、PP等聚合物材料的轻质高强特性，并结合材料经济性，优选出PPS和PP作为聚合物合金的基础材料；通过不同比例PPS和PP的挤出共混，制备得到PPS/β-PP聚合物合金，并通过熔体流动性能、FTIR、DSC、TGA、结晶速率等测试方法，结合结晶动力学理论，系统研究了聚合物合金的本体性能和结晶性能，确定了PPS/β-PP的合成比例，提出了PPS/β-PP聚合物合金的成核、晶体生长及总体结晶行为的作用机理，用于指导聚合物合金的制备，减少聚合物合金的内在缺陷。　　为制备兼顾力学性能、工作性能和经济性的聚合物合金铺装材料，本文以拉伸强度、断裂伸长率、加工温度为考察指标，以PPS/β-PP聚合物合金为基础，优选热塑性弹性体、硬质沥青、增韧树脂、无机填料作为外加剂，通过正交试验，确定了聚合物合金铺装材料共混体的合理比例，并通过增容改性技术，提高聚合物合金铺装材料的相容性，获得性能稳定、经济性好的聚合物合金铺装材料。然后，通过聚合物合金铺装材料的加工性能、力学性能、高低温性能、疲劳特性等试验研究，提出聚合物合金铺装材料的技术要求，建立了钢桥面聚合物合金铺装材料的疲劳预估方程。　　然后，本文结合钢桥面铺装技术应用经验，以及聚合物合金铺装材料的特性，提出了多种以聚合物合金铺装材料为主体的钢桥面铺装组合结构，开展了组合结构的界面粘结性能、高低温性能、疲劳性能、抗滑性能等试验研究，并根据试验结果推荐了聚合物合金铺装材料+高弹改性沥青SMA结构、聚合物合金铺装材料+超薄抗滑层结构等两种综合性能优良、经济性较好的聚合物合金铺装结构。　　最后，本文建立钢结构悬索桥铺装模型，分析了梁体结构受力、变形分布特点，以及加载位置、荷载分布及大小等对推荐的两种钢桥面聚合物合金铺装结构力学特性的影响，并提出对聚合物合金铺装结构的优化建议。
作者：	杨波
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	何兆益
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2021