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原文传递疏水性抑冰抗滑磨耗层的材料研发及性能试验研究

论文题名：	疏水性抑冰抗滑磨耗层的材料研发及性能试验研究
关键词：	路面养护;疏水抑冰抗滑磨耗层;疏水机理;粘结性能;抗滑性能;抑冰性能
摘要：	既有道路的路面冰雪问题不仅降低了公路运输效率，同时也严重影响道路运输安全，对道路路面冰雪的处治是目前整个交通行业的重难点问题。电力设施及机翼所采用的疏水涂层除冰材料，由于其优异的防冰和除冰能力，为路面除冰提供了新思路。但该种涂层除冰材料耐久性较差，难以长期稳定用于路面除冰领域。因而，亟需一种兼顾耐久性与路用性能的疏水性磨耗层材料用以路面除冰领域。环氧抗滑磨耗层由于其良好的路用性能，在路面养护中得到广泛应用。由此，拟将疏水材料除冰能力与环氧抗滑磨耗层的理念相结合，围绕环氧树脂本身性能特点对其进行疏水改性，通过对疏水性环氧树脂粘结料制备方法、力学性能，及磨耗层路用性能、抑冰性能进行系统性研究，提出将疏水性抑冰抗滑磨耗层用以路面除冰的新方法，为该除冰技术在路面应用的推广奠定基础。主要研究内容及结论如下：　　（1）对环氧树脂抗滑磨耗层的国内外相关规范及文献进行调研后，选取适合的改性原材料及骨料。在高温条件下对环氧树脂进行疏水改性，并对改性前后的环氧树脂官能团进行分析。改性试验结果表明：在160℃反应条件下，10%-30%改性剂掺量下所制得的改性环氧树脂较稳定，并观测到-Si-O-C-键存在；随着改性剂掺量由0%增加到30%时，环氧基含量基本保持不变，其固化性能得到保证。　　（2）通过SEM扫描电镜，从微观层面出发对改性环氧树脂表面疏水机理进行研究。在此基础上，对改性后环氧树脂固化物表面进行接触角试验，并对试验结果进行方差分析。研究表明：改性后环氧树脂表面疏水性主要来源于其低表面能基团；反应温度及各组分掺量对其表面接触角均有显著影响；在160℃反应条件下，环氧树脂反应体系内产生了自聚。基于拉伸性能试验，对疏水性环氧树脂粘结材料的各组分掺量进行优化研究，通过对试验结果进行方差分析，结论表明：疏水性环氧树脂各组分掺量对其拉伸强度及断裂伸长率均存在显著影响，且适当增加固化剂掺量能显著提高环氧树脂的韧性。在保证环氧树脂疏水性的条件下，改性剂掺量应为20%；稀释剂掺量应为5%-10%；固化剂掺量应考虑为80%-90%。　　（3）通过对不同固化剂掺量下，环氧树脂的粘结性能进行研究，结果表明：环氧树脂粘结性能良好；当固化剂掺量为80%时，疏水性环氧树脂的粘结性能达到峰值；且60%-100%固化剂掺量下疏水性环氧树脂粘结性能均优于AC-13。基于胎-路动态摩擦试验，对疏水抑冰抗滑磨耗层的抗滑性能衰变规律进行研究，并使用与BPN存在相关性的动摩擦系数（COF）作为抗滑指标，对磨耗层抗滑性能进行表征。研究发现在8h不间断动态摩擦力的作用下，疏水抑冰抗滑磨耗层COF指标峰值与AC-13相当。但其表面抗滑性能衰减速度远小于AC-13表面。　　（4）通过对疏水表面的防冰及除冰机理进行研究，研究发现疏水抑冰抗滑磨耗层能延迟与水滴接触面的结冰时间，具备一定的防冰能力；磨耗层与冰层之间的拉拔、剪切强度均小于沥青表面；与沥青表面相比，疏水抑冰抗滑磨耗层表面冰层受冲击后破坏面明显，冰层残留率较低。
作者：	邱逍
专业：	交通运输工程
导师：	郑智能
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022