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原文传递多功能桥面铺装水泥基复合材料的制备、性能和机理分析

论文题名：	多功能桥面铺装水泥基复合材料的制备、性能和机理分析
关键词：	复合材料;桥面铺装;纤维增强;混凝土;水泥;橡胶粉砂浆
摘要：	当前我国正处于基础工程大规模建设时期，各种重大桥梁工程、大型隧道工程、高速公路等工程对结构材料提出了更高的要求。目前常用的桥面铺装材料主要有水泥混凝土铺装和沥青混合料铺装两大类。水泥混凝土材料虽然受压承载能力强，但抗弯拉强度低、脆性大，行车舒适性差，易出现铺装层开裂和破坏，在铺装材料中应用受到限制；沥青混凝土铺装材料具有表面平整、无接缝、行车舒适等优点，但其强度普遍较低，温度敏感性强、水损害严重，疲劳性能差，后期维修费用高。环氧沥青混凝土作为铺装材料有着明显的优势，但国内环氧沥青性能差，且我国没有自主知识产权，从国外进口环氧沥青价格昂贵，从而增加了建设成本，导致资金外流，直接影响着我国公路交通的可持续发展。通过对传统的水泥混凝土和沥青混凝土桥面铺装材料进行大量的调查和研究，提出了新型多功能桥面铺装材料的力学性能指标。运用复合材料设计原理，在水泥基体中分别加入功能组分橡胶粉和陶粒，采用有机与无机复合，纤维与颗粒复合，制备了新型多功能水泥基复合桥面铺装材料。新型多功能桥面铺装材料不仅具有良好的力学性能和疲劳性能，还具有一定的吸声耐磨等功能性和良好的性价比，对于废物利用和环境保护也有着积极的意义。在新型桥面铺装材料的设计制备过程中，研究了单掺不同纤维以及混杂纤维对砂浆力学性能的影响、不同橡胶粉掺量对纤维增强水泥砂浆力学性能的影响和不同偶联剂掺加方式对纤维增强橡胶粉水泥砂浆力学性能的影响，并研究了纤维对轻集料混凝土的增强增韧效果。最终优选出两种新型桥面铺装材料，并对其吸声和耐磨性能进行了功能性研究和疲劳性能研究。通过微观性能试验研究了橡胶粉与水泥基体的界面形貌和孔结构，分析并得出了Si-69硅烷偶联剂的作用机理。纤维增强橡胶粉水泥砂浆具有良好的力学性能。在纤维增强砂浆中掺入橡胶粉，强度普遍降低。随着橡胶粉掺量的增加，材料的抗压强度和弹性模量呈线性下降趋势，橡胶粉掺量为15％时，抗压强度比未掺橡胶粉降低30％以上。对于抗折强度和轴拉强度，尽管加入橡胶粉后也有所降低，但当橡胶粉掺量为10％时，两种强度仍然能达到设计指标，同时韧性也能得到一定的改善。混杂纤维增强轻集料混凝土用作桥面铺装材料具有较好的前景。纤维增强轻集料混凝土自重比普通混凝土低25％，弹性模量降低40％，由于轻集料的微泵效应，界面粘结良好，具有较高的抗弯拉强度和良好的疲劳性能，韧性提高显著。新型桥面铺装材料还具有一定的吸声性能和良好的耐磨性能。两组优选配比的平均吸声系数分别为0.12和0.13，远高于普通水泥基材料，吸声性能得到极大改善，但仍不属于吸声材料。对于耐磨性能，两组配比磨耗500次后质量损失分别为6.02％和9.52％，比普通水泥基材料也有显著提高。相比而言，纤维增强橡胶粉水泥砂浆的耐磨性能更佳，但纤维增强轻集料混凝土的自重仅为1800kg/m<'3>，弹模仅为21.48GPa，对于用作桥面铺装材料十分有利。通过对不同偶联方式的橡胶粉砂浆进行微观性能试验，研究了橡胶粉与水泥基体的界面形貌和不同偶联方式下橡胶粉砂浆的界面孔结构。未改性时橡胶粉与水泥基体界面存在明显缺陷，采用偶联剂与橡胶粉直接拌和后砂浆界面良好，无明显缺陷。对孔结构进行分析，虽然使用偶联剂改性后试样的总孔隙率有所增大，但是改性后橡胶粉与水泥基体界面的最可几孔径明显减小，并且采用偶联剂与橡胶粉直接搅拌改性的试样能明显改善孔径分布，多害孔明显减少，孔向小尺度偏移。通过对偶联剂主要成分分子结构进行研究，分析得出了Si-69硅烷偶联剂的作用机理，并结合微观试验结果，解释了不同偶联方式造成性能显著差异的原因。
作者：	陈恒健
专业：	材料学
导师：	孙伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文