[博士]水泥混凝土路面裂缝修补材料研究

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内容简介

　　[博士]水泥混凝土路面裂缝修补材料研究　　学科专业：道路与铁路工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：长安大学　　学位年度：2004　　 水泥混凝土路面因强度高、耐久性优良、水泥来源广而在全国范围内得到迅速发展，路面里程不断增长。但在现代交通及自然因素作用下，路面早期病害不断出现，其中裂缝最为普遍，对于早期微裂缝，公路养护部门多采用沥青及环氧栩旨等有机材料及时进行修补，这类材料虽有粘合和封闭作用，但存在着与路面水泥混凝土相容性差、易老化、造价高、不利于环保等缺陷。针对这种现状，本文选择超细及普通水泥作为裂缝修补的基质材料，并掺加具有柔性和双组分防水及粘结性能的聚合物乳液5400及苯乙烯I丙烯酸脂类共聚物8161进行改性，旨在研发与路面混凝土相容性好、性能优良、施工方便、经济环保的水泥混凝土路面早期微缝修补材料。　　 论文首先系统分析了我国水泥混凝土路面设计、施工及养护现状，认为路面破坏过程和开裂机理是一个非常复杂的问题，路面开裂是多种因素综合作用的结果，它不仅涉及到混凝土材料、路面设计理论和方法，还与交通荷载及温度应力的计算理论和方法以及其他相关学科有关。　　 结合路面裂缝的特殊性质及材料市场供应状况，对裂缝修补的基质材料及改性材料进行了筛选，设计了科学的试验研究方案。论文深人研究了聚合物改性水泥的流动性、可灌性、稳定性、填充饱满性等流变性质，一以粘度、凝结时间和可灌性为工作性控制目标，优化了改性水泥类路面微裂缝修补材料配合比设计。论文还从聚合物改性水泥的水化过程、凝结硬化、抗折及抗压强度、收缩变形等方面研究了修补材料的力学特性及路用性能，并对其影响因素进行了研究探讨。结果显示，聚合物乳液S400及8161的加人使水泥水化放热及凝结硬化过程发生了变化，抗折强度大幅度提高，柔韧性及收缩变形性质都得到了改善。　　 裂缝修补材料与旧棍凝土的界面粘结性能优劣关系到修补成功与否，论文围绕粘结性试验方法及评价指标展开研究，并模拟路面实际受力状况设计了弯拉粘结强度和拉伸剪切粘结强度试验方法，提出了评价指标。试验结果表明:超细水泥中加人S4f?0，其弯拉粘结强度较未改性水泥提高20%以上，8161改性提高可达36%;改性普通水泥提高幅度可达3d% o　　 论文在深人分析路面微裂缝修补材料耐久性含义的基础上，重点研究其抗渗、抗腐蚀及耐磨性。试验中选用了盐酸、硫酸和冰醋酸溶液作为腐蚀性介质，以浸泡后的抗压强度损失率做为耐腐蚀性指标。试验结果显示，S400及8161能显著提高改性水泥材料的抗腐蚀性能，提高的程度因聚合物种类、掺量、水泥品种而异。磨性试验表明，当聚灰比P/C>15%，耐磨耗性能改善效果非常显著。聚合物颗粒细小可充填水泥浆体内部的孔隙，阻碍水分的吸附及渗透，从而提高了抗渗性。　　 借助于XRD, DTAITG, SEM、压汞法测孔等多种现代物相分析技术研究5400及8161改性超细及普通水泥的水化过程、水化产物、水化机理、硬化浆体的亚微观形貌及孔结构。研究结果显示，聚合物乳液在水泥石中不但能够充分成膜，而且可浸润和渗透水泥水化产物，形成不完全连续的、填充密实的空间网架结构，使得材料结构明显细化，水化产物取向性减小，结构更加致密。　　 论文首次对聚合物乳液改性超细水泥的孔隙率、孔特征及孔结构进行了系统研究，深入分析了孔级配随聚合物掺量及养护龄期的变化规律，揭示了聚合物改性水泥材料组成、结构与宏观技术性能之间的内在联系。取得了一些创新性研究成果。　　 研究中采用灰色系统理论和加和排序评价两种方法对聚合物改性材料进行多指标综合性能评价，计算分析了经济性，确定了各类材料的适用条件及范围，优选出性能优异的修补材料，通过某高速公路水泥路面微裂缝修补检验，效果良好。

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