多功能橋面鋪裝水泥基復(fù)合材料的制備、性能和機(jī)理分析.pdf

1、當(dāng)前我國(guó)正處于基礎(chǔ)工程大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，各種重大橋梁工程、大型隧道工程、高速公路等工程對(duì)結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。目前常用的橋面鋪裝材料主要有水泥混凝土鋪裝和瀝青混合料鋪裝兩大類。水泥混凝土材料雖然受壓承載能力強(qiáng)，但抗彎拉強(qiáng)度低、脆性大，行車舒適性差，易出現(xiàn)鋪裝層開(kāi)裂和破壞，在鋪裝材料中應(yīng)用受到限制；瀝青混凝土鋪裝材料具有表面平整、無(wú)接縫、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，但其強(qiáng)度普遍較低，溫度敏感性強(qiáng)、水損害嚴(yán)重，疲勞性能差，后期維修費(fèi)用高。環(huán)氧瀝青混凝

2、土作為鋪裝材料有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)環(huán)氧瀝青性能差，且我國(guó)沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從國(guó)外進(jìn)口環(huán)氧瀝青價(jià)格昂貴，從而增加了建設(shè)成本，導(dǎo)致資金外流，直接影響著我國(guó)公路交通的可持續(xù)發(fā)展。 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的水泥混凝土和瀝青混凝土橋面鋪裝材料進(jìn)行大量的調(diào)查和研究，提出了新型多功能橋面鋪裝材料的力學(xué)性能指標(biāo)。運(yùn)用復(fù)合材料設(shè)計(jì)原理，在水泥基體中分別加入功能組分橡膠粉和陶粒，采用有機(jī)與無(wú)機(jī)復(fù)合，纖維與顆粒復(fù)合，制備了新型多功能水泥基復(fù)合橋面鋪裝材料。新型

3、多功能橋面鋪裝材料不僅具有良好的力學(xué)性能和疲勞性能，還具有一定的吸聲耐磨等功能性和良好的性價(jià)比，對(duì)于廢物利用和環(huán)境保護(hù)也有著積極的意義。 在新型橋面鋪裝材料的設(shè)計(jì)制備過(guò)程中，研究了單摻不同纖維以及混雜纖維對(duì)砂漿力學(xué)性能的影響、不同橡膠粉摻量對(duì)纖維增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響和不同偶聯(lián)劑摻加方式對(duì)纖維增強(qiáng)橡膠粉水泥砂漿力學(xué)性能的影響，并研究了纖維對(duì)輕集料混凝土的增強(qiáng)增韌效果。最終優(yōu)選出兩種新型橋面鋪裝材料，并對(duì)其吸聲和耐磨性能進(jìn)行了

4、功能性研究和疲勞性能研究。通過(guò)微觀性能試驗(yàn)研究了橡膠粉與水泥基體的界面形貌和孔結(jié)構(gòu)，分析并得出了Si-69硅烷偶聯(lián)劑的作用機(jī)理。 纖維增強(qiáng)橡膠粉水泥砂漿具有良好的力學(xué)性能。在纖維增強(qiáng)砂漿中摻入橡膠粉，強(qiáng)度普遍降低。隨著橡膠粉摻量的增加，材料的抗壓強(qiáng)度和彈性模量呈線性下降趨勢(shì)，橡膠粉摻量為15％時(shí)，抗壓強(qiáng)度比未摻橡膠粉降低30％以上。對(duì)于抗折強(qiáng)度和軸拉強(qiáng)度，盡管加入橡膠粉后也有所降低，但當(dāng)橡膠粉摻量為10％時(shí)，兩種強(qiáng)度仍然能達(dá)到設(shè)

5、計(jì)指標(biāo)，同時(shí)韌性也能得到一定的改善。 混雜纖維增強(qiáng)輕集料混凝土用作橋面鋪裝材料具有較好的前景。纖維增強(qiáng)輕集料混凝土自重比普通混凝土低25％，彈性模量降低40％，由于輕集料的微泵效應(yīng)，界面粘結(jié)良好，具有較高的抗彎拉強(qiáng)度和良好的疲勞性能，韌性提高顯著。 新型橋面鋪裝材料還具有一定的吸聲性能和良好的耐磨性能。兩組優(yōu)選配比的平均吸聲系數(shù)分別為0.12和0.13，遠(yuǎn)高于普通水泥基材料，吸聲性能得到極大改善，但仍不屬于吸聲材料。對(duì)于

6、耐磨性能，兩組配比磨耗500次后質(zhì)量損失分別為6.02％和9.52％，比普通水泥基材料也有顯著提高。相比而言，纖維增強(qiáng)橡膠粉水泥砂漿的耐磨性能更佳，但纖維增強(qiáng)輕集料混凝土的自重僅為1800kg/m<'3>，彈模僅為21.48GPa，對(duì)于用作橋面鋪裝材料十分有利。 通過(guò)對(duì)不同偶聯(lián)方式的橡膠粉砂漿進(jìn)行微觀性能試驗(yàn)，研究了橡膠粉與水泥基體的界面形貌和不同偶聯(lián)方式下橡膠粉砂漿的界面孔結(jié)構(gòu)。未改性時(shí)橡膠粉與水泥基體界面存在明顯缺陷，采用偶