掺ECC砂浆半柔性路面材料路用性能及自愈合研究

发布时间：2020-10-25 00:05

　　 随着路面材料研究的深入与发展,我国沥青路面和水泥路面设计施工技术已取得巨大进步,路面的整体使用性能及服务寿命得到了显著提升。但在部分特殊路段,如长陡坡路段、隧道、收费道口和道路交叉口等,对路面材料的高温稳定性能、抗疲劳性能和抗水损害性能均提出了更高的要求,在该路段上使用常规沥青混合料或水泥混凝土容易导致路面功能性及结构性损坏。现有研究表明:采用高模量、高耐磨耗材料可以得到高强路面材料,但在经济层面上往往难以承受,无法大量推广。对于此类特殊路段,我们仍需要一种性能良好、经济合理的路面材料。显然,兼具高温稳定性好、耐久性强和投资较少等特点的半柔性路面材料是一种合适的选择,但其开裂问题在一定程度上阻碍了这种路面的发展与推广。本文釆用高韧性水泥基复合材料(ECC)替代原有的水泥灌浆材料,并利用其对裂缝宽度出色的控制能力、低水灰比及自愈合等特点,在一定程度上改善半柔性路面材料的开裂问题,本文具体研究工作如下:1)设计得到不同空隙率的沥青混合料级配,由析漏试验和飞散试验验算不同级配下混合料的最佳沥青用量,不同空隙大小的母体沥青混合料配合比。试验结果表明:母体沥青混合料的各项性能指标均满足规范要求。2)对比分析几种常见纤维的物理经济指标,选择PVA纤维作为本试验用材料。分析水灰比、纤维长短、含砂量及纤维掺量对砂浆流动度及可灌性的影响。试验结果表明:当水灰比为0.23,纤维长度为5mm~10mm、纤维掺量为1%~2%,含砂量为20%时砂浆的流动度和灌浆效果较好,且强度符合要求。3)抗折抗压试验表明:ECC材料强度随龄期增长而增大,其韧性和试件结构整体性优于普通砂浆;随着纤维掺量增加,抗折强度略微提升,产生的裂缝宽度减小,抗压强度提升不显著;ECC早期养护的收缩变形大于普通砂浆,干缩应变值较大。随龄期增长三者干缩应变增大,但变化趋于平缓。掺量1%的干缩应变值最大,其次为2%,最后为普通砂浆。4)路用性能试验结果表明:ECC砂浆和普通砂浆作为不同空隙率母体沥青混合料的灌注材料,均表现出优异的高温稳定性,且动稳定度随空隙率增加而增大,但掺ECC砂浆的半柔性路面材料变形小,流值低。掺ECC砂浆的半柔性材料的抗裂性比SMA-16沥青混合料差,优于普通半柔性材料。与普通水泥砂浆相比掺ECC砂浆试件疲劳性能较好,其抗疲劳性能随混合料的空隙率增大而增强。5)自愈合试验表明:湿热空气中养护的带裂缝试件力学性能恢复优于其他两种情况;红外光谱试验及扫描电镜试验结果表明,在自愈合的过程中的二次水化生成了以C-S-H和钙矾石为主的产物,并达到填充裂缝及自愈合的效果,并解释了其在不同环境下力学性能恢复的原因。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U414
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 半柔性路面开裂机理分析
        1.2.1 半柔性路面结构
        1.2.2 半柔性路面的开裂类型
        1.2.3 半柔性路面开裂的影响因素
    1.3 ECC材料国内外研究现状
        1.3.1 ECC的理论研究
        1.3.2 ECC材料的性能研究
        1.3.3 ECC材料的自愈合性能研究
    1.4 主要研究内容
    1.5 本文技术路线
第二章 试验材料及试验设计
    2.1 原材料
        2.1.1 沥青
        2.1.2 集料与填料
        2.1.3 水泥
        2.1.4 粉煤灰
    2.2 沥青混合料设计
        2.2.1 母体沥青混合料级配设计
        2.2.2 最佳沥青用量计算
    2.3 砂浆设计方法研究
    2.4 试验方案设计
        2.4.1 高温性能
        2.4.2 低温性能
        2.4.3 疲劳性能
        2.4.4 自愈合性能
    2.5 小结
第三章 ECC砂浆的制备和性能研究
    3.1 纤维的选择
    3.2 灌浆效果的影响因素分析
        3.2.1 水灰比和纤维掺量的初步确定
        3.2.2 纤维长度对灌浆效果的影响
        3.2.3 含砂量对灌浆效果的影响
        3.2.4 母体混合料空隙率对灌浆效果的影响
    3.3 砂浆的制备过程
    3.4 砂浆力学性能研究
        3.4.1 抗折强度试验
        3.4.2 抗压强度试验
        3.4.3 干缩试验
    3.5 本章小结
第四章 ECC砂浆对沥青混合料性能的影响研究
    4.1 灌浆量的确定
    4.2 半柔性混合料试件制备
        4.2.1 马歇尔试件
        4.2.2 车辙板试件
        4.2.3 混合料灌浆效果研究
    4.3 路用性能试验
        4.3.1 高温性能
        4.3.2 低温性能
        4.3.3 疲劳试验
    4.4 本章小结
第五章 ECC材料自愈合性能研究
    5.1 水泥基材料自愈合机理
    5.2 ECC的自愈合性能研究
        5.2.1 试件的预处理
        5.2.2 试件的养护
        5.2.3 试验结果及分析
    5.3 傅里叶红外光谱试验
        5.3.1 试验流程
        5.3.2 试验结果及分析
    5.4 扫描电镜试验
        5.4.1 试验结果及分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要研究结论
    6.2 研究展望
参考文献
附录 A 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2855160