基于弱边界层理论的灌缝胶失效机理研究

发布时间：2017-10-03 07:34

  本文关键词：基于弱边界层理论的灌缝胶失效机理研究

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【摘要】：目前,灌缝修补是我国处理裂缝病害的一种有效、简捷且广泛的维修方法。由于在恶劣自然环境及复杂交通荷载的多重耦合作用下,灌缝胶在路用服役中极易出现早期失效现象。经过长期的实际路面状况调查和室内试验研究,发现灌缝胶的粘附性失效是最典型的失效形式,所占比例达80%以上,严重影响了路面的使用性能,缩短了道路的使用寿命,浪费了大量的人力和物力。因此,有必要对灌缝胶的失效机理进行研究。主要研究内容如下:首先,根据东北地区的实际路面调查和室内研究,发现粘附性失效是灌缝胶最典型的失效形式,根据失效界面的断裂形式,发现界面弱边界层的存在是灌缝胶粘附性失效的直接原因。在现有试验夹具的基础上,设计新夹具,并提出灌缝胶/裂缝壁界面粘附性能的评价方法。其次,分析裂缝壁特性及所处的外界环境对灌缝胶失效的影响。研究表明:裂缝壁粘结面的孔隙率和孔隙尺寸对灌缝胶/裂缝壁界面上弱边界层的存在和灌缝胶的失效有直接影响;灌缝胶所处的外界温度过低、长期浸水或内部掺入砂石杂质时,都会影响灌缝胶/裂缝壁之间的粘附作用,导致界面处的灌缝胶断裂而引起失效。再次,设计合理的制备工艺自制性能不同的灌缝胶,分析灌缝胶各内部成分对失效的影响。研究表明:SBS改性剂和橡胶粉对灌缝胶的失效有重要影响,其中橡胶粉的影响较大。当橡胶粉含量过多或尺寸过大时,灌缝胶/裂缝壁界面处的灌缝胶发生组分分离并形成弱边界层,导致界面处的灌缝胶断裂而引起失效。最后,根据灌缝胶/裂缝壁粘附性能的影响因素,基于弱边界层理论分析灌缝胶的失效机理,并提出界面粘附性能的改善措施。其中,通过选择性能满足温度要求的灌缝胶、选择合理的开槽方式、灌缝胶表面涂一层粘结性能良好的防水材料、保证裂缝内部无任何杂质等措施改善灌缝胶/裂缝壁的粘附性能。
【关键词】：失效形式 弱边界层理论 裂缝壁表面特性 灌缝胶的成分及微观结构 失效机理 改善措施
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-15
• 1.2.1 灌缝胶基本性能的研究11-12
• 1.2.2 灌缝胶粘附性能的研究12-13
• 1.2.3 灌缝胶失效机理的研究13-15
• 1.2.4 国内外文献综述15
• 1.3 主要研究内容与技术路线15-18
• 第2章 灌缝胶低温失效的原因及评价方法18-32
• 2.1 灌缝胶典型失效形式18-24
• 2.1.1 现场失效形式调查18-22
• 2.1.2 室内试验失效形式22-24
• 2.2 灌缝胶/裂缝壁界面低温粘附性能试验方法24-27
• 2.2.1 试验设备及夹具24-25
• 2.2.2 试验参数25-26
• 2.2.3 试验方法和评价指标26-27
• 2.3 失效原因的初步分析27-30
• 2.3.1 弱边界层（WBL）理论简介27-28
• 2.3.2 弱边界层理论在灌缝胶失效中的应用28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 裂缝壁特性及外界因素对灌缝胶失效的影响32-53
• 3.1 表面粗糙度的影响32-36
• 3.1.1 试验方法32-34
• 3.1.2 不同岩性裂缝壁粘结面的表面粗糙度34
• 3.1.3 粗糙度的影响34-36
• 3.2 级配的影响36-38
• 3.3 表面特性对灌缝胶失效的影响38-45
• 3.3.1 裂缝壁粘结面成分分布处理方法39-40
• 3.3.2 孔隙的影响40-42
• 3.3.3 沥青胶浆的影响42-43
• 3.3.4 集料的影响43-45
• 3.4 外界因素对灌缝胶失效的影响45-51
• 3.4.1 温度的影响45-47
• 3.4.2 水的影响47-50
• 3.4.3 外界杂质的影响50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 灌缝胶自身性能对失效的影响53-74
• 4.1 灌缝胶的制备53-55
• 4.1.1 试验材料53-54
• 4.1.2 试验设备54
• 4.1.3 制备工艺54-55
• 4.1.4 试验设计55
• 4.2 SBS改性剂对灌缝胶失效的影响55-64
• 4.2.1 不同SBS掺量灌缝胶的基本性能55-56
• 4.2.2 玻璃化转变温度分析56-58
• 4.2.3 组成成分分析58-60
• 4.2.4 微观结构分析60-62
• 4.2.5 表面粗糙度和粘附力分析62-64
• 4.3 橡胶粉对灌缝胶失效的影响64-73
• 4.3.1 橡胶粉掺量的影响64-68
• 4.3.2 橡胶粉尺寸的影响68-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第5章 灌缝胶失效机理及改善措施74-81
• 5.1 基于弱边界层（WBL）理论的失效机理74-76
• 5.2 灌缝胶/裂缝壁粘附性能的改善措施76-79
• 5.2.1 灌缝胶自身方面的改善措施76-77
• 5.2.2 裂缝壁方面的改善措施77-78
• 5.2.3 其他外界因素的改善措施78-79
• 5.3 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-88
• 致谢88-89

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本文编号：963980