具有形状记忆功能的水泥路面填缝料自愈合行为研究
发布时间：2021-10-30 04:58
随着我国道路交通迅速发展,水泥路面是高等级路面的主要铺装类型之一,广泛用于公路、城市道路、机场跑道、港口道路,且以接缝式水泥路面为主,并采用各种填缝材料对接缝进行密封,从构造上保持路面的整体性、平顺性和密水性,提高水泥路面耐久性和行车舒适性。但是,在交通荷载和环境因素的反复作用下,水泥路面填缝料由于应力集中及老化作用易产生裂缝或损伤,导致水泥路面板产生断裂、错台、唧泥等破坏,严重影响了水泥路面使用寿命和服务品质,填缝料的耐久性已成为制约水泥路面发展和应用的重要瓶颈之一。因此,本文制备了具有自愈合功能的填缝料,能主动适应接缝的宽度变化,并在开裂或损伤时得到及时修复,提高填缝料耐久性,对延长水泥路面使用寿命,提高服务品质,促进水泥路面发展,并发挥在国家路网结构中的作用具有重要意义。首先,在本课题组前期形状记忆聚氨酯（SMPU）研究的基础上,本文采用环氧树脂（EP）和纳米二氧化钛（TiO2）分别对SMPU进行改性和增强。通过差示扫描量热分析仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、万能试验机等分别研究两者的热性能、微观结构、力学性能等,确定EP和纳米TiO2...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泥路面填缝材料的常见损坏类型Fig.1-1Commondamagetypesofjointsealantofcementconcretepavement
些材料的改性。虽然改性后使用性能有所提高，但大多数对环境变化感知迟钝，，且没有自愈合能力，易产生因为老化、挤压、拉伸等导致的开裂或损伤，不能接缝处位移、力学、耐久等性能要求。即使有些改性的填缝料使用效果较好，但贵、施工复杂，难以推广应用。 形状记忆聚合物及其复合材料研究现状智能型形状记忆材料与结构是一门新兴的多学科交叉的研究热点，是当前材料科前沿的研究领域之一，受到国内外研究人员的广泛关注。形状记忆聚合物（SM具有初始形状的试件在一定条件下改变其形状，固定成临时形状，通过外界条件又可回复其初始形状的聚合物。其具有良好的形状可回复性、成本较低、形状转易调节、耐腐蚀性好、质量轻等优点，已经被广泛应用于纺织、航天、医学、工[20-22]。SMPs 种类较多，按照形状回复原理，其可分为热致型、电致型、化学感应型和类[23]。其中，热致型形状回复原理是：在高于材料玻璃化转变温度（Tg）时加形变达到设计值并处于应变硬化状态，保持荷载不变进行冷却，固定该形变，卸度升高至 Tg以上时，预形变材料又回复到其初始形状，此过程如图 1-2。由于热s 的训练方法简单、制备简便、应用广泛，其是 SMPs 研究中最为活跃的领域。
然后粘结裂缝的表面并与基质中的催化剂发生反应，从而粘合裂纹面进行自动愈合，如图1-3 所示。Jin 等[58]采用双微胶囊使热固性环氧树脂能够自愈合，其中一个胶囊包含改性脂肪族聚胺，另一个胶囊包含稀释的环氧树脂单体，并通过原位聚合法将两种微胶囊分散到环氧基质中。研究表明，当胺胶囊和环氧胶囊的质量比为 4:6 时，材料愈合达到最佳效果。朱孟花等[59]研究了微胶囊自愈合技术对环氧树脂复合材料断裂力学性能的影响。当微胶囊掺量较小时，达不到自愈合目的；当掺量较大时，易产生团聚，且修复液流出后留下的空囊壁又成为材料新缺陷，影响力学性能。图 1-3 包含微胶囊修复剂复合材料的自愈合概念示意图[57]Fig. 1-3 Schematic diagram of self healing of composite materials with microcapsule repair agent除了微胶囊自愈合，中空纤维自愈合的研究也比较多，其自愈合原理与微胶囊类似。Williams 等[60]采用充满双组份环氧树脂的纤维埋置在复合材料中，当基体损伤穿过纤维时，修复液渗入裂纹，粘合裂纹面，如图 1-4，并采用冲击和弯曲试验研究了损伤后自愈合效果。另外，倪卓等[61]研究了碳纤维在聚酯基体裂纹扩展过程中的桥接作用及自愈合功能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚氨酯弹性体耐水解性能的研究进展[J]. 胡欣欣,刘浩浩,刘然升,于如军. 聚氨酯工业. 2017(06)
[2]仿生超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜的构筑及性能研究[J]. 吉海燕,范亚敏,吴殿国,费婷,黄济华,许晖,李华明. 材料导报. 2017(24)
[3]形状记忆聚合物复合材料研究进展[J]. 王恩亮,董余兵. 浙江理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[4]热塑性聚氨酯/聚己内酯共混物的形状记忆和力学性能[J]. 李颖,左龙,陈宝书. 高分子材料科学与工程. 2017(10)
[5]仿生超疏水金属表面应用研究进展[J]. 季梅. 装备环境工程. 2017(10)
[6]热适性形状记忆聚合物[J]. 郑宁,谢涛. 高分子学报. 2017(11)
[7]聚合物水泥路面填缝材料变形性能研究[J]. 彭光,许金余,任韦波. 硅酸盐通报. 2017(09)
[8]新型有机硅改性聚氨酯填缝胶的合成及应用[J]. 王德卫,王海霞,贾海燕,王傅巍,寿崇琦. 新型建筑材料. 2017(05)
[9]形状记忆聚合物泡沫材料的研究进展[J]. 周成飞. 橡塑技术与装备. 2016(20)
[10]形状记忆高分子材料的新型共混制备方法[J]. 杜江,姚雪亮,刘彦良,万德成,浦鸿汀. 高分子学报. 2016(01)
博士论文
[1]仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究[D]. 喻华兵.太原理工大学 2014
硕士论文
[1]形状记忆交联聚己内酯及其复合材料的制备与性能研究[D]. 李策.哈尔滨工业大学 2017
[2]纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯耐老化研究[D]. 董显权.淮北师范大学 2014
[3]具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备及性能表征[D]. 魏洪秋.哈尔滨工业大学 2013
[4]热塑性聚氨酯弹性体结构及其老化性能的研究[D]. 李慧慧.复旦大学 2013
[5]改性聚氨酯粘弹阻尼材料及其约束阻尼结构的表征及老化研究[D]. 张静.青岛理工大学 2011
[6]浇注型聚氨酯弹性体耐油性能与结构的关系研究[D]. 陈万滨.华南理工大学 2011
[7]FPS聚合物性能评价与驱油效果研究[D]. 董加宇.大庆石油学院 2010
本文编号：3466095
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水泥路面填缝材料的常见损坏类型Fig.1-1Commondamagetypesofjointsealantofcementconcretepavement
些材料的改性。虽然改性后使用性能有所提高，但大多数对环境变化感知迟钝，，且没有自愈合能力，易产生因为老化、挤压、拉伸等导致的开裂或损伤，不能接缝处位移、力学、耐久等性能要求。即使有些改性的填缝料使用效果较好，但贵、施工复杂，难以推广应用。 形状记忆聚合物及其复合材料研究现状智能型形状记忆材料与结构是一门新兴的多学科交叉的研究热点，是当前材料科前沿的研究领域之一，受到国内外研究人员的广泛关注。形状记忆聚合物（SM具有初始形状的试件在一定条件下改变其形状，固定成临时形状，通过外界条件又可回复其初始形状的聚合物。其具有良好的形状可回复性、成本较低、形状转易调节、耐腐蚀性好、质量轻等优点，已经被广泛应用于纺织、航天、医学、工[20-22]。SMPs 种类较多，按照形状回复原理，其可分为热致型、电致型、化学感应型和类[23]。其中，热致型形状回复原理是：在高于材料玻璃化转变温度（Tg）时加形变达到设计值并处于应变硬化状态，保持荷载不变进行冷却，固定该形变，卸度升高至 Tg以上时，预形变材料又回复到其初始形状，此过程如图 1-2。由于热s 的训练方法简单、制备简便、应用广泛，其是 SMPs 研究中最为活跃的领域。
然后粘结裂缝的表面并与基质中的催化剂发生反应，从而粘合裂纹面进行自动愈合，如图1-3 所示。Jin 等[58]采用双微胶囊使热固性环氧树脂能够自愈合，其中一个胶囊包含改性脂肪族聚胺，另一个胶囊包含稀释的环氧树脂单体，并通过原位聚合法将两种微胶囊分散到环氧基质中。研究表明，当胺胶囊和环氧胶囊的质量比为 4:6 时，材料愈合达到最佳效果。朱孟花等[59]研究了微胶囊自愈合技术对环氧树脂复合材料断裂力学性能的影响。当微胶囊掺量较小时，达不到自愈合目的；当掺量较大时，易产生团聚，且修复液流出后留下的空囊壁又成为材料新缺陷，影响力学性能。图 1-3 包含微胶囊修复剂复合材料的自愈合概念示意图[57]Fig. 1-3 Schematic diagram of self healing of composite materials with microcapsule repair agent除了微胶囊自愈合，中空纤维自愈合的研究也比较多，其自愈合原理与微胶囊类似。Williams 等[60]采用充满双组份环氧树脂的纤维埋置在复合材料中，当基体损伤穿过纤维时，修复液渗入裂纹，粘合裂纹面，如图 1-4，并采用冲击和弯曲试验研究了损伤后自愈合效果。另外，倪卓等[61]研究了碳纤维在聚酯基体裂纹扩展过程中的桥接作用及自愈合功能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚氨酯弹性体耐水解性能的研究进展[J]. 胡欣欣,刘浩浩,刘然升,于如军. 聚氨酯工业. 2017(06)
[2]仿生超疏水聚丙烯/二氧化钛复合薄膜的构筑及性能研究[J]. 吉海燕,范亚敏,吴殿国,费婷,黄济华,许晖,李华明. 材料导报. 2017(24)
[3]形状记忆聚合物复合材料研究进展[J]. 王恩亮,董余兵. 浙江理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[4]热塑性聚氨酯/聚己内酯共混物的形状记忆和力学性能[J]. 李颖,左龙,陈宝书. 高分子材料科学与工程. 2017(10)
[5]仿生超疏水金属表面应用研究进展[J]. 季梅. 装备环境工程. 2017(10)
[6]热适性形状记忆聚合物[J]. 郑宁,谢涛. 高分子学报. 2017(11)
[7]聚合物水泥路面填缝材料变形性能研究[J]. 彭光,许金余,任韦波. 硅酸盐通报. 2017(09)
[8]新型有机硅改性聚氨酯填缝胶的合成及应用[J]. 王德卫,王海霞,贾海燕,王傅巍,寿崇琦. 新型建筑材料. 2017(05)
[9]形状记忆聚合物泡沫材料的研究进展[J]. 周成飞. 橡塑技术与装备. 2016(20)
[10]形状记忆高分子材料的新型共混制备方法[J]. 杜江,姚雪亮,刘彦良,万德成,浦鸿汀. 高分子学报. 2016(01)
博士论文
[1]仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究[D]. 喻华兵.太原理工大学 2014
硕士论文
[1]形状记忆交联聚己内酯及其复合材料的制备与性能研究[D]. 李策.哈尔滨工业大学 2017
[2]纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯耐老化研究[D]. 董显权.淮北师范大学 2014
[3]具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备及性能表征[D]. 魏洪秋.哈尔滨工业大学 2013
[4]热塑性聚氨酯弹性体结构及其老化性能的研究[D]. 李慧慧.复旦大学 2013
[5]改性聚氨酯粘弹阻尼材料及其约束阻尼结构的表征及老化研究[D]. 张静.青岛理工大学 2011
[6]浇注型聚氨酯弹性体耐油性能与结构的关系研究[D]. 陈万滨.华南理工大学 2011
[7]FPS聚合物性能评价与驱油效果研究[D]. 董加宇.大庆石油学院 2010
本文编号：3466095
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