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 建筑论文
聚合物混凝土长期使用性能影响因素探究
发布时间:2020-01-18 点击: 发布:学术论文网
  摘     要   
  聚合物混凝土是由聚合物完全代替沥青作为胶结料与矿料混合而成的一种新型冷拌冷铺铺装材料,节能减排、绿色环保。前期研究表明,聚合物混凝土的高温、低温等性能均优于 SBS 改性沥青混合料,但是关于影响其耐久性因素的研究较少。鉴于此,本文对聚合物混凝土长期使用性能的影响因素进行评价研究。
  
  首先,研究了老化对聚合物混凝土性能的影响。用紫外光照和高温对聚合物混凝土进行老化,评价了飞散劈裂强度损失、低温小梁弯拉应变及高温车辙动稳定度,并将聚合物混凝土的抗老化性与 SBS 改性沥青混合料进行对比。结果表明,与 SBS 改性沥青混合料相比,聚合物混凝土具有更好地抗老化能力。温度老化后其飞散后劈裂强度是SBS 改性沥青混合料的 1.4 倍以上;紫外光老化后低温最大弯拉应变是 SBS 改性沥青混合料的 6.9 倍以上;老化后聚合物混凝土的高温性能是 SBS 改性沥青混合料的 5 倍以上。
  
  其次,评价了聚合物混凝土在长期使用过程中的水稳定性。在多次冻融循环及长期光、热老化的作用下,聚合物混凝土与 SBS 改性沥青混合料的冻融劈裂强度比趋于接近,但聚合物混凝土的剩余劈裂强度是 SBS 改性沥青混合料的 2 倍。通过改进浸水飞散试验得出在试验条件的范围内,聚合物混凝土水稳定性影响因素排序为浸泡温度>浸泡时间>磨耗次数。
  
  最后,对聚合物混凝土抗疲劳性能进行了评价。四点弯曲疲劳试验表明,聚合物混凝土的疲劳寿命在老化后仍达到 100 万次以上,从疲劳寿命次数和初始模量得出,聚合物混凝土比 SBS 改性沥青沥青混合料具有更好地抗疲劳能力。
  
  关键词:  聚合物混凝土;耐久性;影响因素;抗老化性能;水稳定性能;抗疲劳性能 。
     Abstract   
  Polymer concrete is a new type of cold mixtures and made of polymer instead of asphalt as binder. It can save energy, reduce emission and protect environment. Previous studies have shown that the performance of polymer concrete is better than that of SBS modified asphalt mixture at high and low temperatures, but there are few studies on the factors affecting its durability. In view of this, this paper evaluates the influencing factors of long-term service performance of polymer concrete.
  
  Firstly, the effect of aging on the properties of polymer concrete was studied. Polymer concrete  were  aged  by  ultraviolet  light  and  high  temperature.  The  splitting  strength  loss, bending  strain  of  low  temperature  trabecula  and  rutting  stability  at  high  temperature  were evaluated. The aging resistance of polymer concrete was compared with that of SBS modified asphalt mixture. The results show that polymer concrete has higher aging resistance than SBS modified asphalt mixture. The splitting strength after temperature aging is more than 1.4 times of  that  of  SBS  modified  asphalt  mixture,  the  maximum  bending  strain  at  low  temperature after ultraviolet aging is more than 6.9 times of that of SBS modified asphalt mixture, and the high temperature performance of aged polymer concrete is more than 5 times of that of SBS modified asphalt mixture.
  
  Secondly, the moisture susceptibility of polymer concrete in long-term use was evaluated. Under the action of multiple freeze-thaw cycles and long-term light and thermal aging, the ratio of freeze-thaw splitting strength of polymer concrete to SBS modified asphalt mixture tends to be close, but the residual splitting strength of polymer concrete is twice that of SBS modified asphalt mixture. By improving the soaking and dispersion test, it is concluded that inthe  range  of  test  conditions,  the  influencing  factors  of  moisture  susceptibility  of  polymer concrete are ranked as soaking temperature, soaking time and wear times. Finally,  the  fatigue  resistance  of  polymer  concrete  was  evaluated.  Four-point  bending fatigue test shows that the fatigue life of polymer concrete is still more than 1 million times after aging. From the number of fatigue life and initial modulus, polymer concrete has higherfatigue resistance than SBS modified asphalt mixture。
  
  Keywords:    Polymer  concrete;  Durability;  Influencing  factors;  Aging  resistance;  Moisturesusceptibility; Fatigue resistance。
     第1章 绪论
    
  1.1、研究背景与意义。

  
  近年来中国在交通工程领域发展迅速,截止到2018年末,中国公路桥梁建设总数已接近90万座。但是,随着交通量、荷载地不断增长及极端恶劣天气的作用,各类铺装材料在长期使用过程中的病害逐渐加重。目前,常用的铺装材料主要为沥青混凝土,其强度主要通过骨架结构及沥青与集料之间的黏结力形成[1]。针对不同的使用功能,铺装材料分为路用沥青混凝土、SMA沥青玛蹄脂碎石混凝土、排水沥青混凝土、树脂改性沥青混凝土等。为了保证铺装材料满足长寿命的要求,减少使用过程中发生病害,我们采取了许多措施如:采用超薄磨耗层作为保护层、在混凝土中加入抗老化剂、采用高黏或改性沥青等措施,但是都没有改善沥青材料在高温中变软、低温环境下开裂、被水浸泡后脱落松散的特性。十三五规划纲要指出[2],要完善能源安全制度,加强城市基础交通等设施的建设,大力发展新型绿色环保能源。因此,在沥青类材料本身性质无法得到较好改善的情况下,新型道路铺装材料的开发已刻不容缓。
  
  随着聚合物行业的兴起,其逐渐应用于多个行业领域,在道路工程领域主要是应用于快速修补技术及改善沥青品质。聚合物本身具有较好地黏结性,与矿料混合的过程中不会出现脱空现象,且聚合物可以在常温下与矿料进行拌和,是一种冷拌冷铺环保型材料。传统的使用方法是将聚合物作为改性剂对沥青性能进行改善,聚合物改性沥青通常较基质沥青来说脆点较低,高温稳定性与低温抗裂性较好,常温状态下黏度很大,并且拌和与施工便捷简单无需特殊的施工设备。聚合物作为外加剂虽然在一定程度上提高了沥青的高温性能、弹性与黏性,但材料在本质上仍是以沥青为基础,所以并没有改变它高温软化、低温脆裂及遇水松散等特性。因此,课题组经过前期大量的室内试验研究,提出了一种新型的聚合物混凝土铺装材料。
  
  聚合物混凝土将聚合物完全代替沥青作为胶结料与矿料混合,通过室内试验验证发现其路用性能均好于目前常用的改性沥青混合料如:SBS改性沥青混合料、废胎胶粉复合SBS改性沥青混合料、树脂SBS改性沥青混合料等。对于新材料的使用,我们希望其在外部环境作用下仍能保持良好的使用情况。如果聚合物混凝土在外部环境侵蚀的作用下仍能保证优良的工作性能与耐久性,在一定程度上我们就可以解决道路铺装结构实际服役寿命与设计年限无法匹配的问题。同时根据国务院2018年印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的要求[3],聚合物混凝土的推广与应用有利于构建清洁低碳高效的能源体系,有效降低SO2、CO2、CO等污染物的排放,推动绿色交通体系的建设与发展。本文对聚合物混凝土的长期使用情况进行探究,根据聚合物的特点选取了不同的影响因素,并对不同因素下的聚合物混凝土的长期使用情况进行评估,通过对不同因素作用下聚合物混凝土抗老化性、水稳定性及抗疲劳性的分析,为聚合物混凝土的应用提供技术支持。
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  1.2、国内外研究现状.

  1.2.1、聚合物混凝土.
  1.2.2、混凝土耐久性
  
  1.3、主要研究内容
  
  1.4 、技术路线图
  
  第2章  原材料性能检测及配合比设计
  
  2.1 、原材料技术性能

  2.1.1、集料
  2.1.2、黏结剂
  
  2.2、材料配合比设计
  2.2.1、矿料级配设计
  2.2.2、聚合物混凝土配合比设计
  2.2.3、沥青混凝土配合比设计
  2.2.4、路用性能验证
  
  2.3 、本章小结
  
  第3章  聚合物混凝土抗老化性能
  
  3.1、温度老化

  3.1.1、概述
  3.1.2、温度参数确定
  
  3.2、紫外光老化
  3.2.1、概述
  3.2.2、紫外光老化机理
  3.2.3、紫外光老化参数确定
  
  3.3、聚合物混凝土抗松散性能
  3.3.1、肯塔堡飞散试验
  3.3.2、老化对聚合物混凝土松散性影响
  3.3.3、抗松散性能对比分析
  
  3.4、聚合物混凝土低温性能
  3.4.1、低温弯曲小梁试验
  3.4.2、老化对聚合物混凝土低温性能影响
  3.4.3、低温性能对比分析
  
  3.5、聚合物混凝土高温性能
  3.5.1、动稳定度试验
  3.5.2、老化对聚合物混凝土高温性能影响
  3.5.3、高温性能对比及分析
  
  3.6、本章小结
  
  第4章  聚合物混凝土水稳定性能
  
  4.1、水温作用下聚合物混凝士破坏机理.
  
  4.2、聚合物混凝土多次冻融循环下性能研究

  4.2.1、试验方法
  4.2.2、冻融循环下的水稳定性变化
  
  4.3、光热对聚合物混凝土水稳定性的影响
  4.3.1、试验方法
  4.3.2、老化对水稳定性的影响
  4.3.3、水稳定性对比分析
  
  4.4、改进浸水飞散试验
  4.4.1、正交试验.
  4.4.2、正交试验结果分析
  
  4.5、本章小结
  
  第5章  聚合物混凝土抗疲劳性能
  
  5.1、试验条件及方法

  5.1.1、常用疲劳试验方法
  5.1.2、疲劳试验方案
  
  5.2、疲劳试验结果及分析
  5.2.1、疲劳寿命次数
  5.2.2、初始劲度模量
  
  5.3、本章小结

  结论

  本文对聚合物混凝土的耐久性影响因素进行研究,主要从聚合物混凝土的抗老化性能、水稳定性能及疲劳性能进行了相关试验分析,得到主要研究结论如下:

  (1)聚合物混凝土配合比设计。

  1)采用马歇尔设计方法对AC-13型聚合物混凝土的级配进行设计,并确定其最佳黏结剂用量为7%。2)聚合物混凝土的冻融劈裂强度比要弱于SBS改性沥青混合料,但其冻融劈裂剩余强度要高于SBS改性沥青混合料,采用剩余劈裂强度来评价聚合物混凝土的水稳定性能更为合理。

  (2)聚合物混凝土抗老化性能。

  1)聚合物混凝土与SBS改性沥青混合料相比具有更好地抗老化能力。2)老化环境对聚合物混凝土抗松散性能影响排序为90℃>紫外光照>60℃,高温老化后聚合物混凝土经飞散的剩余劈裂强度是未老化的SBS改性沥青混合料的1.4倍。3)老化环境对聚合物混凝土低温抗裂性能影响排序为紫外光照>90℃>60℃,紫外光照6周后聚合物混凝土的最大弯拉应变为14700με,是相同老化条件下SBS改性沥青混合料的6.9倍。4)老化对于聚合物混凝土高温稳定性有一定的提高,但并不明显,聚合物混凝土的动稳定度在老化前后均是SBS改性沥青混合料的5倍以上。

  (3)聚合物混凝土的水稳定性。

  1)聚合物混凝土在多次冻融循环及老化环境中均表现出随着作用次数或时间的增加,冻融劈裂强度比的变化趋势与SBS改性沥青混合料越来越接近,同时其剩余劈裂强度是SBS改性沥青的2倍。2)多次冻融循环对于聚合物混凝土的水稳定性影响要大于光、热老化环境对聚合物混凝土水稳定性能的影响。3)改进浸水飞散试验表明,聚合物混凝土水稳定性影响排序为:浸泡温度>浸泡时间>磨耗次数。

  (4)聚合物混凝土抗疲劳性能。

  1)在1200με下,从疲劳寿命次数来看,温度、紫外光及冻融循环对于SBS改性沥青混合料疲劳寿命影响较为明显,聚合物混凝土的疲劳寿命在老化后仍高于100万次。2)在1200με下,从弯曲劲度模量来看,SBS改性沥青混合料的弯曲劲度模量是聚合物混凝土的8倍以上,聚合物混凝土与SBS改性沥青混合料相比疲劳性能更好。

  参考文献

    郭虹良. 聚合物混凝土耐久性影响因素研究[D]. 北京建筑大学 2019
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