路用柔性水泥基复合材料制备与性能研究

论文摘要

基于隧道路面的特殊使用环境,路面材料既要保持强度高、耐久性好、防火、防水害、施工安全等优点,又要满足行车舒适性。研究和制备一种具有低弹性模量、高韧性特点的柔性水泥混凝土路面材料,具有广泛的应用前景。本文通过研究路用柔性水泥砂浆的性能,为水泥混凝土路面材料的研究提供依据。本文采用单因素和正交试验方法,在降低柔性水泥砂浆弹性模量,提高柔韧性,保证必要的强度的前提下,优化了以纤维、聚合物及橡胶粉为主要组分的柔性水泥砂浆的配合比。同时,借助扫描电子显微镜（SEM）表征手段,对集料-水泥石界面、孔结构进行了研究。通过对柔性水泥砂浆物理力学性能、路用性能和微观结构的系统研究,揭示了柔性水泥砂浆的组成、结构与性能之间的相互影响和变化规律。取得如下研究结果:1.通过配合比的优化,确定了两种聚合物柔性水泥砂浆最佳配比参数:即纤维体积掺量为0.1%,橡胶粉取代砂的体积率为10%,两种聚合物聚灰比（乳液固含量与水泥质量之比）分别为20%和3.5%。所配制的水泥砂浆抗压都大于20MPa,折压比大于0.32,抗压弹性模量小于12.2GPa,具有优良的韧性、体积稳定性及耐久性能。2.水泥砂浆中掺入橡胶粉后,砂浆中的孔隙增多,从而显著的削弱了砂-水泥石,橡胶粉-水泥石界面的结合程度,大幅度降低砂浆的强度,并明显的增加了砂浆的干缩率,但是加入橡胶粉后砂浆的柔韧性有明显的改善。3.纤维的加入对水泥砂浆的强度影响不大,但对砂浆早期收缩抗裂有非常积极的作用,明显得降低了砂浆的干缩率,提高了砂浆的抗渗性,同时使砂浆的柔韧性也有略微改善。4.由聚合物和橡胶粉对水泥砂浆的改性结果发现,砂浆内部聚合物乳液形成连续网络,在保证低弹性模量的前提下,进一步增强了橡胶粉砂浆的抗压强度,为该材料在路面上的应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 柔性水泥基材料的研究现状
• 1.3 柔性水泥基材料的工程应用
• 1.4 柔性水泥基材料制备存在的问题
• 1.5 本研究的目的和意义
• 1.6 本文主要研究目标和内容
• 第2章 实验原料及实验方法
• 2.1 试验原材料优选及技术指标测试方法
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 集料
• 2.1.3 聚合物的选择
• 2.1.4 纤维的选择
• 2.1.5 外加剂的选择
• 2.2 试验设计与实验方法
• 2.2.1 实验设计
• 2.2.2 试验仪器与设备
• 2.2.3 养护制度
• 2.2.4 基本性能试验
• 第3章 材料组成对柔性砂浆力学性能的影响
• 3.1 聚丙烯（PP）纤维对砂浆性能的影响
• 3.1.1 PP纤维单因素水泥砂浆的配合比设计
• 3.1.2 试验结果及分析
• 3.2 聚合物对水泥砂浆性能的影响
• 3.2.1 SBR乳液改性水泥砂浆的配合比设计
• 3.2.2 PVA乳液改性水泥砂浆配合比设计
• 3.2.3 实验结果及分析
• 3.3 橡胶粉对柔性砂浆性能的影响
• 3.3.1 橡胶粉掺量单因素试验配合比设计
• 3.3.2 工艺流程
• 3.3.3 试验结果及分析
• 3.4 聚合物乳液对橡胶粉砂浆的性能影响
• 3.4.1 SBR改性橡胶粉砂浆
• 3.4.2 PVA乳液改性橡胶粉砂浆研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 配合比优化及路用柔性水泥砂浆性能的研究
• 4.1 正交试验分析
• 4.1.1 正交试验配合比设计
• 4.1.2 试验结果及分析
• 4.2 路用柔性水泥基复合材料的性能研究
• 4.2.1 配合比设计
• 4.2.2 物理力学性能
• 4.2.3 柔韧性
• 4.2.4 干缩性
• 4.2.5 耐久性
• 4.3 本章小结
• 第5章 柔性水泥基复合材料的改性机理探讨
• 5.1 聚丙烯纤维阻裂增强机理研究
• 5.1.1 纤维间距理论
• 5.1.2 复合材料理论
• 5.2 聚合物改性理论
• 5.2.1 水泥基复合材料中聚合物结构的形成过程
• 5.2.2 聚合物对水泥基复合材料的改性机理
• 5.3 弹、塑性应变能理论
• 5.4 微观结果及分析
• 5.4.1 显微硬度结果及分析
• 5.4.2 扫描电镜图象分析（SEM）
• 5.5 对微观结果的分析与讨论
• 5.5.1 几种微观测试结果比较
• 5.5.2 微观测试结果讨论
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢