地聚合物基路面修补材料的制备及性能研究

论文摘要

随着公路交通量和汽车载重量的日益增长,早期修建的水泥混凝土路面由于水泥制品耐久性不足,均出现了不同程度的破损现象。最初大多表现为路面的局部病害,如裂缝、孔洞坑槽等。如果这些小范围的局部病害得不到及时有效的修复,最终将导致路面更严重的破坏,造成更大的经济损失。路面局部快速修补技术具有施工快速、简单、方便等特点,可以避免整板修复带来的开放交通时间长、不经济的缺点,已经成为路面快速修补技术中不可或缺的部分。但是现有路面局部快速修补材料都是以水泥基材料为主,存在着修补界面粘结差、质量参差不齐等局限性,已经成为路面局部快速修补技术发展的瓶颈,制约了它的进一步应用和发展。因此开发价格合理,性能优良的路面局部快速修补材料就显得尤为迫切和重要。本文采用偏高岭土、普通硅酸盐水泥和碱性激发剂组成的特种胶凝材料体系,以中砂为细集料制备了一种新型路面局部快速修补材料。讨论了激发剂种类、掺加方式、含量等对地聚合物强度的影响;研究了含钙化合物对地聚合物的改性,其中包括对凝结时间、强度以及粘结强度、收缩性能的影响;通过XRD、SEM、DSC-TG等现代测试方法对改性地聚合物进行了微观分析,探讨了地聚合物的反应过程;初步了研究了地聚合物基路面局部快速修补材料的抗硫酸盐腐蚀性能、抗碱集料反应性能、耐高温性能、耐磨性能;此外还对路面局部修补工艺进行了总结。研究结果表明:①激发剂的种类、掺加方式、含量对强度存在显著的影响,应综合考虑强度、施工操作性和经济性加以选择。②地聚合物基路面局部快速修补材料具有早强、快硬、高强等特点。4小时抗折强度可以达到4.21MPa,抗压强度为25.6MPa,56天强度可达110.6MPa;初凝时间可根据施工现场气温控制在2040min;粘结强度较高,收缩较小。③地聚合物基路面局部快速修补材料的主要组成相为无定形的硅铝酸盐矿物,在早期可能含有少量水化硅酸钙。④地聚合物基路面局部快速修补材料抗硫酸盐腐蚀性能、抗碱集料反应性能、耐高温性能、耐磨性能均较为优异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外路面修补材料的研究现状
• 1.3 地聚合物及其研究现状
• 1.3.1 地聚合物材料的组成
• 1.3.2 地聚合物的聚合机理及结构特征
• 1.3.3 地聚合物材料结构与性能的关系及其与其他材料的比较
• 1.3.4 地聚合物的特点及国内外研究现状
• 1.4 本课题的提出
• 1.4.1 开发地聚合物材料作道路快速修补材料的可行性
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 1.4.3 本课题的研究意义
• 2 原材料及实验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 偏高岭土
• 2.1.2 水泥
• 2.1.3 氢氧化钠
• 2.1.4 硫酸钙
• 2.1.5 熟石灰
• 2.1.6 碳酸钙
• 2.1.7 水玻璃
• 2.1.8 粗集料
• 2.1.9 细集料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 物理性能实验
• 2.2.2 力学性能试验
• 2.2.3 耐硫酸盐腐蚀试验
• 2.2.4 耐高温试验
• 2.2.5 碱-集料反应试验
• 2.2.6 耐磨试验
• 3 地聚合物制备的影响因素及其改性研究
• 3.1 地聚合物的强度及主要影响因素
• 3.1.1 激发剂的掺加方式对强度的影响
• 3.1.2 激发剂的种类对强度的影响
• 3.1.3 激发剂的含量对强度的影响
• 3.2 地聚合物的凝结时间及其改性方法
• 3.2.1 偏高岭土地聚合物的凝结时间
• 3.2.2 含钙化合物对偏高岭土地聚合物凝结时间的改性
• 3.3 改性地聚合物的本身强度及粘结强度
• 3.3.1 改性地聚合物的本身强度
• 3.3.2 改性地聚合物的粘结强度
• 3.4 改性地聚合物的收缩
• 3.5 本章小结
• 4 改性地聚合物用于修补材料的耐久性能研究
• 4.1 改性地聚合物抗硫酸盐侵蚀性能
• 4.2 抗碱-集料反应性能
• 4.2.1 碱含量对地聚合物砂浆ASR 膨胀率的影响
• 4.2.2 活性集料含量对地聚合物砂浆ASR 膨胀率的影响
• 4.3 耐高温
• 4.4 耐磨
• 4.5 本章小结
• 5 改性地聚合物的反应过程及微观分析
• 5.1 改性地聚合物XRD 分析
• 5.2 改性地聚合物SEM 分析
• 5.3 改性地聚合物差热分析
• 5.4 本章小结
• 6 修补工艺的小结
• 6.1 水泥混凝土路面损坏原因分析
• 6.1.1 局部坑槽和孔洞损坏
• 6.1.2 接缝碎裂
• 6.1.3 板角断裂
• 6.2 快速修补工艺
• 6.2.1 修补工具
• 6.2.2 修补前的准备工作
• 6.2.3 不同的路面局部破损类型的修补工序
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录