环氧彩色铺装材料性能及过早破坏机制研究

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环氧彩色铺装是一种功能结构薄层,在改善交通堵塞和降低交通事故的发生率上展现出较为优良性能。但现存铺装层还存在一系列的问题,如开裂破坏、彩色骨料剥落、耐久性严重不足等一些高分子材料存在的一些通病。对胶结材料机理、材料性能、耐久性研究的不成熟是阻碍彩色铺装发展的重要因素。基于环氧彩色铺装存在的上述问题,本研究主要开展环氧彩色铺装过早破坏和材料性能研究。主要成果和结论如下:基于环氧彩色铺装开裂破坏的问题,通过室内试验对不同养护温度的环氧树脂中的应变和热膨胀系数进行监测,得出收缩特性主要包括温度收缩和自收缩。测得环氧树脂的热膨胀系数为87.1με/℃,在不同的温度条件下的自收缩应变大致维持在-1130~-1318με,当反应体系每升高10℃,温度收缩应变增大约1000με。路面结构典型的开裂主要为张开型、滑移型、撕开型裂纹。基于材料力学的相关的理论,分析彩色铺装胶结料的过早开裂的关系,开展彩色铺装的病害分析。通过对福州市紫外光辐射进行调研,得到年太阳辐射量约为4458MJ/m~2,年紫外光辐射约为267.48MJ/m~2,用耐候性紫外老化烘箱时模拟老化时间53.24d的紫外辐射量等价于室外一年的紫外光辐射量,老化加速率为6.8382。通过开展单一因素和复合因素对胶结料老化的影响,得到老化因素的影响程度:紫外光辐射>水热老化>热老化。开展红外光谱分析后,老化后环氧树脂中甲基、亚甲基、活泼的碳氧双键极易氧化,使环氧树脂胶结料力学性能衰减。彩色铺装的磨损类型主要有磨粒磨损、疲劳磨损、侵蚀磨损、黏结磨损等破坏形式。通过对不同工况开展试验,其中,腐蚀液体侵蚀>水侵蚀>老化>高温。泡水条件下的质量变化率是正常条件下的两倍,泡水时间36h时,骨料的磨耗质量为原试件质量的2.8%。当偶联剂添加质量分数为1%时,可以明显提高彩色铺装层的耐磨性能。通过对环氧树脂开展改性研究,当环氧树脂基体中颜料添加2wt%、偶联剂添加1wt%、增韧剂添加10wt%时,固化剂由改性胺类固化剂和防水剂组成。经过室内试验验证,力学性能有较大的改善。7d龄期下邵氏硬度在74~75之间,未改性前的邵氏硬度在80以上、断裂伸长率在10%以上,有良好的韧性。对色彩耐久性和施工规程开展研究,在室外放置30d的色彩明度系数仅下降了1%。同时,结合本论文研究对相关规范进行比较总结,建立彩色铺装设计流程,为彩色铺装的施工提供相关的技术指导。
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