基于响应面法的水泥混凝土路面抗滑涂层的研究

作     者：李慢飞 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王端宜;钱尼贵

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：水泥混凝土路面 抗滑性能 水泥基涂层 表面抗滑处治 响应面优化 

摘      要：经过道路行业的多年努力,我国路面结构承载能力不足的问题已基本得到解决。在高温潮湿地区,路面抗滑不足以及抗滑性能快速衰减等表面功能问题正在成为道路行业新的挑战,特别是隧道路面问题更加严重。除此之外,我国是世界第一水泥产能大国,连续多年水泥产量超过全世界的一半。因此,将水泥基材料应于抗滑铺装领域具有重大价值。为了克服传统水泥基材料的缺陷,推动水泥基抗滑铺装层的发展。本文基于响应面优化设计方法,研发一种新型水泥基抗滑涂层材料,该材料以改性水泥砂浆作为涂层,在此基础上对涂层表面进行抗滑处治。首先本论文根据汽车轮胎在水泥混凝土路面上产生弹性变形,从能量耗散角度分析出水泥混凝土路面抗滑摩檫力取决于路表微凸体表面梯度,受到路面、车辆、材料、环境因素影响,在此基础上提出了水泥混凝土路面抗滑涂层粘结性能、抗裂性能、耐磨耗性能、抗滑性能的要求。研究对比了掺量为8%、10%、12%、14%的水性环氧树脂、SBR胶乳、CRL胶乳对拉拔强度的影响,发现14%的水性环氧树脂对拉拔强度提升显著性最大;研究对比了掺量为0.4%、0.8%、1.2%、1.6%的PVA纤维、GF纤维、BF纤维对开裂指数的影响,发现PVA纤维对开裂指数的抑制显著性最大;研究对比了掺量为8%、10%、12%、14%的SBR胶乳、CRL胶乳对基准砂浆的磨耗值的影响,发现SBR胶乳对降低磨耗值较为显著。其次,在单因素的基础上,利用响应面分别对拉拔强度、开裂指数、磨耗值进行优化。当水性环氧树脂、PVA纤维、SBR胶乳同时掺入基准砂浆中发现:在粘结性能方面,水性环氧树脂和SBR胶乳表现出显著的交互作用;在抗裂性能方面,水性环氧树脂、PVA纤维和SBR胶乳任意两者之间不存在显著的交互作用;在耐磨耗性能方面,水性环氧树和PVA纤维、水性环氧树脂和SBR胶乳之间存在显著的交互作用。最终确定优化条件为:水性性环氧树脂掺量8%、PVA纤维掺量1.1%、SBR胶乳掺量13.7%。优化结果为:拉拔强度0.70 MPa,开裂指数0 mm,磨耗值为21.71 g·m。最后,利用响应面对砂浆构造深度、摆值、剥落率进行综合评比,确定金刚砂粒径12～24目,金刚砂撒布量4.7 kg·m,涂层砂浆涂抹量3.45 kg·m。优化后的抗滑涂层的初始构造深度为1.68,摆值为87.2。加载70000次后,仍具有良好的抗滑性能。