聚合物改性水泥路面修补砂浆的粘结性能研究及界面模拟

作     者：钟秀容 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴进良

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：丁苯胶乳 丙烯酸 复合改性修补砂浆 粘结性能 有限元 

摘      要：随着交通荷载日益增重,混凝土路面作为强度高、耐久性好、抗紫外线能力强、安全性高的公路常用路面之一,其结构遭到破坏,需要频繁修复。为研究出一种综合性能好的聚合物改性水泥路面修补砂浆,本文使用丁苯胶乳(SBR)和丙烯酸乳液(AE)两种聚合物作为改性剂,通过正交试验,根据宏观和微观性能综合分析选取聚合物改性水泥路面修补砂浆最佳配比,同时,针对新旧材料界面粘结性能展开研究并进行界面粘结仿真模拟。主要研究内容与结论如下:(1)分别研究SBR与AE单掺时,改性修补砂浆的工作性能与力学性能。试验结果发现,当聚灰比为0.1、消泡剂掺量为0.6%时,AE改性修补砂浆流动度和抗折强度较SBR改性修补砂浆和普通水泥修补砂浆大,SBR改性修补砂浆抗折强度较AE改性砂浆和普通水泥修补砂浆强。(2)利用L正交试验对SBR-AE复掺改性修补砂浆的宏观和微观性能进行研究,并得到最优的聚合物改性水泥路面修补砂浆配比。试验发现,水灰比是影响修补砂浆工作性能和抗压强度的最显著因素,修补砂浆抗折强度和粘结强度的最大影响因素是聚灰比和AE/SBR。微观分析发现SBR-AE复掺改性修补砂浆内部的C-S-H凝胶体形态更为连续均匀,粘结性能较单掺更好。综合试验结果得到聚合物改性水泥路面修补砂浆最佳配合比:水灰比为0.45、灰砂比为1:2、聚灰比为0.15、AE/SBR为1,消泡剂掺量为0.6%,减水剂掺量为0.8%。(3)研究界面湿度和界面处理方法对聚合物改性水泥路面修补砂浆与旧混凝土基底界面的粘结性能的影响,同时对采用不同界面处理方法的旧基底的粘结试验结果进行了荷载-位移曲线拟合和微观分析。试验结果表明,旧混凝土界面处于湿润状态且采用双向刻槽的处理方法能够使聚合物改性水泥路面修补砂浆与旧混凝土基底连接更紧密,粘结强度更高。微观分析还发现,干燥或潮湿状态下的新旧材料界面处会产生裂缝而湿润状态则粘结紧密,未见明显裂缝。(4)利用有限元方法建立了聚合物改性水泥路面修补砂浆与旧混凝土基底间的粘结模型,其加载模式以实际粘结试验得到的荷载-位移曲线为基础进行设计。结果表明,界面无处理时,界面处的应力明显大于试样的其他位置,存在应力集中现象,而双向刻槽处理方式可以更好的分散应力,并且承受更大的荷载。此外,不同粘结模型的荷载-位移曲线与实际试验结果规律一致。