半柔性路面材料水泥/沥青界面微结构与粘结失效机理研究

作     者：王敬元 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张云升;洪锦祥

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：半柔性路面材料 水泥/沥青界面 微观结构 粘结行为 交互作用 

摘      要：半柔性路面材料(Semi-Flexible Pavement,SFP)是向大空隙沥青混合料中灌注高性能的水泥灌浆料制成,表现出较强的抗渗透能力、抗车辙能力,有效延长了路面的使用寿命,提高了行车的舒适性和安全性,应用和发展前景广阔。由于沥青和水泥的材料特性、力学性能、变形等存在较大差异,水泥/沥青界面是复合材料的薄弱位置,裂缝往往在水泥/沥青界面位置产生并沿界面发展。因此,本文从水泥/沥青界面的微结构、粘附与失效行为着手,探究水泥/沥青界面的粘结失效机理,开展的主要工作和相应的研究成果如下:(1)通过马歇尔稳定度试验、劈裂抗拉试验和SCB半圆弯曲试验,测试了SFP的力学性能、变形能力与断裂韧性,研究了复合材料断裂面失效模式的变化规律。结果表明:空隙率增大会削弱水泥/沥青界面粘结性能对SFP力学性能的贡献,低空隙率或特定承载方式时,水泥/沥青界面的粘结性能不应被忽视。(2)通过拉拔试验、拉拔失效面分析,研究了温度因素与水泥/沥青界面粘结强度、水泥/沥青粘附失效、沥青内聚失效的变化规律。结果表明:温度-抗拉强度曲线与温度-沥青复数黏度曲线相符,沥青内聚力降低是造成水泥/沥青界面粘结强度减弱的主要因素。(3)采用扫描电镜及能谱分析技术、红外光谱分析技术,表征了水泥/沥青界面过渡区的微观形貌、化学组分和物质基团,结果表明:水泥与沥青不发生化学反应,沥青侧硫铝酸盐水泥的水化产物呈定向分布,提高了水泥/沥青界面的机械粘结力,提出了“水泥-沥青定向吸附作用。(4)通过接触角试验、水泥/沥青胶浆流变试验,研究了水泥/沥青的交互作用能力,从分子和界面学角度,验证了水泥-沥青定向吸附作用的可靠性。