竹木基生态铺面材料制备及其力学性能研究

作     者：申超月 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹晓翎

授予年度：2024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：防腐预处理 生态材料 固化动力学 自催化模型 

摘      要：道路路面铺筑的块体材料主要包括混凝土块、联锁块等,其具有耐磨、抗压、易更换维护、施工速度快等优点,目前被广泛应用到人行道、公园、景区、城市广场等道路。但是混凝土块和联锁块的弹性模量较大、减震性能弱,行人长时间行走或站立在硬质表面上会增加脚部和腿部肌肉的负担,容易导致肌肉疲劳和不适,降低了居民绿色出行的舒适度。为解决此问题,提出了一种以竹木材料为基体复合其他增强材料形成具有某些特定性能的复合材料,即竹木基复合铺装材料。主要对其制备工艺、组成设计、强度形成及损伤行为和生态效益进行研究。 首先,借鉴国内外已有的竹木材料防腐防潮的研究,取用化学试剂作预处理;参考沥青混合料和水泥混凝土的制备工艺、配比设计,采用正交试验确定影响竹木基复合铺装材料抗压-抗折强度因素的主次排序为成型方式、养护方式、拌合工艺,并通过单因素-控制变量法和质量法进行竹木基生态铺面材料的配比设计确定成型压力为20KN、MDI-Ⅱ作胶结料、海藻酸钠和氯化钙1:1作预处理试剂、骨料级配为1:2、砂率为3、竹篾条长细比为34.5时竹木基复合铺装材料的力学性能最优;通过BET法计算木屑的比表面积并结合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)式(T0705-21)计算初始胶用量为0.25,试验确定最佳胶集比为0.3,继而确定竹木基复合铺装材料的配合比。 其次,通过傅里叶红外光谱推断MDI-Ⅱ的固化过程;通过非等温DSC数据对MDI-Ⅱ的固化温度进行研究,根据外推法确定了MDI-Ⅱ的固化工艺,采用Kissinger、Ozawa、Starink及FWO法对MDI-Ⅱ固化反应的表观活化能进行计算,计算结果表明MDI-Ⅱ的表观活化能在整个固化过程中呈现出逐渐减小的趋势,对应固化反应速度先增大后减小,表明MDI-Ⅱ的固化反应是一个典型的S型反应;通过Málek法对MDI-Ⅱ所对应的固化模型进行推断,并利用Málek法对自催化模型表达式中的其它动力学参数进行计算,对比实验值与模型的预测值,证明自催化模型SetakBerggren是MDI-Ⅱ固化体系的固化模型。 然后,利用生命周期评估法比较再生路面砖和竹木基复合材料的能耗值分别是166.452MJ、158.851MJ,碳排放值分别是15.877kg、10.688kg,确定竹木基复合铺装材料在节能和生态方面具有优势;研究水-高温、水-低温、光-高温环境对竹木基生态铺面材料力学强度的影响,试验结果表明经过预处理后的铺块在恶劣环境耦合作用后其力学强度保存率均在80%以上。 最后,通过上述研究内容和对竹木基生态铺面材料断裂界面的观察,针对竹木基生态铺面材料的力学强度稳定性技术提出建议:(1)合理优化木屑级配,采用砂石作填料逐级填充使混合料骨架嵌挤密实;(2)选择合理的MDI-Ⅱ胶结剂用量;(3)加强原材料的防水、防腐处理,即必须对原材料进行预处理;(4)通过胶粘剂固化动力学模型的理论分析,把控试件成型的静压时间和脱模后的养护温度。