水泥路面因強度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點已成為高等級路面的主要鋪裝類型之一,且以接縫式水泥路面為主。接縫是水泥路面最薄弱的環(huán)節(jié)之一,是導致水泥路面破壞的主要因素,嵌縫料耐久性直接影響接縫處的密水性、整體性和平順性,進而影響水泥路面使用壽命、行車舒適性及維修養(yǎng)護費用。但是,目前水泥路面嵌縫料難以適應接縫處環(huán)境條件和接縫寬度循環(huán)伸縮變化,且沒有自修復功能,不能滿足水泥路面使用和發(fā)展要求。鑒于此,本文研發(fā)了具有自修復功能的形狀記憶聚氨酯（SMPU）基復合材料作為嵌縫料,提出雙軸預形變方法,賦予嵌縫料二維形狀記憶性能,能感知并響應環(huán)境變化,主動適應水泥路面接縫寬度循環(huán)變化,實現(xiàn)自變形和自修復;提出基于二維形狀記憶效應的嵌縫料兩步驟自修復新理念,并揭示兩步驟自修復機理,提升嵌縫料耐久性和密封效果,延長水泥路面使用壽命。首先,研發(fā)了SMPU作為嵌縫料基材,研究SMPU各項性能,揭示了形狀記憶機理。結果表明,SMPU相轉變溫度與水泥路面高溫季節(jié)路表溫度相匹配,自然環(huán)境溫度可作為SMPU形狀回復的激發(fā)溫度,為實現(xiàn)嵌縫料自修復奠定基礎;SMPU具有明顯的分子鏈軟段和硬段微相結構分離,確定了軟段和硬段... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

水泥路面嵌縫材料常見損壞類型Fig.1-1Commondamagetypesofsealantmaterialsofcementconcretepavement嵌縫料失效對水泥路面造成很大影響，如路表水沿接縫滲入并積聚在基層頂面，惡化

2能嵌入接縫內，阻礙路面板自由伸長，當溫度升高時造成混凝土路面板拱起，甚至是斷裂、擠碎等損壞，嚴重影響了水泥路面使用壽命和服務品質。圖1-2水泥混凝土路面典型破壞類型Fig.1-2Typicaldistressesofcementconcretepavement由此可知，嵌縫料密封效果和耐久性直接影響水泥路面接縫處的密水性、整體性和平順性，進而影響水泥路面使用壽命、行車舒適性及維修養(yǎng)護費用，嵌縫料的耐久性已成為制約水泥路面發(fā)展和應用的重要瓶頸之一[12]。因此，研發(fā)具有彈性好、拉伸率高、粘結性強、使用壽命長的新型材料作為水泥路面嵌縫料，并揭示其工作機制對提高嵌縫料耐久性、延長水泥路面使用壽命、提升服務品質具有重要意義。目前，常用的水泥路面嵌縫料主要是瀝青類、膠泥類、橡膠類、樹脂類等，難以更好地適應路面接縫處環(huán)境條件和接縫處水泥板間寬度交替變化，易產(chǎn)生老化開裂、拉伸裂縫、擠出、脫落、滲水等耐久性問題，且沒有自修復功能，已損壞的嵌縫料不能得到及時有效修復，進而導致路面出現(xiàn)各種類型損壞，難以滿足水泥路面使用和發(fā)展要求[13]�？梢�，嵌縫料在使用過程中不可避免地會產(chǎn)生各種裂縫、損傷等破壞，要維持水泥路面板在接縫處始終處于良好的工作狀態(tài)，已損壞的嵌縫料得到及時有效的修復是關鍵，采用具有良好形狀記憶效應和自修復功能的水泥路面嵌縫材料能較好解決上述問題，賦予嵌縫料感知并響應外界溫度環(huán)境變化的功能，主動適應路面接縫寬度變化，實現(xiàn)自變形、自適應、自修復，提高嵌縫料的耐久性[14]。目前形狀記憶材料研究雖然取得一定的進展，但是在制備方法、預形變方法、性能表征方法、形狀記憶機理等方面仍然存在諸多問題需要進一步研究。鑒于此，本文研發(fā)了適宜推廣、具有自修復功能的形狀記憶聚氨酯基復合材料作為嵌

5圖1-3形狀記憶聚合物的多樣分子結構[38]Fig.1-3Diversemolecularstructuresofshapememorypolymers形狀記憶聚合物按激發(fā)方式的不同可分為熱致、電致、光致、磁致、化學感應型等[40]。目前研究較多的形狀記憶聚合物主要有聚氨酯、交聯(lián)聚乙烯、聚酰胺等，其具有密度孝質量較輕、可回復形變量大、生產(chǎn)成本低、易加工成型、耐腐蝕等優(yōu)點。將形狀記憶聚合物的優(yōu)點應用在水泥路面嵌縫料的制備方面具有巨大的應用前景[41]。1.2.2.1熱致型形狀記憶聚合物目前，研究最為廣泛和深入的形狀記憶高分子材料類型為熱致型，其具有激勵形式簡單、響應速度快、可回復形變量大等優(yōu)點[42]。熱致型形狀記憶聚合物的驅動力是分子段片在微布朗熱運動中產(chǎn)生的構象熵[43]。熱力學中，分子段片在形狀回復的過程中由暫時預設的形態(tài)過渡到自由蜷曲的分子狀態(tài)[44]。整個過程是一個伴隨熵增的自發(fā)過程，在形狀回復過程中可以將分子的運動定義為微布朗熱運動，但本身微布朗熱運動本身不能夠引起形狀回復，而是只有在溫度高于玻璃化轉變溫度（Tg）時候才會發(fā)生。因此，外部的溫度環(huán)境變化不僅影響形狀回復率，也決定了是否形成熱致型形狀記憶材料從而發(fā)生形狀回復[45]。熱致型形狀記憶聚合物由硬段和軟段兩部分組成，硬段作為固定相，如圖1-4中黑點所示，固定著軟段（可逆相），使聚合物恢復到其原始形態(tài)。且軟段通過化學或物理交聯(lián)與硬段聯(lián)系在一起，并在Tg下發(fā)生分子轉換，引起并形成臨時形態(tài)。就微觀分子機理而言，其分子結構變形過程如圖1-4所示[46]，可具體分為四個過程：（1）在初始形態(tài)下，加熱材料至Tg以上，此時可逆相由凍結態(tài)轉化為高彈態(tài)，完成該過程后給初始形態(tài)施加預設的應變從而達到預期的臨時形態(tài)。（2）保持施加的應變以及臨時形態(tài)，?

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3059801