水泥路面因強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點(diǎn)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(dǎo)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(jìn)而影響水泥路面使用壽命、行車舒適性及維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。但是,目前水泥路面嵌縫料難以適應(yīng)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(fù)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(fù)功能的形狀記憶聚氨酯（SMPU）基復(fù)合材料作為嵌縫料,提出雙軸預(yù)形變方法,賦予嵌縫料二維形狀記憶性能,能感知并響應(yīng)環(huán)境變化,主動(dòng)適應(yīng)水泥路面接縫寬度循環(huán)變化,實(shí)現(xiàn)自變形和自修復(fù);提出基于二維形狀記憶效應(yīng)的嵌縫料兩步驟自修復(fù)新理念,并揭示兩步驟自修復(fù)機(jī)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(xiàng)性能,揭示了形狀記憶機(jī)理。結(jié)果表明,SMPU相轉(zhuǎn)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(fù)的激發(fā)溫度,為實(shí)現(xiàn)嵌縫料自修復(fù)奠定基礎(chǔ);SMPU具有明顯的分子鏈軟段和硬段微相結(jié)構(gòu)分離,確定了軟段和硬段... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)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(nèi)，阻礙路面板自由伸長，當(dāng)溫度升高時(shí)造成混凝土路面板拱起，甚至是斷裂、擠碎等損壞，嚴(yán)重影響了水泥路面使用壽命和服務(wù)品質(zhì)。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(jìn)而影響水泥路面使用壽命、行車舒適性及維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，嵌縫料的耐久性已成為制約水泥路面發(fā)展和應(yīng)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(jié)性強(qiáng)、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(jī)制對提高嵌縫料耐久性、延長水泥路面使用壽命、提升服務(wù)品質(zhì)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(yīng)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(fù)功能，已損壞的嵌縫料不能得到及時(shí)有效修復(fù)，進(jìn)而導(dǎo)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(huì)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(shí)有效的修復(fù)是關(guān)鍵，采用具有良好形狀記憶效應(yīng)和自修復(fù)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(yīng)外界溫度環(huán)境變化的功能，主動(dòng)適應(yīng)路面接縫寬度變化，實(shí)現(xiàn)自變形、自適應(yīng)、自修復(fù)，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(jìn)展，但是在制備方法、預(yù)形變方法、性能表征方法、形狀記憶機(jī)理等方面仍然存在諸多問題需要進(jìn)一步研究。鑒于此，本文研發(fā)了適宜推廣、具有自修復(fù)功能的形狀記憶聚氨酯基復(fù)合材料作為嵌

5圖1-3形狀記憶聚合物的多樣分子結(jié)構(gòu)[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(xué)感應(yīng)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(zhì)量較輕、可回復(fù)形變量大、生產(chǎn)成本低、易加工成型、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。將形狀記憶聚合物的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在水泥路面嵌縫料的制備方面具有巨大的應(yīng)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(lì)形式簡單、響應(yīng)速度快、可回復(fù)形變量大等優(yōu)點(diǎn)[42]。熱致型形狀記憶聚合物的驅(qū)動(dòng)力是分子段片在微布朗熱運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的構(gòu)象熵[43]。熱力學(xué)中，分子段片在形狀回復(fù)的過程中由暫時(shí)預(yù)設(shè)的形態(tài)過渡到自由蜷曲的分子狀態(tài)[44]。整個(gè)過程是一個(gè)伴隨熵增的自發(fā)過程，在形狀回復(fù)過程中可以將分子的運(yùn)動(dòng)定義為微布朗熱運(yùn)動(dòng)，但本身微布朗熱運(yùn)動(dòng)本身不能夠引起形狀回復(fù)，而是只有在溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)候才會(huì)發(fā)生。因此，外部的溫度環(huán)境變化不僅影響形狀回復(fù)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(fù)[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(diǎn)所示，固定著軟段（可逆相），使聚合物恢復(fù)到其原始形態(tài)。且軟段通過化學(xué)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(zhuǎn)換，引起并形成臨時(shí)形態(tài)。就微觀分子機(jī)理而言，其分子結(jié)構(gòu)變形過程如圖1-4所示[46]，可具體分為四個(gè)過程：（1）在初始形態(tài)下，加熱材料至Tg以上，此時(shí)可逆相由凍結(jié)態(tài)轉(zhuǎn)化為高彈態(tài)，完成該過程后給初始形態(tài)施加預(yù)設(shè)的應(yīng)變從而達(dá)到預(yù)期的臨時(shí)形態(tài)。（2）保持施加的應(yīng)變以及臨時(shí)形態(tài)，?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3059801