輕質(zhì)高強高韌性水泥基工程復合材料的研究與應用.pdf

1、鋼結構橋梁具有自重輕、架設方便、跨越能力大等優(yōu)點，目前大跨徑橋梁和高坡度立交橋多采用鋼橋結構。然而，常用鋼橋面鋪裝材料存在與鋼板粘結性差、高低溫性能不佳、耐久性差等問題，達不到設計使用年限已出現(xiàn)推移、擁包、開裂、坑槽等病害，造成交通不便和經(jīng)濟損失。依托廣東省交通運輸廳科技項目“鋼箱梁橋面復合鋪裝結構設計、制備及施工技術研究”，通過鋼橋面鋪裝層力學分析，提出基于材料彈性模量梯度設計的鋼橋面新型鋪裝結構，開發(fā)了適用于該結構功能調(diào)整層的輕質(zhì)高

2、強高韌性水泥基工程復合材料，并圍繞該材料的設計與制備方法、增韌機理及鋪裝層結構設計參數(shù)對性能的影響展開研究，取得了如下成果：
　　1）雙層鋪裝結構的鋼箱梁橋面，其最大橫向拉應力位于沿橋縱向的加勁肋板上方鋪裝表面；最大縱向拉應力位于橫隔板上方鋪裝層表面；最大層間剪應力出現(xiàn)在橫隔板上方附近加勁肋兩側區(qū)域；最大豎向位移出現(xiàn)荷載作用于跨中時。控制鋪裝層破壞取決于表面最大拉應力與層間剪應力。隨著下面層模量的提高，上面層的橫向拉應力減小，下面

3、層的拉應力增大，上下面層間的層間剪應力減小，下面層與鋼板的層間剪應力增大。雙層鋪裝結構需要采取措施提高下面層材料的抗拉強度、韌性以及與鋼板的粘結強度，并使下面層與鋼板協(xié)同變形。
　　2）基于鋼橋面力學響應分析，提出鋼橋面新型鋪裝結構“鋼橋面板+鋼筋網(wǎng)+剪力釘+輕質(zhì)高強高韌性水泥基工程復合材料+應力吸收功能層+高粘SMA-13”。在下面層鋪裝結構中，剪力釘與鋼筋網(wǎng)構成的橋面抗推移骨架，在提高下面層輕質(zhì)高強高韌性水泥基工程復合材料抗滑

4、移能力的同時，使行車荷載作用于鋼橋面的各向應力得以均勻傳遞，進一步提高鋪裝層與鋼橋面之間的協(xié)同變形能力和抗疲勞特性。上、下鋪裝層間增設高粘高彈改性瀝青的防水粘結應力吸收層，提高了混凝土層與瀝青鋪裝層之間的界面粘結強度和抗剪強度。上面層高粘SMA使表面磨耗層具有更為優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗裂及耐久性性能。
　　3）提出輕質(zhì)高強高韌性水泥基工程復合材料的設計方法與制備工藝，制備出28d抗壓、抗折強度分別為70.4MPa、12.1MPa

5、，彎曲韌性指數(shù)I20達到23.42，容重1922kg/m3，抗彎拉疲勞次數(shù)（應力水平0.65，10Hz）達到200萬次以上的輕質(zhì)高強高韌性水泥基工程復合材料。探討了纖維與聚合物復合增韌機理。
　　4）研究了剪力釘間距、高度、直徑，鋼筋網(wǎng)直徑、網(wǎng)格間距等組合鋪裝結構的設計參數(shù)對組合鋪裝結構抗彎拉疲勞性能的影響規(guī)律，確定鋼橋面鋪裝層組合結構的設計參數(shù)。研究結果表明新型鋼橋面組合鋪裝結構控制應變700με、10Hz下抗彎拉疲勞壽命達到1