輕質(zhì)高強(qiáng)高韌性水泥基工程復(fù)合材料的研究與應(yīng)用.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有自重輕、架設(shè)方便、跨越能力大等優(yōu)點(diǎn)，目前大跨徑橋梁和高坡度立交橋多采用鋼橋結(jié)構(gòu)。然而，常用鋼橋面鋪裝材料存在與鋼板粘結(jié)性差、高低溫性能不佳、耐久性差等問(wèn)題，達(dá)不到設(shè)計(jì)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(jì)損失。依托廣東省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目“鋼箱梁橋面復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備及施工技術(shù)研究”，通過(guò)鋼橋面鋪裝層力學(xué)分析，提出基于材料彈性模量梯度設(shè)計(jì)的鋼橋面新型鋪裝結(jié)構(gòu)，開發(fā)了適用于該結(jié)構(gòu)功能調(diào)整層的輕質(zhì)高

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

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

4、移能力的同時(shí)，使行車荷載作用于鋼橋面的各向應(yīng)力得以均勻傳遞，進(jìn)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(shè)高粘高彈改性瀝青的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層，提高了混凝土層與瀝青鋪裝層之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)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(qiáng)高韌性水泥基工程復(fù)合材料的設(shè)計(jì)方法與制備工藝，制備出28d抗壓、抗折強(qiáng)度分別為70.4MPa、12.1MPa

5、，彎曲韌性指數(shù)I20達(dá)到23.42，容重1922kg/m3，抗彎拉疲勞次數(shù)（應(yīng)力水平0.65，10Hz）達(dá)到200萬(wàn)次以上的輕質(zhì)高強(qiáng)高韌性水泥基工程復(fù)合材料。探討了纖維與聚合物復(fù)合增韌機(jī)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)組合鋪裝結(jié)構(gòu)抗彎拉疲勞性能的影響規(guī)律，確定鋼橋面鋪裝層組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。研究結(jié)果表明新型鋼橋面組合鋪裝結(jié)構(gòu)控制應(yīng)變700με、10Hz下抗彎拉疲勞壽命達(dá)到1