隧道路面聚合物水泥砂浆抗滑表层材料研究

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1、分类号：U41410710-2013031001博士学位论文隧道路面聚合物水泥砂浆抗滑表层材料研究尹艳平导师姓名职称陈华鑫教授申请学位级别博士学科专业名称道路材料科学与工程论文提交日期2017年04月27日论文答辩日期2017年06月14日学位授予单位长安大学StudyonAnti-SlideSurfaceMaterialsConstitutedbyPolymerModifiedMortarofTunnelPavementADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：YinYanpingSupervi

2、sor：Prof.ChenHuaxinChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下独立进行，研宂工作所取得的成果，。除论文中己经注明引用的内容外对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：＞年６月Ｍ日丨７论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公

3、开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的。学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年＜月Ｍ日＞）（导师签名：年月必曰７摘要隧道水泥混凝土路面在行车荷载的作用下易被磨光，逐渐失去抗滑性能而引发交通事故。水泥砂浆可作为抗滑表层对隧道水泥路面进行养护和修补，有效恢复水泥路面的路表功能。但普通水泥砂浆存在脆性大、韧性不足的缺陷，与旧路面粘结效果较差，且在荷载作用及隧道复杂环境中抗滑性能发生快速衰减，导致养护工作失败，因而开发应用耐久性能良好的新型隧道水

4、泥路面抗滑表层材料己成为公路行业的当务之急。本文针对公路隧道特殊的酸性、油污及潮湿环境，对现有聚醋酸乙烯酯（PVAc）进行改性，制备出耐水性能优良的改性聚醋酸乙烯酯（P(BA-VAc)）乳液，并将其用于水泥砂浆改性，研究了P(BA-VAc)乳液对水泥砂浆物理及力学特性的影响；开发了一种三轮加速磨耗仪，可模拟汽车轮胎与抗滑表层的磨损行为；提出了以“抗滑耐久性、粘结性、耐化学腐蚀性”为组成的隧道路面聚合物水泥抗滑砂浆的耐久性能评价体系，主要研究内容如下：采用具有耐水基团的丙烯酸丁酯（BA）对PVAc进行改性，制备了单体转化率超过97%的P(BA-VAc)乳液，通

5、过乳液粒径分布、乳液稳定性、胶膜耐水性等评价了改性乳液的综合性能，并通过红外光谱分析、透射电镜分析等表征了聚合物的微观结构，结果表明改性单体BA与VAc相容性较好，且能够改善聚合物胶膜的耐水性和柔韧性。采用P(BA-VAc)、苯丙、丁苯、氯丁等乳液制备了聚合物改性水泥砂浆，并通过流动度、凝结时间、保水率、吸水率及干缩率等评价了聚合物改性砂浆的物理性能；通过抗折性能、抗压性能及抗拉性能评价了聚合物改性砂浆的力学特性；通过扫描电镜（SEM）观测了聚合物改性砂浆的微观形貌。研究发现P(BA-VAc)乳液可有效改善水泥砂浆的物理性能与力学特性，且在P(BA-VAc)

6、掺量为10%～15%时整体性能较佳；SEM测试结果表明P(BA-VAc)胶膜可有效填充水泥砂浆的内部孔隙，在水化产物与集料之间起到桥接作用，使水泥石结构致密。采用摆式摩擦系数测试仪及动态摩擦系数测试仪（DFT）评价了聚合物砂浆的抗滑性能，采用水泥胶砂耐磨试验仪、湿轮磨耗试验仪及自主开发的三轮加速磨耗仪评价了水泥砂浆抗滑表层的耐磨性能，并对磨耗前后的试件进行抗滑性能对比研究，提出了聚合物改性砂浆加铺层的抗滑耐久性评价方法。研究结果表明，P(BA-VAc)乳液可有效改善水泥砂浆的抗滑性能，砂浆的抗滑系数随着聚合物掺量增加变化不明显，但耐磨性能随乳液增加而得到明显

7、改善；不同聚合物对水泥砂浆抗滑耐久性能改善效果不同，其中IP(BA-VAc)、苯丙及丁苯乳液对可有效改善砂浆的抗滑耐久性；而氯丁、VAE乳液对砂浆的抗滑耐久性改善效果不明显。采用抗折粘结试验、“8”字模拉伸粘结试验及Positest粘结力试验评价了聚合物水泥砂浆与旧水泥试件间的粘结性能，并推荐了三种测试方法的适用环境；分别研究了不同界面处理方式、界面剂类型及养护制度对粘结性能的影响，确定了最佳的处理方案；此外，采用SEM观测了新旧试件界面间的粘结状况，通过X射线光电子能谱（XPS）分析聚合物水泥砂浆中各组成材料间存在的化学反应情况。研究发现：P(BA-VAc

8、)乳液可显著改善水泥砂浆的粘结强度，改性砂浆与旧水泥