公路工程复合材料极其应用

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1、1、复合材料(1)定义:用经过选择的、含有一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元) ,通过人工复合,组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。(2)结构:由两种以上组分以及它们之间的界面组成。组分材料主要指增强体和基体(增强相和基体相) ,增强相与基体相之间的界面区域因为其特殊的结构与组成被看做复合材料的界面相。(3)分类: 按增强物的形态可分为:颗粒状复合材料、纤维状复合材料、层状复合材料。按基体材料的类型可分为:树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。(4)强化理论:弥散增强原理、颗粒增强原理。2、界面相定义:(二者综合一下)(1)复合材料的界面产生于复合材

2、料的制造过程,当由不同化学成分的增强体和基体组成复合材料时,这些组元通过接触,它们中的某些元素在相互扩散、溶解后往往发生化学反应而生成新的相,成为界面相。(2)复合材料中增强体与基体接触构成的界面,是一层具有一定厚度(纳米以上) 、结构随基体和增强体而异,与基体和增强体有明显差别的新相。3、界面相的作用:(1)传递作用:界面能传递力,即将外力传递给增强物,起到基体和增强体之间的桥梁作用。(2)阻断作用:结合适当的界面阻止裂纹开裂扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。(3)保护作用:界面相可以保护增强体免受环境的侵蚀,防止基体和增强体之间的化学反应,起到保护增强体的作用。4、界面性能对复合材料

3、性能的影响:复合材料界面性能主要指界面结合强度和界面滑移阻力。(1)界面结合强度决定增强体与基体之间的载荷传递程度,同时也影响裂纹与界面的相互作用,影响复合材料的强度、刚度和韧性。(2)滑移阻力主要影响纤维拔出过程所消耗的能量,影响脱粘面上增强体与基体之间的载荷传递,影响纤维的拔出长度,影响韧化效果。5、复合效应:定义:将 A,B 两种组分复合起来,得到既具有 A 组分的性能特征又具有 B 组分的性能特征的综合效果,称为复合效应。分类:线性复合效应包括平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应。非线性复合效应包括相乘效应、诱导效应、系统效应、共振效应。6、土工合成材料定义:是以人工合成的聚合物,如

4、塑料、化纤、合成橡胶等为原料,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各种土体之间,发挥加强或保护土体的作用的新型土木工合成材料的总称。7、土工织物、细孔土工网的水力学特性:一是透水与导水能力,二是阻止颗粒流失的能力。这些特性包括土工合成材料的孔隙率、孔径大小与分布情况、渗透特性等。8、土工合成材料的功能:过滤作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、防渗作用、防护作用。9、土工合成材料的工程应用:防渗、隔离、加筋、过滤、排水、防护。10、土工合成材料在加筋工程中的应用:支挡结构(加筋挡土墙和加筋土陡坡路堤) 、地基加固、桥头调车、路面结构加筋(路面加固:加固基层、加筋沥青面层和罩面层) 。11、在

5、过滤作用中,起主要作用的是土工织物。 (只听老师提到,具体考点不详)P42-4312、钢纤维的分类:(1)按纤维外形分:可分为长直形、压痕形、波浪形、弯钩形、大头形、扭曲形。(2)按钢纤维的生产工艺分:分为切断型、剪切型、铣削型、熔抽型。(3)按材质分:分为普通碳钢钢纤维、不锈钢钢纤维。(4)按用途分:分为浇筑用和喷射用钢纤维。13、钢纤维- 水泥基界面性能(1)界面层的形成过程:在拌合中,钢纤维、集料表面形成一水膜层,其厚度仅有几个到几十个微米,而水泥颗粒在紧贴纤维或集料表面处的浓度接近于零,并随着离纤维或集料表面的距离增大而提高,按离子活泼程度依次向水膜层进入。水膜层最先生成的水化产物,是

6、由先扩散到水膜层的离子组成的晶相(硅酸盐水泥,先形成钙矾石和氢氧化钙) 。(2)钢纤维与水泥基界面特征:水灰比高于基体;孔隙率高于基体;界面层结构是疏松的网络形式(因孔隙率高,有碍于 C-S-H 与钢纤维表面接触,生成数量 C-S-H 少) ;界面层厚度一般为 50100m。其数值随界面组成结构而变。在界面层中有一个最薄弱区,又称为弱谷。14、收缩:钢纤维砼的收缩值随纤维体积率 Vf 增大而下降,对高强砼限缩作用更为显著。纤维外形限缩能力波浪形纤维大于端钩大于方直。集料对收缩有一定的限制作用,但受集料形状和尺度限制,对收缩的抑制作用是有限的,而钢纤维砼的收缩值随 Vf 增大而下降。15、改性沥

7、青定义:包括改性沥青混合料,为掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂) ,或采取对沥青轻度氧化加工等措施,使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青混合料。16、改性沥青的分类:(按改性手段)(1)改性剂改性:改善力学性能(高温稳定性、耐疲劳性、低温抗裂性;加聚合物) 、改善粘附性(加抗剥离剂) 、改善耐老化性(加抗老化剂)(2)结构改性:物理改性(加矿物填料、玻璃纤维格栅、塑料格栅、土工布、废橡胶粉)、调和沥青(掺加天然沥青)(3)工艺改性:半氧化沥青、泡沫沥青等。17、改性沥青的特点(1)SBS 改性沥青:温度高于 160后,改性沥青的粘度与原沥青基本相近,

8、可与普通沥青一样版和使用。温度低于 90后,改性沥青的粘度是原沥青的数倍,高温稳定性好,因而改性沥青混合料路面的抗车辙能力大大提高。改性沥青脆点较原沥青均有明显的改善,因而改性沥青混合料的低温抗裂能力及疲劳寿命均明显提高。(2)PE 改性沥青:高温稳定性与矿料粘附性、感温性、抗老化性能都有不同程度的改善,不过常温(25)时的延性有所降低。(3)SBR 改性沥青: 热稳定性、延性以及粘附性,均较原沥青有所改善,并且热老化性能也有所提高。(4)EVA 改性沥青:热稳定性有所提高,但耐久性改变不大。18、耐久性:水稳定性、耐疲劳性能、抗老化性能。19、聚合物砼分类及制备:(1)聚合物改性水泥砼(PM

9、C):以水泥和聚合物为胶结材料与骨料结合而成砼,即在水泥砼的组成中加入了聚合物。(2)聚合物浸渍砼(PIC) :将低粘度的单体、预聚体、聚合物等浸渍到已水化硬化的砼的孔隙中,再经过聚合等步骤使水泥砼与聚合物成为一个整体。(3)聚合物胶结砼(PC): 或称树脂砼,全部胶结材料为聚合物,聚合物与骨料结合而成为聚合物砼。20、聚合物改性机理:关于聚合物改性水泥砂浆和混凝土的机理,主要从以下几个方面进行分析:(1)由于聚合物的加入引起了水泥结构形态的改变,从而对水泥及水泥混凝土的性能起到改善的作用。(2)聚合物与水泥或水泥水化产物相互发生了化学作用,从而对水泥混凝土的性能有改善作用。(3)聚合物的掺入

10、会对水泥额水化及凝结硬化过程有影响,从而改变水泥混凝土的性能。(4)聚合物的掺入改变了混凝土的孔结构,改善了水泥浆体与骨料的粘结,减少了硬化水泥浆体中的微裂纹,从而改善了水泥混凝土的物理力学性能。(5)由于聚合物的掺入,可改善水泥砂浆或水泥混凝土的工作性能,其减水作用可降低水灰比,从而改善了水泥混凝土的物理力学性能。21、聚合物水泥混凝土配合比设计原则:按和易性选择水灰比,按使用要求确定聚灰比。22、树脂砼的特点及用途(1)特点:不存在水泥水化后残余水留下的孔隙;材料内部无水分,有较好的抗冻性;不用碱性水泥,材料有较好的耐酸性;硬化快,施工周期短;成本高、收缩大。(2)用途:主要用于路桥建筑物

11、修补。23、聚合物浸渍砼的定义及制备(1)聚合物浸渍混凝土,是将硬化干燥后的混凝土浸渍在可聚合的低分子单体或预聚体中,在单体或预聚体渗入混凝土中的孔隙后引发聚合所得到的聚合物混凝土复合材料。(2)浸渍混凝土的制备工艺:可分为三个部分,即混凝土基材的制备、浸渍和聚合。24、聚合物增粘剂:增粘剂是能提高砼浆体的粘度、降低体系相分离速率,最终能达到提高硬化产品的均匀性和性能的外加剂,常用合成聚合物增粘剂有聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等。25、聚合物混凝土薄层罩面:(1)特点:用聚合物混凝土和砂浆作桥面和停车场的罩面,具有耐磨损、耐水、抗氯离子渗透的优点,从而防止混凝土的冻融破坏和钢筋锈蚀破坏。(2)要求:对水和除冰剂渗透性小;合适的抗滑能力;高耐磨性;对现有混凝土和钢材有好的粘结力;足够的柔韧性,能避免因热和机械应力引起裂缝;1015 年寿命,对混和比例稍加改变不会太敏感;有适合现场应用的足够长的适用期;适当的厚度(618mm) 。(3)分类:按聚合物混凝土的配制和施工方法的不同,分为砂子填充树脂薄层罩面、聚合物封闭涂层罩面、现场配合的聚合物混凝土罩面、预包装的聚合物砂浆罩面。

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