賦予路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法技術

本發明專利技術提供一種賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法，屬于水泥路面技術領域，解決目前單階段單軸預形變方法只能在某一個方向賦予材料形狀記憶功能、自愈合效果差等問題。先制備形狀記憶聚合物基復合材料十字形試件，在高于玻璃化轉變溫度下沿豎直方向進行預壓形變，同時沿著水平方向進行預拉形變，在水平和豎直二維方向同時賦予嵌縫料形狀記憶功能；然后測定預形變后的嵌縫料形狀記憶效應，再綜合嵌縫料其它使用性能，確定合理的拉伸和壓縮預應變值用于賦予嵌縫料形狀記憶功能。本發明專利技術提供的預形變方法使嵌縫料主動適應水泥路面接縫寬度循環變化，提高了嵌縫料的使用性能和耐久性，提高嵌縫料的耐久性，延長水泥路面使用壽命。

【技術實現步驟摘要】
賦予路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法
本專利技術是一種賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法，屬于水泥路面嵌縫

技術介紹
隨著我國社會經濟的發展，公路的建設事業一直在蓬勃發展，水泥路面由于其強度高、穩定性好、耐久性好等特性，已成為高等級路面的主要鋪裝類型之一，廣泛應用于高速公路、機場跑道等大型工程。在飛速發展公路建設同時，水泥混凝土路面的使用壽命遠遠低于預期，我國多采用普通水泥混凝土路面，在混凝土板之間需要設置伸縮縫，采用優良的嵌縫材料可以有效提高水泥混凝土路面的使用性能以及延長結構壽命。目前我國水泥路面嵌縫料以瀝青基、橡膠類、聚氨酯類等材料為主。瀝青類密封材料具有原料易得、成本低廉等優點，但是存在施工工藝復雜，需要加熱才能使用，對環境及施工人員危害大；溫度適應性較差，低溫易發脆，高溫易流淌擠出；耐老化性較差，使用壽命短等缺點。聚氨酯類材料大多數采用雙組分包裝，需要現場計量混合，極易因計量誤差導致材料無法固化或固化后性能無法滿足要求，溫度敏感性較高，低溫下固化速度過慢。且上述嵌縫材料沒有形狀記憶效應以及自修復功能，已損壞的嵌縫料不能得到及時有效的修復，進而導致路面出現各類損壞，難以滿足水泥路面使用和發展要求。此外，由于嵌縫料接縫是水泥混凝土路面結構最薄弱的環節，從我國各地的水泥混凝土路面使用性能調查來看，接縫的損壞相對嚴重，出現病害機率大，類型也多，主要由于人們對于嵌縫料的作用認知和重視度不夠，因此研究水泥混凝土路面嵌縫料十分必要。所以，近年來不少水泥路面研究者們不斷研發新型嵌縫料，努力改善嵌縫料的性能，研究性能更優、更耐久的嵌縫料已成為國內外水泥路面研究的重點內容之一。隨著聚合物高分子材料的不斷發展，具有形狀記憶效應的聚合物基材料可以很好的解決上述問題，采用刺激響應型高分子作為原材料的嵌縫料通過感知并響應外界環境變化，主動適應路面接縫寬度變化，實現自變形、自適應、自愈合，提高嵌縫料的耐久性。目前形狀記憶聚合物由于其形變量大，形狀記憶回復溫度范圍廣等優勢得到迅速發展以及廣泛應用，但是仍然存在一些明顯缺點，即其材料的模量、強度等力學和熱力學性能較差，這些缺點大大限制了形狀記憶聚合物的應用。然而近些年來，許多研究表明通過在形狀記憶聚合物材料中添加增強材料，即使是小量的添加也可以增強其的力學性能以及形狀回復力，從而形成的形狀記憶聚合物基的復合材料在其刺激響應機理，新型形狀效應以及功能型方面關注與應用越來越廣泛。此外，用于水泥路面的形狀記憶嵌縫料雖然取得了一定進展，但是在賦予材料預形變方法方面還存在諸多科學問題需要進一步探索。國內外研究者通過采用單軸加載方法研究了形狀記憶聚合物基復合材料熱力學性能，分析了填料對形狀固定率和回復率等的影響，但這種單階段單軸拉伸或壓縮預形變方法只能使形狀記憶材料在某一維方向發生分子取向，賦予材料形狀記憶功能，不能在水平和豎直二維方向上同時賦予嵌縫料形狀記憶功能，降低了嵌縫料形變能力以及自愈合效果，使嵌縫料難以適應水泥路面接縫寬度伸縮循環變化。可見，目前采用的單階段單軸賦予嵌縫材料預形變的方法還存在不足，無法滿足路面接縫處位移、力學、耐久等性能要求，將嚴重影響嵌縫料使用壽命和服務品質，進而導致路面出現嚴重損壞。需要深入探索更科學的預形變方法，在二維方向上同時賦予嵌縫材料的形狀記憶效應，滿足水泥路面嵌縫料耐久性需要。鑒于此，本專利技術采用單階段雙軸的預形變方法在水平和豎直二維方向上賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶效應，進而從根本上解決嵌縫料脫落、擠出、滲水、開裂等耐久性問題。
技術實現思路
(1)技術問題本專利技術目的是提供一種賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法，該方法是在高于玻璃化轉變溫度的高溫條件下沿水平方向進行預壓形變至設計應變值，同時沿著豎直方向進行預拉形變至設計應變值，從而在水平和豎直二維方向同時賦予嵌縫料形狀記憶功能，解決目前單階段單軸預形變方法只能在某一個方向賦予材料形狀記憶功能、自愈合效果差、成本高、難以徹底解決水泥路面嵌縫料脫落、擠出、開裂、滲水等問題。(2)技術方案鑒于目前賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的預形變方法存在不足，本專利技術提供一種單階段雙軸預形變方法，從而提高嵌縫料的形狀記憶功能和耐久性。本專利技術技術方案如下：首先，優選具有形狀記憶功能的聚合物基復合材料作為嵌縫料，將其制備成十字形試件；其次將十字形試件在常溫狀態下固定于特制夾具中，如圖1，升高溫度至嵌縫料玻璃化轉變溫度(Tg)，在豎直方向進行預壓形變，通過四個角點的鉸接作用，同時沿著水平方向進行預拉形變，在保持加載的前提下冷卻至常溫，卸去荷載，賦予試件二維形狀記憶功能；最后，表征已預形變后的嵌縫料性能，綜合嵌縫料的形狀記憶效應和其它路用性能，確定最佳豎直和水平預應變值，使其具有更好的形狀記憶功能，從而保證嵌縫料安裝在水泥路面接縫中，高溫時其在豎直方向不被擠出，低溫時在水平方向可以和混凝土板之間保持很好的粘結，以防脫粘，提高嵌縫料耐久性，改善水泥路面服務品質。(3)有益效果在公路事業不斷發展、道路養護日益受到重視的形勢下，水泥路面嵌縫料也會越來越受到關注。由于水泥路面的破壞大部分是由嵌縫料損壞造成的，所以只有嵌縫料具有良好的耐久性，才能維持水泥路面的正常使用性能，減少路面破壞，降低道路養護維修成本。采用本專利技術提供的單階段雙軸預形變方法，在玻璃化轉變溫度(Tg)下水平方向施加預拉應力同時豎直方向賦予壓應力，從而可以使嵌縫料具有良好的形狀記憶效應，當路面溫度升高時，由于其形狀記憶效應，嵌縫料回復初始形態，從而防止嵌縫料受到接縫兩側水泥路面板的擠壓而擠出路面，如圖2；當路面溫度降低時可以防止嵌縫料與路面板脫粘，導致滲水，延長水泥路面使用壽命，改善水泥路面使用品質，對促進水泥路面更好更快發展，并發揮其在國家路網結構中的作用具有重要的現實意義。附圖說明圖1單階段雙軸預形變方法施加荷載示意圖1-施加荷載；2-固定試件夾具；3-十字型試件圖2單階段雙軸預形變制備嵌縫料過程及其工作原理示意圖1-樣品原始形狀(低于Tg)；2-雙軸預形變(高于Tg)；3-持續荷載并冷卻(低于Tg)；4-卸載并固定形變(低于Tg)；5-安裝在水泥路面接縫內；6-升高溫度恢復原來形狀(高于Tg)具體實施方式本專利技術提供一種賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法，具體實施步驟如下：(1)制備適應水泥路面接縫處工作條件的形狀記憶聚合物基復合材料，將制備的復合材料加工成十字架形狀的試件；(2)將十字形試件放置在桁架型夾具中，并用螺栓固定十字試件的四臂，將加載裝置整體放入環境箱按照一定升溫速率加熱至其玻璃化轉變溫度以上5℃，保持該溫度靜置25分鐘，由于試件變軟再次快速重新擰緊螺栓；(3)將加載裝置重新放回環境箱，在玻璃化轉變溫度以上5℃繼續加熱20分鐘后，在此溫度下施加一定荷載，在豎直方向進行預壓形變，同時沿著水平方向進行預拉形變，持續加載20分鐘，試件變形趨于穩定；(4)停止加熱，自然冷卻至室溫，打開環境箱卸去荷載，完成了形狀記憶聚合物試件的二維預形變，將十字形預形變試件的中心區域切割加工成立方體，制得具有二維形狀記憶功能的嵌縫料；(5)測定經單階段雙軸預變形后嵌縫料的形狀回復率、固定率，并采用偏本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法，其特征在于該方法的具體步驟如下：(1)制備適應水泥路面接縫處工作條件的形狀記憶聚合物基復合材料，將制備的復合材料加工成十字架形狀的試件；(2)將十字形試件放置在桁架型夾具中，并用螺栓固定十字試件的四臂，將加載裝置整體放入環境箱按照一定升溫速率加熱至其玻璃化轉變溫度以上5℃，保持該溫度靜置25分鐘，由于試件變軟再次快速重新擰緊螺栓；(3)將加載裝置重新放回環境箱，在玻璃化轉變溫度以上5℃繼續加熱20分鐘后，在此溫度下施加一定荷載，在豎直方向進行預壓形變，同時沿著水平方向進行預拉形變，持續加載20分鐘，試件變形趨于穩定；(4)停止加熱，自然冷卻至室溫，打開環境箱卸去荷載，完成了形狀記憶聚合物試件的二維預形變，將十字形預形變試件的中心區域切割加工成立方體，制得具有二維形狀記憶功能的嵌縫料；(5)測定經單階段雙軸預變形后嵌縫料的形狀回復率、固定率，并采用偏振紅外光譜儀分析嵌縫料預形變過程中分子鏈段取向度變化規律，研究嵌縫料的各向異性特征及其對嵌縫料路用性能的影響；(6)綜合比較經單階段雙軸預變形后嵌縫料的形狀記憶效應和預變形對嵌縫料路用性能的影響，確定合理的拉伸和壓縮預應變值用于賦予嵌縫料更好的形狀記憶功能，提高嵌縫料的耐久性，改善水泥路面服務品質。...

【技術特征摘要】
1.一種賦予水泥路面嵌縫料形狀記憶功能的單階段雙軸預形變方法，其特征在于該方法的具體步驟如下：(1)制備適應水泥路面接縫處工作條件的形狀記憶聚合物基復合材料，將制備的復合材料加工成十字架形狀的試件；(2)將十字形試件放置在桁架型夾具中，并用螺栓固定十字試件的四臂，將加載裝置整體放入環境箱按照一定升溫速率加熱至其玻璃化轉變溫度以上5℃，保持該溫度靜置25分鐘，由于試件變軟再次快速重新擰緊螺栓；(3)將加載裝置重新放回環境箱，在玻璃化轉變溫度以上5℃繼續加熱20分鐘后，在此溫度下施加一定荷載，在豎直方向進行預壓形變，同時沿著水平方向進行預拉形變，持續加載20...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許濤，時爽，沈東亞，汪洋，
申請(專利權)人：南京林業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32