采用PTN材料密封石灰岩的抗冻胀试验研究

发布时间：2017-06-08 11:14

  本文关键词：采用PTN材料密封石灰岩的抗冻胀试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。美国爱荷华州常用石灰岩做路基,在经历年间冬春交替过后,经常受到冻胀及融沉破坏,如发生翻浆、裂缝形成等现象,进一步造成工程损害,造成巨大的经济损失。PTN石油沥青聚氨酯接缝材料是以聚醚、石油沥青等化合而成的高分子防渗密封材料,已写入国家标准《渠道防渗工程技术规范》(GB/T50600-2010)中。受美国爱荷华州立大学土木工程系委托,采用PTN材料密封石灰岩,有效防止水分渗入石灰岩,以期防止发生冻胀破坏,从而避免发生冻胀破坏,使其可以应用于低温环境,为路基工程抗冻胀防护提供理论依据。本文通过-73℃—+20℃大跨度低温循环实验及SEM电镜微观扫描的方法,分析总结了石灰石冻融循环劣化模式,探讨PTN材料密封石灰岩对其抗冻性能提升的作用机理,并结合3种新型界面剂作底料对PTN材料低温粘结性能的改良,总结PTN材料在低温条件下的性能。主要研究结果如下:(1)石灰石冻融劣化模式主要为:冻融前中期主要为裂隙发展模式,这个阶段主要是孔隙、裂隙的发展、贯通;冻融后期主要为矿物颗粒剥落模式,这个阶段主要是随着冻融循环的增加,石灰石表面微裂隙的扩展与软化,导致胶结较弱的矿物颗粒剥落。这两个模式在石灰石的冻融劣化中同时进行。(2)在-73℃—+20℃大跨度低温冻融循环过程中,石灰石的质量呈现出先增加后减小的规律,这主要是石灰石冻融前期裂隙发展,融化过程水分向内迁移和冻融后期少量矿物颗粒剥落析出共同作用的结果。石灰石强度逐渐降低,冻融循环30次后,石灰石的冻融系数为0.49,总结出单轴抗压强度R(MPa)与冻融循环次数N(次)的拟合关系式为R=R初*(1-0.01734*N)。(3)初始含水状态的不同,对石灰石的抗冻性能影响不大。长期的连续低温对石灰石冻融损伤较小。(4)PTN材料在连续低温和低温冻融循环中仍保持良好的防水性能,能有效的防止冻融循环中水分的进入,从本质上减缓了冻融劣化。采用PTN材料密封石灰石对其强度提升达60-70%左右,能有效的提高石灰石的抗冻性能。(5)采用三种新型界面剂:吉林水科院研发底料(J)、聚脲底料(N)、PTN甲料与二甲苯(E)能提升PTN材料拉伸粘结性能。其中,在连续低温加入吉林水科院研发的(J)底料PTN试件拉伸粘结强度平均值为0.94MPa、拉伸粘结断裂伸长率平均值达350.5%。在低温冻融循环加入PTN甲料与二甲苯(E)底料的PTN试件拉伸粘结强度平均值为0.36MPa、拉伸粘结断裂伸长率平均值达165%,以上理论数据可为寒区不同状态不同要求的实际工程建设提供指导。
【关键词】：PTN材料 石灰石 电镜扫描 冻融劣化
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状与评述10-13
• 1.2.1 岩石冻融力学方面10-13
• 1.2.2 聚氨酯材料方面13
• 1.3 研究目的与意义13-14
• 1.4 PTN材料简介14-15
• 1.5 研究内容与方案15-16
• 第二章 石灰石基本物理性质指标16-24
• 2.1 石灰石检验16
• 2.2 试件加工16-18
• 2.3 石灰石物理性质18-23
• 2.3.1 容重和密度18
• 2.3.2 含水率和吸水率18-21
• 2.3.3 单轴抗压强度21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 PTN材料低温状态下底料优选试验24-37
• 3.1 试验准备24-27
• 3.1.1 基材水泥砂浆试试块的制备24-25
• 3.1.2 试件成型25-27
• 3.2 试验过程27-28
• 3.2.1 冻融实验27
• 3.2.2 拉伸粘接试验27-28
• 3.3 实验结果与分析28-36
• 3.3.1 吉林水科院研发底料不同情况实验结果分析30-31
• 3.3.2 聚脲底料不同情况实验结果分析31-32
• 3.3.3 PTN甲料和二甲苯底料不同情况实验结果分析32-34
• 3.3.4 三种底料在常温下拉伸粘结性能对比34
• 3.3.5 三种底料在连续冻拉伸粘结性能对比34-35
• 3.3.6 三种底料在循环冻融作用下拉伸粘结性能对比35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 PTN包裹石灰石抗冻性实验37-52
• 4.1 冻融实验准备37-39
• 4.1.1 实验分组及前期处理37-38
• 4.1.2 PTN包裹石灰石处理38-39
• 4.2 冻融实验过程39-40
• 4.3 实验结果与分析40-47
• 4.3.1 质量变化与分析40-42
• 4.3.2 强度变化结果与分析42-47
• 4.4 微观分析47-51
• 4.4.1 是否包裹PTN材料的石灰石冻融劣化模式比较47-49
• 4.4.2 PTN材料微观变化49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52
• 5.2 不足与展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 作者简介59

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