基於形狀記憶效應的水泥路面嵌縫料自修復機理研究

《基於形狀記憶效應的水泥路面嵌縫料自修復機理研究》是依託南京林業大學，由許濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於形狀記憶效應的水泥路面嵌縫料自修復機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：許濤
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

研究水泥路面嵌縫料自修復機理對及時有效修復嵌縫料上的各種裂縫或損傷有重要意義。本項目以適宜推廣的形狀記憶複合材料作為嵌縫料，採用雙軸預形變方法，分別沿水平和豎直方向同時進行預壓和預拉形變，存儲應變能，在二維方向上賦予嵌縫料形狀記憶效應，增強自修復功能，能感知並回響環境變化，主動適應接縫寬度循環伸縮，分析嵌縫料各向異性及其對各項性能的影響；根據衍射強度理論和熱力學熵增原理，以環境溫度場循環變化作為嵌縫料形狀恢復的激勵手段，研究嵌縫料分子取向度、內應力、構象熵等變化與二維形狀記憶效應的關係，建立複雜應力下熱力學本構模型，揭示嵌縫料在二維方向上形狀記憶效應原理；模擬生物體損傷後自癒合過程，提出兩步驟自修復新理念，即先在形狀記憶效應驅使下閉合結構尺度上裂縫或損傷兩自由面，再通過兩自由面間分子遷移擴散機制，實現分子尺度上自修復，且具有良好重複性。本研究為材料自修復研究、提高嵌縫料耐久性提供了新思路。

結題摘要

水泥路面是我國高等級路面的主要鋪裝類型之一，廣泛用於公路、城市道路和機場跑道，且以接縫式水泥路面為主，接縫是水泥路面最薄弱的環節之一，嵌縫料耐久性是延長水泥路面使用壽命、提高服務品質的重要保證。嵌縫料在使用過程出現的各種裂縫或損傷如果不能得到及時有效修復，會嚴重影響嵌縫料的耐久性，導致水泥路面產生各種破壞。 針對水泥路面嵌縫料在形狀記憶功能預形變方法、形狀記憶效應原理和嵌縫料自修復機理等方面存在的科學問題，本項目以適宜推廣的多孔納米二氧化矽顆粒增強形狀記憶聚氨酯複合材料作為嵌縫料，提出雙軸預形變方法，分別沿水平和豎直方向同時進行預壓和預拉形變，存儲應變能，在水平和豎直二維方向上賦予嵌縫料形狀記憶效應，增強嵌縫料自修復功能，能感知並回響水泥路面接縫處環境溫度變化，主動適應接縫寬度循環伸縮，研究了雙軸預形變導致的嵌縫料各向異性特徵及其對熱穩定性、相轉變溫度、相結構變化、微觀組織結構、力學性能等影響。 根據衍射強度理論和熱力學熵增原理，以環境溫度場循環變化作為嵌縫料形狀回復的激勵手段，研究嵌縫料分子取向度、內應力、構象熵等變化與二維形狀記憶效應的關係，揭示嵌縫料在水平和豎直二維方向上形狀記憶效應原理；模擬生物體損傷後自癒合過程，提出了嵌縫料兩步驟自修復新理念，即先在高溫季節嵌縫料形狀記憶效應回復力驅使下閉合結構尺度上巨觀裂縫或損傷兩自由面，再通過熔融嵌縫料基體內熱塑性顆粒促使裂縫或損傷兩自由面之間分子遷移和擴散，實現分子尺度上自修復，且該兩步驟自修複方法具有良好重複性。 本項目研究成果使已開裂或損傷的嵌縫料及時有效地得到自修復，提高嵌縫料的耐久性，延長水泥路面使用壽命，改善路面使用品質，促進了水泥路面又好又快發展，發揮了水泥路面在國家路網結構中的重要作用。