納米路面混凝土的力學性能和耐久性能研究

《納米路面混凝土的力學性能和耐久性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由張茂花擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米路面混凝土的力學性能和耐久性能研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張茂花

項目摘要

隨著國民經濟的發展，公路交通運輸呈現出大流量、重型化特點，水泥混凝土路面在我國高等級公路中的套用越來越廣泛，而其力學性能和耐久性能的優劣關係到公路建設的可持續發展。納米材料由於粒徑極小而具有許多獨特的性質，被科學家們譽為21世紀最有前途的材料，但它目前在路面混凝土中的研究與套用還很少。本項目提出在普通路面混凝土中摻入適量的納米材料，研究納米路面混凝土的力學性能(包括抗折強度、抗壓強度和劈拉強度)和耐久性能(包括耐磨性能、抗滲性能、抗凍性能、乾縮性能、碳化性能、彎曲疲勞性能和抗衝擊性能)，並與PP纖維路面混凝土以及納米與纖維混摻路面混凝土的相關性能進行對比，揭示納米材料對路面混凝土性能的改善機理，分析磨損、滲透、凍融、乾縮、碳化、疲勞和衝擊的多因素耦合效應，建立納米路面混凝土的耐久性模型。本項目的研究對於提高路面混凝土的使用性能、延長路面結構的服役年限具有重要的的理論意義和實用價值。

結題摘要

本項目基本按照原計畫進行，達到了預期目標。本項目在普通路面混凝土中摻入適量納米SiO2或TiO2，對其力學性能和耐久性能進行了系統研究；同時對PP纖維混凝土以及納米與纖維混摻混凝土的相關性能進行了對比研究。首先，通過試驗分析確定了摻加納米材料、PP纖維以及兩者混摻時混凝土的製備工藝；在普通路面混凝土配合比的基礎上，確定了納米混凝土、PP纖維混凝土和混摻混凝土的配合比；對各種混凝土的力學性能進行了試驗研究，分析了納米材料的種類和摻量對混凝土強度的影響規律，揭示了納米材料對混凝土強度的改善機理，分析了混凝土的抗折強度和抗壓強度的關係。其次，對各種混凝土的耐磨性、孔結構、抗滲性和抗凍性進行了試驗研究，分析了混凝土的耐磨性、孔結構、抗滲性和抗凍性隨納米材料的種類和摻量的變化規律，探討了納米材料對混凝土耐磨性、孔結構、抗滲性和抗凍性的改善機理；建立了混凝土的耐磨性與強度、抗滲性與強度以及孔結構的關係；建立了混凝土的凍融累積損傷模型，並採用該模型計算了各種混凝土的使用壽命。第三，對各種混凝土的衝擊性能、碳化性能和乾縮性能進行了試驗研究，分析了納米材料的種類和摻量對混凝土衝擊性能、碳化性能和乾縮性能的影響規律，揭示了納米材料在路面混凝土的衝擊性能、碳化性能和乾縮性能中的作用機理，分析了納米混凝土的衝擊性能與強度的關係，建立了納米混凝土的碳化深度預測模型和乾縮率預測模型。第四，對各種混凝土的彎曲疲勞性能進行了試驗研究，建立了各種混凝土的疲勞方程，並由此計算了混凝土的理論疲勞壽命和理論應力水平；分析了混凝土的彎曲疲勞性能隨納米材料的種類和摻量的變化規律，探討了納米材料對混凝土彎曲疲勞性能的改善機理。最後，通過對耐磨性、抗滲性、抗凍性、抗衝擊性能、抗碳化性能、抗乾縮性能和彎曲疲勞性能等方面進行歸納總結，建立了納米路面混凝土的耐久性模型。