赋予路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法技术

本发明专利技术提供一种赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法，属于水泥路面技术领域，解决目前单阶段单轴预形变方法只能在某一个方向赋予材料形状记忆功能、自愈合效果差等问题。先制备形状记忆聚合物基复合材料十字形试件，在高于玻璃化转变温度下沿竖直方向进行预压形变，同时沿着水平方向进行预拉形变，在水平和竖直二维方向同时赋予嵌缝料形状记忆功能；然后测定预形变后的嵌缝料形状记忆效应，再综合嵌缝料其它使用性能，确定合理的拉伸和压缩预应变值用于赋予嵌缝料形状记忆功能。本发明专利技术提供的预形变方法使嵌缝料主动适应水泥路面接缝宽度循环变化，提高了嵌缝料的使用性能和耐久性，提高嵌缝料的耐久性，延长水泥路面使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
赋予路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法
本专利技术是一种赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法，属于水泥路面嵌缝

技术介绍
随着我国社会经济的发展，公路的建设事业一直在蓬勃发展，水泥路面由于其强度高、稳定性好、耐久性好等特性，已成为高等级路面的主要铺装类型之一，广泛应用于高速公路、机场跑道等大型工程。在飞速发展公路建设同时，水泥混凝土路面的使用寿命远远低于预期，我国多采用普通水泥混凝土路面，在混凝土板之间需要设置伸缩缝，采用优良的嵌缝材料可以有效提高水泥混凝土路面的使用性能以及延长结构寿命。目前我国水泥路面嵌缝料以沥青基、橡胶类、聚氨酯类等材料为主。沥青类密封材料具有原料易得、成本低廉等优点，但是存在施工工艺复杂，需要加热才能使用，对环境及施工人员危害大；温度适应性较差，低温易发脆，高温易流淌挤出；耐老化性较差，使用寿命短等缺点。聚氨酯类材料大多数采用双组分包装，需要现场计量混合，极易因计量误差导致材料无法固化或固化后性能无法满足要求，温度敏感性较高，低温下固化速度过慢。且上述嵌缝材料没有形状记忆效应以及自修复功能，已损坏的嵌缝料不能得到及时有效的修复，进而导致路面出现各类损坏，难以满足水泥路面使用和发展要求。此外，由于嵌缝料接缝是水泥混凝土路面结构最薄弱的环节，从我国各地的水泥混凝土路面使用性能调查来看，接缝的损坏相对严重，出现病害机率大，类型也多，主要由于人们对于嵌缝料的作用认知和重视度不够，因此研究水泥混凝土路面嵌缝料十分必要。所以，近年来不少水泥路面研究者们不断研发新型嵌缝料，努力改善嵌缝料的性能，研究性能更优、更耐久的嵌缝料已成为国内外水泥路面研究的重点内容之一。随着聚合物高分子材料的不断发展，具有形状记忆效应的聚合物基材料可以很好的解决上述问题，采用刺激响应型高分子作为原材料的嵌缝料通过感知并响应外界环境变化，主动适应路面接缝宽度变化，实现自变形、自适应、自愈合，提高嵌缝料的耐久性。目前形状记忆聚合物由于其形变量大，形状记忆回复温度范围广等优势得到迅速发展以及广泛应用，但是仍然存在一些明显缺点，即其材料的模量、强度等力学和热力学性能较差，这些缺点大大限制了形状记忆聚合物的应用。然而近些年来，许多研究表明通过在形状记忆聚合物材料中添加增强材料，即使是小量的添加也可以增强其的力学性能以及形状回复力，从而形成的形状记忆聚合物基的复合材料在其刺激响应机理，新型形状效应以及功能型方面关注与应用越来越广泛。此外，用于水泥路面的形状记忆嵌缝料虽然取得了一定进展，但是在赋予材料预形变方法方面还存在诸多科学问题需要进一步探索。国内外研究者通过采用单轴加载方法研究了形状记忆聚合物基复合材料热力学性能，分析了填料对形状固定率和回复率等的影响，但这种单阶段单轴拉伸或压缩预形变方法只能使形状记忆材料在某一维方向发生分子取向，赋予材料形状记忆功能，不能在水平和竖直二维方向上同时赋予嵌缝料形状记忆功能，降低了嵌缝料形变能力以及自愈合效果，使嵌缝料难以适应水泥路面接缝宽度伸缩循环变化。可见，目前采用的单阶段单轴赋予嵌缝材料预形变的方法还存在不足，无法满足路面接缝处位移、力学、耐久等性能要求，将严重影响嵌缝料使用寿命和服务品质，进而导致路面出现严重损坏。需要深入探索更科学的预形变方法，在二维方向上同时赋予嵌缝材料的形状记忆效应，满足水泥路面嵌缝料耐久性需要。鉴于此，本专利技术采用单阶段双轴的预形变方法在水平和竖直二维方向上赋予水泥路面嵌缝料形状记忆效应，进而从根本上解决嵌缝料脱落、挤出、渗水、开裂等耐久性问题。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术目的是提供一种赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法，该方法是在高于玻璃化转变温度的高温条件下沿水平方向进行预压形变至设计应变值，同时沿着竖直方向进行预拉形变至设计应变值，从而在水平和竖直二维方向同时赋予嵌缝料形状记忆功能，解决目前单阶段单轴预形变方法只能在某一个方向赋予材料形状记忆功能、自愈合效果差、成本高、难以彻底解决水泥路面嵌缝料脱落、挤出、开裂、渗水等问题。(2)技术方案鉴于目前赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的预形变方法存在不足，本专利技术提供一种单阶段双轴预形变方法，从而提高嵌缝料的形状记忆功能和耐久性。本专利技术技术方案如下：首先，优选具有形状记忆功能的聚合物基复合材料作为嵌缝料，将其制备成十字形试件；其次将十字形试件在常温状态下固定于特制夹具中，如图1，升高温度至嵌缝料玻璃化转变温度(Tg)，在竖直方向进行预压形变，通过四个角点的铰接作用，同时沿着水平方向进行预拉形变，在保持加载的前提下冷却至常温，卸去荷载，赋予试件二维形状记忆功能；最后，表征已预形变后的嵌缝料性能，综合嵌缝料的形状记忆效应和其它路用性能，确定最佳竖直和水平预应变值，使其具有更好的形状记忆功能，从而保证嵌缝料安装在水泥路面接缝中，高温时其在竖直方向不被挤出，低温时在水平方向可以和混凝土板之间保持很好的粘结，以防脱粘，提高嵌缝料耐久性，改善水泥路面服务品质。(3)有益效果在公路事业不断发展、道路养护日益受到重视的形势下，水泥路面嵌缝料也会越来越受到关注。由于水泥路面的破坏大部分是由嵌缝料损坏造成的，所以只有嵌缝料具有良好的耐久性，才能维持水泥路面的正常使用性能，减少路面破坏，降低道路养护维修成本。采用本专利技术提供的单阶段双轴预形变方法，在玻璃化转变温度(Tg)下水平方向施加预拉应力同时竖直方向赋予压应力，从而可以使嵌缝料具有良好的形状记忆效应，当路面温度升高时，由于其形状记忆效应，嵌缝料回复初始形态，从而防止嵌缝料受到接缝两侧水泥路面板的挤压而挤出路面，如图2；当路面温度降低时可以防止嵌缝料与路面板脱粘，导致渗水，延长水泥路面使用寿命，改善水泥路面使用品质，对促进水泥路面更好更快发展，并发挥其在国家路网结构中的作用具有重要的现实意义。附图说明图1单阶段双轴预形变方法施加荷载示意图1-施加荷载；2-固定试件夹具；3-十字型试件图2单阶段双轴预形变制备嵌缝料过程及其工作原理示意图1-样品原始形状(低于Tg)；2-双轴预形变(高于Tg)；3-持续荷载并冷却(低于Tg)；4-卸载并固定形变(低于Tg)；5-安装在水泥路面接缝内；6-升高温度恢复原来形状(高于Tg)具体实施方式本专利技术提供一种赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法，具体实施步骤如下：(1)制备适应水泥路面接缝处工作条件的形状记忆聚合物基复合材料，将制备的复合材料加工成十字架形状的试件；(2)将十字形试件放置在桁架型夹具中，并用螺栓固定十字试件的四臂，将加载装置整体放入环境箱按照一定升温速率加热至其玻璃化转变温度以上5℃，保持该温度静置25分钟，由于试件变软再次快速重新拧紧螺栓；(3)将加载装置重新放回环境箱，在玻璃化转变温度以上5℃继续加热20分钟后，在此温度下施加一定荷载，在竖直方向进行预压形变，同时沿着水平方向进行预拉形变，持续加载20分钟，试件变形趋于稳定；(4)停止加热，自然冷却至室温，打开环境箱卸去荷载，完成了形状记忆聚合物试件的二维预形变，将十字形预形变试件的中心区域切割加工成立方体，制得具有二维形状记忆功能的嵌缝料；(5)测定经单阶段双轴预变形后嵌缝料的形状回复率、固定率，并采用偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)制备适应水泥路面接缝处工作条件的形状记忆聚合物基复合材料，将制备的复合材料加工成十字架形状的试件；(2)将十字形试件放置在桁架型夹具中，并用螺栓固定十字试件的四臂，将加载装置整体放入环境箱按照一定升温速率加热至其玻璃化转变温度以上5℃，保持该温度静置25分钟，由于试件变软再次快速重新拧紧螺栓；(3)将加载装置重新放回环境箱，在玻璃化转变温度以上5℃继续加热20分钟后，在此温度下施加一定荷载，在竖直方向进行预压形变，同时沿着水平方向进行预拉形变，持续加载20分钟，试件变形趋于稳定；(4)停止加热，自然冷却至室温，打开环境箱卸去荷载，完成了形状记忆聚合物试件的二维预形变，将十字形预形变试件的中心区域切割加工成立方体，制得具有二维形状记忆功能的嵌缝料；(5)测定经单阶段双轴预变形后嵌缝料的形状回复率、固定率，并采用偏振红外光谱仪分析嵌缝料预形变过程中分子链段取向度变化规律，研究嵌缝料的各向异性特征及其对嵌缝料路用性能的影响；(6)综合比较经单阶段双轴预变形后嵌缝料的形状记忆效应和预变形对嵌缝料路用性能的影响，确定合理的拉伸和压缩预应变值用于赋予嵌缝料更好的形状记忆功能，提高嵌缝料的耐久性，改善水泥路面服务品质。...

【技术特征摘要】
1.一种赋予水泥路面嵌缝料形状记忆功能的单阶段双轴预形变方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)制备适应水泥路面接缝处工作条件的形状记忆聚合物基复合材料，将制备的复合材料加工成十字架形状的试件；(2)将十字形试件放置在桁架型夹具中，并用螺栓固定十字试件的四臂，将加载装置整体放入环境箱按照一定升温速率加热至其玻璃化转变温度以上5℃，保持该温度静置25分钟，由于试件变软再次快速重新拧紧螺栓；(3)将加载装置重新放回环境箱，在玻璃化转变温度以上5℃继续加热20分钟后，在此温度下施加一定荷载，在竖直方向进行预压形变，同时沿着水平方向进行预拉形变，持续加载20...

【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，时爽，沈东亚，汪洋，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32