高聚物注浆材料压缩疲劳损伤演化与寿命预测

摘要

高聚物注浆材料以固化时间短、膨胀力和膨胀比大、轻质高强等特点在道路的非开挖修复中应用广泛。在长期交通荷载作用下高聚物注浆材料的力学性能会受到一定程度的影响,然而其疲劳损伤演化规律和服役寿命预测尚未见到系统研究。采用现场试验、准静态压缩和循环压缩试验对高聚物注浆材料的修复效果和静动态抗压性能进行了研究,提出了一种基于密度和寿命的疲劳阈值预测公式。结果表明:弹性模量、抗压强度、准静态能量耗散随密度增大而增大且存在幂函数关系;不同密度高聚物注浆材料的疲劳阈值在0.6~0.8之间;压缩疲劳性能随着相对循环次数的演化过程可分为3阶段(调整阶段、稳定变化阶段、循环破坏或循环硬化阶段);在较高应力水平(0.7和0.8)下,经过调整和稳定变化阶段,动态弹性模量减小,累积应变、应变速率、动态能量耗散增大;相对循环次数达到80%之后,疲劳性能参数急剧变化,动态弹性模量平均减小了93.69 MPa,累积应变、应变速率、动态能量耗散平均增加了0.15、0.20 s^(-1)、0.027 MJ·m^(-3);试件发生破坏且在泡孔结构中出现裂纹和坍塌破碎;在低应力水平(0.6)下,经过调整阶段,动态弹性模量和累积应变与循环次数存在对数函数关系,应变速率和动态能量耗散与循环次数存在指数函数关系;循环硬化后,其宏微观形貌无明显损伤,且抗压强度和弹性模量平均有超过20%的提高。所得结果为高聚物注浆材料耐久性能评价和推广应用提供了一定的理论指导和科学依据。