具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法

摘要

本发明提供一种具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法，属于水泥路面嵌缝技术领域，解决目前缺少评价具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料多次循环自修复效果的方法、难以确定嵌缝料最佳配方的问题。本发明首先优选形状记忆聚合物、二氧化硅和热塑性颗粒，制备水泥路面嵌缝料；然后制备小梁试件，经三阶段预形变，赋予其形状记忆功能；在试样左右两侧预留缝，采用直接拉伸试验仪试验，直至出现贯穿整个断面裂纹，记录应力和应变；其次将试件放入烘箱中养护30分钟，将自修复后试件重复拉伸开裂‑自修复过程，记录每个循环过程试件应力和应变，以第N次与第N‑1次断裂强度比值评价嵌缝料多次循环自修复效果，优化嵌缝料配方，制备路面嵌缝料。

说明书

技术领域

本发明是一种具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法，属于水泥路面嵌缝技术领域。

背景技术

目前水泥路面嵌缝料主要采用沥青类、橡胶类等传统材料，不能很好适应路面接缝处环境条件和接缝宽度循环伸缩变化，易产生老化开裂、拉伸开裂、挤压开裂、脱落、渗水、挤(溢)出等耐久性问题，且没有自修复功能，已损坏的嵌缝料不能得到及时有效修复，进而导致路面出现各种类型损坏，难以满足水泥路面使用和发展要求。采用形状记忆效应显著和自修复功能良好的嵌缝材料能很好解决上述问题，赋予嵌缝料感知并响应外界环境变化的功能，主动适应路面接缝宽度变化，实现自变形、自适应、自修复，提高嵌缝料的耐久性。

但是，目前材料自修复研究虽然取得一定进展，在训练方法、自修复方式、自修复机制等方面还存在诸多科学问题需要进一步探索，深入研究更科学的嵌缝料自修复机制日益显得迫切。在公路事业不断发展、道路养护日益受到重视的形势下，只有嵌缝料损坏得到及时有效自修复，才能尽快恢复正常使用性能，降低道路养护维修成本，减少路面破坏，提高耐久性，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。

目前，国内外研究具有自修复功能的复合材料主要包括两类，一类是埋植式自修复复合材料，通过在基体材料中埋入在一定条件下催化赋予自修复功能的复合材料，如含有修复剂的微胶囊、中空纤维等从而使材料出现微裂缝时候可以由于条件改变而进行自我修复；另一类是原位自修复复合材料，通过材料才无修复介质基础上根据自身性质进行修复，此类方法仅依靠微胶囊、中空纤维等载体流出的修复剂不足以填满裂缝或损伤部位，难以修复宏观裂缝或损伤。如果上述载体掺加量太多，又会严重影响基体结构力学、耐久等性能。

可见，越来越多的学者关注基于形状记忆的自修复材料的研究，然而没有针对形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法，难以对所制备的嵌缝料进行评价，从而确定最优配方，改善嵌缝料实际使用过程的局限性。鉴于此，本发明提供了一种具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法。通过对照样品在自修复前后以及多次循环后的抗老化和力学性能、微观形貌变化来确定嵌缝料最佳配方和预形变方法，制备出基于形状记忆性能的具有自修复功能的水泥路面嵌缝料，延长水泥路面使用寿命。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复评价方法，解决目前缺少评价具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料多次循环自修复效果的方法、难以确定嵌缝料最佳配方和改善嵌缝料使用过程局限性的问题。从而制备出具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料，延长其使用寿命，为验证具有自修复和多次循环自修复可行性提供了方法依据。

(2)技术方案

鉴于目前缺少评价具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料多次循环自修复效果的方法、难以确定嵌缝料最佳配方和改善嵌缝料使用过程局限性的问题。本发明提供一种具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复评价方法。本发明技术方案如下：首先，优选相转变温度与路表最高温度场相匹配的形状记忆聚合物、纳米二氧化硅和热塑性颗粒，制备形状记忆聚合物基复合材料作为水泥路面嵌缝料，测试相转变温度；然后，采用该复合材料制备柱状小梁试件，经三阶段预形变，赋予试件形状记忆功能；在试样左右两侧中间对称位置各刻一道1mm深的预留缝，采用直接拉伸试验仪在0℃下进行试验，直至试件另外两侧面出现贯穿整个断面的裂纹，记录试件应力和应变；其次，将出现裂纹的试件放入与路表最高温度一致的烘箱中养护30分钟，采用扫描电镜和能谱仪分析裂缝处自修复情况；最后，将自修复后试件重新放入0℃的温度室中保温3小时，重复拉伸开裂-自修复过程，记录每个拉伸开裂-自修复循环过程试件的应力和应变，以第N次与第N-1次断裂强度的比值评价嵌缝料的多次循环自修复效果，优化嵌缝料配方，制备水泥路面嵌缝料。

(3)有益效果

基于形状记忆的自修复聚合物复合材料作为新型材料，得到越来越广泛的关注，然而在制备新型材料的过程中，对于自修复效果评价的方式还不够完善，所以提出新型材料的自修复效果评价方法显得十分重要。采用本发明提供的具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法，将已预形变训练后的样品进行缺口切割，进行直接拉伸试验后，确定有无自修复性能，并在此基础上进行拉压试验以及自修复率的测量计算，从而确定出制备材料的最佳配比，应用于水泥路面嵌缝料，可使其在宏观闭合的前提下进行微观的修复，延长了水泥路面嵌缝料使用寿命，减少后期维护费用，拓宽了材料实际应用的范围，使其具有更好的性能。

具体实施方式

本发明提供一种具有形状记忆功能的水泥路面嵌缝料自修复效果评价方法，具体实施步骤如下：

(1)优选相转变温度与路表最高温度场相匹配的形状记忆聚合物、纳米二氧化硅和热塑性颗粒，按照一定配方制备形状记忆聚合物基复合材料，采用差示扫描量热仪测试该复合材料相转变温度；

(2)采用该复合材料制备尺寸为120mm×25mm×25mm柱状小梁试件，并在高于其相转变温度下加载拉伸、保持荷载不变降温、室温卸载三阶段预形变，赋予复合材料试件形状记忆功能，作为水泥路面嵌缝料；

(3)在试样左右两侧中间对称位置各刻一道1mm深的预留缝，在0℃环境箱保温3个小时，采用直接拉伸试验仪在0℃下进行试验，拉伸速度为100mm/min，拉伸过程中用显微镜观察，直至试件另外两侧面出现贯穿整个断面的裂纹，记录试件应力和应变；

(4)将出现裂纹的试件放入与路表最高温度一致的烘箱中养护30分钟，使预形变的形状记忆聚合物和热塑性颗粒充分发挥自修复作用，采用扫描电镜和能谱仪分析裂缝处自修复情况；

(5)将自修复后试件重新放入0℃的温度室中保温3小时，重复步骤(3)和(4)，记录每个拉伸开裂-自修复循环过程试件的应力和应变，以第N次与第N-1次断裂强度的比值评价嵌缝料的多次循环自修复效果，优化路面嵌缝料配方和制备工艺。