纳米路面混凝土的力学性能和耐久性能研究

随着国民经济的发展，公路交通运输呈现出"大流量、重型化"特点，水泥混凝土路面在我国高等级公路中的应用越来越广泛，而其力学性能和耐久性能的优劣关系到公路建设的可持续发展。纳米材料由于粒径极小而具有许多独特的性质，被科学家们誉为"21世纪最有前途的材料"，但它目前在路面混凝土中的研究与应用还很少。本项目提出在普通路面混凝土中掺入适量的纳米材料，研究纳米路面混凝土的力学性能(包括抗折强度、抗压强度和劈拉强度)和耐久性能(包括耐磨性能、抗渗性能、抗冻性能、干缩性能、碳化性能、弯曲疲劳性能和抗冲击性能)，并与PP纤维路面混凝土以及纳米与纤维混掺路面混凝土的相关性能进行对比，揭示纳米材料对路面混凝土性能的改善机理，分析磨损、渗透、冻融、干缩、碳化、疲劳和冲击的多因素耦合效应，建立纳米路面混凝土的耐久性模型。本项目的研究对于提高路面混凝土的使用性能、延长路面结构的服役年限具有重要的的理论意义和实用价值。

本项目基本按照原计划进行，达到了预期目标。本项目在普通路面混凝土中掺入适量纳米SiO2或TiO2，对其力学性能和耐久性能进行了系统研究；同时对PP纤维混凝土以及纳米与纤维混掺混凝土的相关性能进行了对比研究。. 首先，通过试验分析确定了掺加纳米材料、PP纤维以及两者混掺时混凝土的制备工艺；在普通路面混凝土配合比的基础上，确定了纳米混凝土、PP纤维混凝土和混掺混凝土的配合比；对各种混凝土的力学性能进行了试验研究，分析了纳米材料的种类和掺量对混凝土强度的影响规律，揭示了纳米材料对混凝土强度的改善机理，分析了混凝土的抗折强度和抗压强度的关系。. 其次，对各种混凝土的耐磨性、孔结构、抗渗性和抗冻性进行了试验研究，分析了混凝土的耐磨性、孔结构、抗渗性和抗冻性随纳米材料的种类和掺量的变化规律，探讨了纳米材料对混凝土耐磨性、孔结构、抗渗性和抗冻性的改善机理；建立了混凝土的耐磨性与强度、抗渗性与强度以及孔结构的关系；建立了混凝土的冻融累积损伤模型，并采用该模型计算了各种混凝土的使用寿命。. 第三，对各种混凝土的冲击性能、碳化性能和干缩性能进行了试验研究，分析了纳米材料的种类和掺量对混凝土冲击性能、碳化性能和干缩性能的影响规律，揭示了纳米材料在路面混凝土的冲击性能、碳化性能和干缩性能中的作用机理，分析了纳米混凝土的冲击性能与强度的关系，建立了纳米混凝土的碳化深度预测模型和干缩率预测模型。. 第四，对各种混凝土的弯曲疲劳性能进行了试验研究，建立了各种混凝土的疲劳方程，并由此计算了混凝土的理论疲劳寿命和理论应力水平；分析了混凝土的弯曲疲劳性能随纳米材料的种类和掺量的变化规律，探讨了纳米材料对混凝土弯曲疲劳性能的改善机理。. 最后，通过对耐磨性、抗渗性、抗冻性、抗冲击性能、抗碳化性能、抗干缩性能和弯曲疲劳性能等方面进行归纳总结，建立了纳米路面混凝土的耐久性模型。