材料科学与工程进展
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材料科学与工程进展/2020/文章

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体积 2020 |文章ID. 2398064 | 14 页面 | https://doi.org/10.1155/2020/2398064

聚氨酯水泥复合材料(PUC)高温、低温疲劳试验及寿命预测研究

Hongshuai高1和 全生的太阳1

1东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨

学术编辑器:安东尼奥Caggiano
收到了 2019年12月23日
修改后的 2020年2月27日
公认 2020年3月23日
发表 2020年4月10

摘要

大跨度钢桥桥面铺装在车辆、雨水、冰冻等作用下存在多种病害。研究一种防水性能高、质量轻、粘结性能好的新型钢桥面铺装材料是十分必要的。聚氨酯水泥复合材料(PUC)可用于钢桥面铺装。为了研究温度对PUC疲劳性能的影响，进行了不同温度下的四点弯曲疲劳试验。本文通过压缩试验和弯曲试验，选择PUC的最佳配合比，然后在应变控制模式下进行弯曲疲劳试验。在温度和外力耦合条件下，提出了理论推导与实验研究相结合的疲劳寿命预测方法。结果表明，所提出的公式能有效地描述复合材料的疲劳寿命和疲劳极限。最后，对三种不同的钢桥面沥青混合料的疲劳性能进行了比较，发现聚氨酯水泥的疲劳性能优于沥青混合料。

1.介绍

桥面铺装是桥梁的重要组成部分。作为直接作用于车轮的界面，它承受着来自交通和环境的各种载荷，起着重要的作用[1那2］.桥面铺装的性能直接关系到车辆的高速、安全、舒适的操作[3.-5.］.沥青混合料因其成本低、自重小、养护方便等优点，是目前在既有钢桥路面材料中应用最广泛的[6.那7.］.钢桥路面出现滑移、开裂、车辙、胀形等大量病害，直接影响行车的舒适性和安全性。桥面铺装破坏后，钢桥面会暴露在自然环境中。水和盐离子更容易从路面裂缝接触到钢屋顶。钢材被腐蚀，钢桥的耐久性降低[8.那9.］.针对钢桥面铺装沥青混合料病害，聚氨酯水泥复合材料(PUC)可消除沥青混合料病害。PUC抗拉变形能力大，与钢桥面粘结性好。PUC是一种具有高拉伸强度、大极限变形、高弹性模量、优良粘接性能的新型材料。因此，PUC在钢桥面铺装材料方面具有很大优势[10-12］.

目前应用广泛的是聚氨酯。聚氨酯是一种具有优异的耐磨、耐温、综合机械强度等性能的合成材料。许多学者对其在土木工程材料中的优异性能进行了一系列的研究。Wang等在聚氨酯中加入不同组分的普通硅酸盐水泥和超细水泥，观察其熟化时间，测试其粘结强度、抗压强度和抗弯强度。聚氨酯注浆材料可用于煤矿岩体加固，满足行业要求，加固方法对煤矿等行业安全可靠[13］.Li等采用聚氨酯改性水泥砂浆，与河砂、普通硅酸盐水泥混合。对聚氨酯改性水泥砂浆的强度和耐久性进行了试验研究。聚氨酯改性水泥砂浆的渗透性、抗冻性、干缩性均显著优于普通水泥砂浆。加入减水剂后，聚氨酯改性水泥砂浆的强度和流动性显著提高[14］.Wang等人浇筑聚氨酯发泡材料，形成聚氨酯固化道床。冻融试验和疲劳试验结果表明，聚氨酯道床残余变形小，弹性持久，维护成本低[15］.

PUC具有重量轻、强度高、韧性好、粘接性能强的特点，并具有良好的抗冻、抗渗、耐腐蚀性能。Hussain等通过将聚氨酯与粉煤灰混合制备PUC复合材料。进行了复合材料的弯曲、压缩和粘结试验。得到了不同密度下混凝土的应力-应变曲线、弹性模量、泊松比和粘结强度。在材料研究的基础上，对7根t形截面梁进行了不同损伤程度下的抗弯加固试验。结果表明，采用PUC加固后的梁的极限承载力显著提高，裂缝宽度显著减小[16］.Yang等人研究了聚氨酯混凝土加固空心板桥的性能。结果表明，聚氨酯混凝土加固空心板桥的横向荷载分布影响线较原桥平缓，桥的横向整体力学性能明显提高[17］.Wang等用聚氨酯混凝土复合材料加固了白溪大桥;聚氨酯混凝土复合材料可以提高结构的承载能力。该加固方法可以在不中断交通的情况下进行施工[18］.

然而，当PUC在实际工程结构中使用时，它将处于实际的工作环境中。工程结构通常直接暴露于自然环境中，受大气温度周期性变化和车辆载荷引起的弯曲疲劳载荷的影响。桥梁的上部结构和路面结构在弯曲疲劳荷载作用下尤为关键。疲劳是在反复荷载作用下，强度衰减的不可恢复累积而引起的一种现象。重复荷载越多，强度损伤越严重，材料所能承受的应力或应变越小。桥梁上部结构和路面结构是承受活荷载的主要构件，其疲劳性能决定了整座桥梁的安全性和耐久性[19那20.］.为了保证桥梁上部结构和路面结构的疲劳性能和耐久性，需要对PUC在实际工作环境下的疲劳性能进行研究。因此，研究考虑温度效应的聚氨酯复合材料的疲劳性能具有重要的科学意义。

2.材料和方法

聚氨酯通常定义为含有重复聚氨酯键合单元 - [ - NH-CO-] - 在聚合物的主链中的聚合物。聚氨酯的结构是 - [ - CO-NH-R-CO-R-o-] N-，其通常通过二元或多异氰酸酯的逐步聚合用两种或更多种活性氢氧化物来合成[21那22］.聚氨酯材料因其优异的性能而被广泛应用于各个领域。聚氨酯导热系数低，粘接性能好，防水性能好，耐久性好，保护环境。它是一种新型的环保材料。聚氨酯水泥凝结速度快，早强，可用于混凝土和路面结构的快速修补。

将聚氨酯水泥与水泥、聚氨酯混合，固化后可明显改善复合材料的性能。它是一种新型的高强度、高韧性的有机-无机复合材料。

2．1.材料
2.1.1。水泥

水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥。水泥的物理力学性能见表1．
抗弯强度 抗压强度 设置时间 细度
3天 28天 3天 28天 初凝时间 终凝时间
4.6 MPa 10.5 MPa 24.6 MPA. 55.6 MPa 240分钟 276分钟 1.8%
表1
水泥的物理力学性能。
2.1.2。聚氨酯

聚氨酯(PU)是含有聚氨酯基团的聚合物的总称。氨基甲酸酯是由含有活性氢的化合物，如异氰酸酯和羟基等化学反应形成的。化学反应示意图如图所示1．本研究使用的聚氨酯是在实验室制造的，包括两种组分，主要由聚芳基聚亚甲基异氰酸酯和聚醚组合。


图1
聚氨酯基团的化学反应示意图。

聚芳基聚亚甲基异氰酸酯简称为PAPI，或粗MDI，俗称黑色物质。它是异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，含有一定量的高官能团，常温下为棕色液体。本实验使用的聚芳基聚亚甲基异氰酸酯类型为WANNATE®PM-200。WANNATE®PM-200具有高分子结构，增加结构完整性和灵活性，而其他由小分子PAPI制成的聚氨酯是脆弱和脆性的。PAPI液体具有粘性，其稠度随温度的升高而降低[23］.主要物质的组成如图所示2，理化性质如表所示2．


图2
WANNATE®PM-200的材料组成。
不。 类别 指数
1 外观 棕色液体
2 粘度(25°C) (mPa·s) 150∼250
3. 异氰酸酯含量(-NCO) (%) 30.5〜32.0.
4. 密度(25°C) (g / cm3.） 1.220∼1.250
5. 酸度(%) ≤0.030
6. 水解氯（％） ≤0.20
表2
WANNATE®PM-200的物理和化学性能。

聚醚组合物(俗称白色物质)主要成分为聚醚多元醇、硅油、环氧催化剂EZ01，常温下为无色透明液体。本实验使用的聚醚组合类型为ES305。主要物质的组成如图所示3.，理化性质如表所示3.．


图3
聚醚组合的材料组成。
不。 类别 指数
1 外观 无色透明液体
2 粘度(25°C) (mPa·s) 200∼1500
3. 羟基值(mg KOH/g) 30.5〜32.0.
4. 密度(25°C) (g / cm3.） 1.11±0.20
表3
聚醚组合的物理和化学性质。
2.1.3。催化剂

DABCO MIXCO2用作含有DABCO结构的叔胺的催化剂。DABCO MIXCO2的外观是无色透明液体。

本研究制备的聚氨酯的组成如图所示4.．

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图4
聚氨酯的合成。(a)聚芳基聚亚甲基异氰酸酯WANNATE®PM-200。(b)聚醚组合ES305。(c)催化剂Dabco MixCO2。
２.２.制备过程

聚氨酯水泥的制备工艺如下:（1）水泥被油炸并脱水。（2）异氰酸酯和聚醚组合按设计的比例混合。搅拌过程是搅拌均匀2分钟。（3）在聚氨酯溶液中加入水泥和催化剂，高速搅拌2分钟。（4）在混合物更均匀后将聚氨酯水泥混合物放入模具中。然后，将样品倒入并固化24小时。

制备过程的操作流程如图所示5.．


图5
聚氨酯水泥的制备工艺。

3.PUC的压缩与弯曲试验

３．１．PUC配合比

关于聚氨酯水泥的研究很少。通过异氰酸酯和聚醚组合的比例可以设计不同的聚氨酯分子链结构。不同的分子链结构决定了聚氨酯水泥复合材料的不同性能。本文设计了四种配合比，分为A、B、C、d四组。P:C)对聚氨酯水泥复合材料的抗压和弯曲性能进行了比较。聚氨酯与水泥的比例(P:C)分别为2∶1、1∶1、1∶0.67和1∶0.5。表格4.列出本实验使用的混合比例。
不。 物料组成(质量比)
异氰酸酯WANNATE®pm - 200 聚醚组合ES305 水泥 P:C 催化剂
一种 1 1 1 2 ０．０２
B. 1 1 2 1 ０．０２
C 1 1 3. 0.67 ０．０２
D. 1 1 4. ０．５ ０．０２
表4
混合比例PUC。
３．２．试样制备与加载

抗压强度试件采用尺寸为70mm × 70mm × 70mm的立方体。抗弯强度试件采用尺寸为40 mm × 40 mm × 160 mm的长方体。试件的制备过程如图所示6.．

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图6
聚氨酯水泥试样的制备:(a)抗压试样的浇注和养护;(b)抗压试样的脱模和编号;(c)抗折试样的浇注和养护;(d)抗折试样的脱模和编号。

凝固后取出所有标本，然后进行测试。由TYA-2000电液压试验机装配标本。为了获得测试样本的完整负载位移曲线，加载系统采用位移控制模式。装载速率为0.1mm / s。抵抗应变仪沿着水平和垂直方向粘贴在立方体块的表面上，这在压缩过程中测量了样本的应变变化。抵抗力测量仪沿着中间跨度处的水平方向粘贴在长方体标本的顶部，底部和中间，这在弯曲过程中测量了样品的顶部和底部边缘的应变变化。

３．３．测试结果及分析

聚氨酯水泥试样在压缩过程中的破坏模式为韧性破坏。C、D组试件表面混凝土有轻微剥落。随着…的增加P:C，A组和B组样本的表面基本上完全，没有明显的剥离现象。随着延展性较大的聚氨酯比例随着增加的增加而增加P:C在压缩过程中，使试样具有较大的延性和韧性。

在弯曲试验过程中，C组和D试样在装载到峰值负荷后立即破裂并显示出典型的脆性衰竭。A组和B标本似乎具有沿着中间跨度的下边缘的自下而上的不规则裂缝，其持续很长时间并显示出强的韧性。标本中聚氨酯的含量很大，这使得充分发挥着聚氨酯的延展性和韧性的优点，并发挥了增韧和抗干扰的作用。

各组PUC试件的密度、抗压强度、抗弯强度见表5.．随着…的增加P:C时，PUC密度由1698 kg/m逐渐降低3.D组为1552 kg/m3.但抗压强度和抗弯强度的变化幅度很小。抗压强度变化范围仅为66.3 MPa ~ 67.7 MPa，抗弯强度变化范围仅为42.9 MPa ~ 43.9 MPa。结果表明P:C掺量对试件的抗压强度和抗弯强度影响不大，但对试件的抗压弹性模量和抗弯弹性模量影响较大。从A组到D组，PUC的压缩弹性模量和弯曲弹性模量分别提高了76%和235%。这一现象表明PUC的变形能力呈下降趋势。
不。 密度(公斤/米3.） 抗压强度(MPa) 压缩弹性模量(MPa) 抗弯强度(MPa) 弯曲弹性模量(MPa)
一种 （P:C= 2) 1552 66.3 2659 42.9 4748
B (P:C= 1) 1602 66.6 3087 43.2 6470
C (P:C= 0.67) 1648 67.5 3783 43.4 9990
D (P:C= 0.5) 1698 67.7 4693 43.9 15914
表5
PUC抗压和抗弯强度的试验值。

各组PUC试件的抗压、抗弯强度应力-应变曲线如图所示7.和8.．可以看出，从A组试件到D组试件的应力-应变曲线斜率逐渐增大，这与PUC弹性模量的增大相一致。组A和B的最终压力远高于C组和d。根据上述分析,A组和B的性能优于C组和d . A组和B组标本,抗压强度和抗弯强度基本上是相同的,和最终的菌株是相似的。但A组的聚氨酯含量很高，成本昂贵。B组的配合比更适合工程应用。下面将对B组掺量聚氨酯水泥的热疲劳性能进行研究。


图7
聚氨酯水泥的压应力-应变曲线。

图8
聚氨酯水泥的弯曲应力-应变曲线。

4.PUC的热疲劳试验

4．1.样品尺寸及制备

采用四点弯曲疲劳试验作为主要的试验方法[24-26，如图所示9.．试件尺寸(长×宽×高)为380 mm × 50 mm × 63.50 mm。PUC试件如图所示10．


图9
四点弯曲疲劳试验加载示意图(单位:mm)。
(一)
(一)
(b)
(b)
图10
(a)聚氨酯水泥模具和(b)试样。
4．2．测试方法

在该温度疲劳试验中采用四点弯曲疲劳法。通过IPC全球UTM-30测试系统，通过温度控制箱和疲劳负载分为加热或冷却负荷。疲劳检测系统（UTM-30）可以自动记录标本的负载，位移和负载周期数等测试数据。

首先，将温控箱的目标温度设定为测试所需的温度。经过一段时间，温度箱内的温度可以达到设定的温度。但此时，温度箱内试样的内部温度不一定能达到设定温度。温度达到设定值6小时后，试件内外温度基本达到平衡。然后进行疲劳加载。本次疲劳试验采用应变加载控制方式，采用非间歇部分正弦波作为标准加载波形。加载频率为10hz。菌株控制级别是400με, 600年με, 800年με, 1000年με, 1200με,分别。温度控制级别为−50℃~ 50℃，以10℃为单位分为11级。

一般情况下，当荷载循环次数达到2 × 10次时，试件未被破坏6.时，可停止测试。根据相关的土木工程规范，如果试件在2 × 10后未被破坏6.循环荷载作用下，认为试件能承受无限循环荷载，即具有无限寿命。

4.3。热疲劳试验结果与分析

表中列出了不同温度和应变水平下PUC样本的疲劳寿命试验结果6.．当试验温度不同时，PUC试件的疲劳试验结果(温度疲劳试验曲线)如图所示11．数字11表明温度疲劳寿命之间存在近似的线性关系N(对数)和应变水平ε人民的标本。采用最小二乘法对不同试验温度下的数据进行了回归分析，得到了其表达式ε-N.PUC试件的曲线如下: 在哪里ε为应变水平(με)、A、B为回归参数，由试验条件、加载方式和材料性能决定N是弯曲疲劳寿命。
不。 应变级别(με） −50°C −40°C −30°C −20°C −10°C 0°C 10°C 20°C. 30°C 40°C 50°C
疲劳寿命(数量)
1 400 392631 518763 747390 993724 1498270 > 2000000 > 2000000 > 2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000
2 400 319479 428807 684336 1085284 1665185 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000
3. 400 449539 678972 814969 911322 1762258 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000
4. 600 192460 365785. 383470 632548 1076777 1344321 1734708 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000
5. 600 244095 290690 442520 695192 1011678 1479783 1854321 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000
6. 600 156358 255897 490959 589397 1146744 1282322 1777940 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000 ＞2000000
7. 800 84235 163918 246023 398959 656776 890059 1381245 1539169 1745695 ＞2000000 ＞2000000
8. 800 97053 140931 218287 425446 603375 814969 1459213 1398270 1659952 ＞2000000 ＞2000000
9. 800 116493 198305 283462 342926 589297 970538 1401234 1678341 1847462 ＞2000000 ＞2000000
10 1000 39885 89709 144525 276848 398859 617789 1034321. 1232846. 1398270 1527104 ＞2000000
11 1000 50268 107677 126229 244095 354450 695192 1089471 1153423 1286365 1591601 ＞2000000
12 1000 58929 80858 152710 208220 432195 583844 1115234 1333478 1505625. 1458934 ＞2000000
13 1200 23430 41880 78352 152114 242182 471274 814769 955353 1107718 1204523 1527104
14 1200 20336. 57013 73571 123284 262010 422111 759246 897051 1043410 1252403 1453428
15 1200 27467 49874 91132 146818 221750 453059 854321 1068336. 1204082 1283428 1603479
表6
聚氨酯水泥试样在不同温度下的疲劳寿命。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
(g)
(g)
(h)
(h)
(我)
(我)
(j)
(j)
(k)
(k)
图11
疲劳寿命结果和不同温度的拟合曲线：（a）T=−50°C, (b)T=−40°C, (C)T=−30°C, (d)T = −20°C, (e)T=−10°C (f)T= 0°C (g)T= 10°C (h)T= 20°C,(我)T= 30°C (j)T= 40°C, and (k)T= 50°C。注:数据点用符号表示图中表明，疲劳寿命大于2 × 106.次了。

基于表中的疲劳测试数据6.时，通过线性拟合得到PUC试件的疲劳方程，如表所示7.．拟合的疲劳曲线如图所示11．由相关系数可知R在表7.和图中的拟合曲线11，可以看出，PUC试件的疲劳拟合方程与疲劳试验数据具有良好的相关性。
不。 温度水平 疲劳方程 相关系数R
1 −50°C ε=−647.0500lgN+ 425.9884 0.9755
2 −40°C ε=−751.4400lgN+ 4719.6769 0.9682
3. −30°C ε=−813.9321lgN+ 5189.1863 0.9857
4. −20°C ε=−925.3924lgN + 5967.3441 0.9812
5. −10°C ε=−942.8634lgN+ 6272.2971 0.9892
6. 0°C ε=−1207.4277lgN+ 8005.2405 0.9858
7. 10°C ε = −1932.3256lgN + 12644.8200 0.9651
8. 20°C. ε=−2182.3339lgN+ 14272.7852 0.9054
9. 30°C ε=−2651.0370lgN+ 17256.0256 0.9697
10 40°C ε=−2974.7764lgN+ 19357.8834 0.9397
11 50°C ε=−4149.7268lgN+ 26850.2381 0.9471
表7
聚氨酯水泥的弯曲疲劳方程。

数字12给出了PUC试样在不同温度下的疲劳寿命曲线。环境温度对试样的疲劳寿命有显著影响。在相同温度水平下，聚氨酯水泥试样的疲劳寿命随着应变的增加而降低。在相同的应变水平下，在试验温度范围内，试样的疲劳寿命随着温度的降低而降低。在低应变水平下，0°C ~ 50°C试样的疲劳寿命斜率下降幅度较大，而10°C ~ 50°C试样的疲劳寿命斜率下降幅度很小，这可能与只有2 × 10有关6.进行了多次疲劳试验。在高应变水平下，0°C ~ 50°C试样的疲劳寿命斜率显著减小，而10°C ~ 50°C试样的疲劳寿命斜率增大，但仍小于低温试样。聚氨酯水泥在低温下的疲劳性能较差，但随着温度的升高，其疲劳性能有明显改善。根据表中所列聚氨酯水泥的弯曲疲劳方程7.，可得到不同温度和应变水平下的疲劳寿命面，如图所示13．


图12
不同温度下的疲劳寿命曲线。

图13
疲劳寿命表面。

5.讨论

5.1。热疲劳寿命分析
5.1.1。温度耦合下的疲劳寿命表达式

根据聚氨酯水泥复合材料的物理和力学性能，工作环境温度对疲劳性能具有重要影响。聚氨酯水泥的主要成分是聚氨酯和水泥。聚氨酯和水泥的热膨胀系数是不同的。聚氨酯水泥在温度变化时也产生热应力，即使没有外部负载。热应力会影响聚氨酯水泥的疲劳性能[27］.

温度对聚氨酯水泥的疲劳性能有很大的影响。因此，在计算聚氨酯水泥试件的疲劳寿命时，应考虑外力和温度的影响。指幂函数表达式 的年代∼N，假设聚氨酯水泥试件的温度疲劳寿命表达式为:28那29]： 在哪里年代是压力或紧张， 是与温度有关的材料性能参数的函数，N是载荷循环次数还是疲劳寿命，和C是一个常数。

对于公式(2)，两边取对数:

然后,

写年代为泰勒级数形式: 在哪里一种是一个常数。公式(5.)展开，以保持常数项和线性项:

根据胡克定律的表达式 那最大拉伸应变计算为 在哪里 为最大拉伸应变， 是光束中心的最大应变，以及一个是相邻卡盘之间的中心距离（l/3，一般为0.119 m)。

代入公式(7.)转化为公式(6.)获得

让我们假设 是 在哪里一种1∼一种3.是常数。

代入公式(9.)转化为公式(8.）排序后，获取以下表达式：

在公式(10)时，温度函数为

C1∼C5.在公式(10)和(11)为常数系数，由实验数据决定。最大应变水平 在疲劳试验中以载荷为单位，以温度为单位T°C。聚氨酯水泥试件的疲劳寿命和疲劳极限可由(10) - (12)，考虑工作环境温度的影响。

5.1.2中。热疲劳寿命经验公式

根据表中列出的11种试验温度的疲劳试验数据6.，对疲劳试验数据进行多元非线性拟合，采用公式(10) - (12）.通过对聚氨酯水泥试件在外力和温度耦合作用下的疲劳寿命系数的确定，得到了其疲劳寿命的计算公式C1∼C5.．

式的复相关系数(13)是r= 0.9215。数字14显示在不同温度和应变水平下的疲劳寿命散点图和拟合的疲劳寿命表面。聚氨酯水泥试件的疲劳寿命和疲劳极限可由公式(13)考虑工作环境。聚氨酯水泥试样的疲劳极限可以通过替换得到N= 2 × 106.进入公式（13）.对应于不同温度的疲劳极限是在图中绘制的15．从图中可以看出15在本研究的工作环境温度范围内，聚氨酯水泥试件的相对应变疲劳极限随温度的升高而增大。当温度低于−30℃时，聚氨酯水泥的疲劳极限很小，说明聚氨酯水泥的疲劳寿命很难达到2 × 106.在低温下(−30°C以下)。


图14
温度疲劳寿命面和散射点。

图15.
温度对聚氨酯水泥应变疲劳极限的影响。
5.2。PUC与沥青混凝土的疲劳性能比较

钢箱梁桥面铺装的疲劳问题一直是钢箱梁桥面铺装领域的热点问题和迫切的工程问题[30.那31］.目前，钢桥面铺装主要采用浇注式沥青混凝土、石基质沥青(SMA)混合料、环氧沥青混凝土三种材料。聚氨酯水泥复合材料具有较高的韧性，也适用于钢桥面铺装。

Wang等[32]通过应变控制模式下的四点弯曲疲劳试验，分析了三种不同钢桥面铺装材料的疲劳性能。表中列出了聚氨酯水泥和Wang等的三种沥青混凝土的疲劳寿命结果8.．如图所示16．
不。 应变级别(με） N遗传算法 NSMA NEA N举办的
1 600 166 172 159 178.9
2 800 104 124 87 141.4
3. 1000 9．3 75 8．1 108.0
笔记．N遗传算法为浇注式GA10沥青混凝土的疲劳寿命;NSMA为改性沥青混凝土SMA10的疲劳寿命;NEA为环氧沥青混凝土EA10的疲劳寿命;N举办的代表聚氨酯水泥的疲劳寿命。
表8
聚氨酯水泥与沥青混凝土的疲劳寿命比较(104.）.

图16.
聚氨酯水泥与沥青混凝土的疲劳寿命比较。

在不同的应变水平下，聚氨酯水泥具有最大的疲劳寿命N举办的>NSMA>N遗传算法>NEA．但在应变水平为600时，四种材料的疲劳寿命相似με．随着应变水平的增加，聚氨酯水泥的疲劳寿命斜率略有降低，改性沥青SMA10的疲劳寿命斜率略有降低。浇注式沥青混凝土GA10和环氧沥青混凝土EA10的疲劳寿命斜率明显减小。

6.结论

本文首先介绍了聚氨酯水泥复合材料的组成及制备工艺。然后，通过压缩和弯曲试验，选择聚氨酯水泥的配合比。最后，进行了不同温度和应变水平下的四点弯曲疲劳试验。提出了疲劳寿命预测模型。研究结论如下:（1）聚氨酯水泥配合比对抗压强度和抗弯强度影响较小，但对抗压弹性模量和抗弯弹性模量影响较大。掺比为1的聚氨酯水泥性能最佳。（2）温度和应变对聚氨酯水泥的疲劳寿命有很大的影响。疲劳寿命随温度的升高而增加，随应变的增加而降低。（3）摘要根据经典疲劳方程和温度的影响因素，提出了聚氨酯水泥的疲劳寿命预测模型，该模型可以评估温度和应变共同作用下的疲劳寿命和极限。（4）聚氨酯水泥的疲劳寿命比沥青混凝土(浇注沥青混凝土、聚合物改性沥青混凝土、环氧沥青混凝土)长。聚氨酯水泥可作为钢桥面铺装的良好材料。

数据可用性

用于支持研究结果的数据包括在文章和补充信息文件中。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究由吉林省交通科技项目(20150107)资助。

补充材料

本节包含Matlab代码。图8聚氨酯水泥的压应力-应变曲线。图9聚氨酯水泥的弯曲应力-应变曲线。图15:不同温度下的疲劳寿命曲线。图16:疲劳寿命面。图18温度对聚氨酯水泥应变疲劳极限的影响。（补充材料）

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