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水泥路面因强度高、稳定性好、使用寿命长等特点已成为高等级路面的主要铺装类型之一,且以接缝式水泥路面为主。接缝是水泥路面最薄弱的环节之一,是导致水泥路面破坏的主要因素,嵌缝料耐久性直接影响接缝处的密水性、整体性和平顺性,进而影响水泥路面使用寿命、行车舒适性及维修养护费用。但是,目前水泥路面嵌缝料难以适应接缝处环境条件和接缝宽度循环伸缩变化,且没有自修复功能,不能满足水泥路面使用和发展要求。鉴于此,本文研发了具有自修复功能的形状记忆聚氨酯（SMPU）基复合材料作为嵌缝料,提出双轴预形变方法,赋予嵌缝料二维形状记忆性能,能感知并响应环境变化,主动适应水泥路面接缝宽度循环变化,实现自变形和自修复;提出基于二维形状记忆效应的嵌缝料两步骤自修复新理念,并揭示两步骤自修复机理,提升嵌缝料耐久性和密封效果,延长水泥路面使用寿命。首先,研发了SMPU作为嵌缝料基材,研究SMPU各项性能,揭示了形状记忆机理。结果表明,SMPU相转变温度与水泥路面高温季节路表温度相匹配,自然环境温度可作为SMPU形状回复的激发温度,为实现嵌缝料自修复奠定基础;SMPU具有明显的分子链软段和硬段微相结构分离,确定了软段和硬段适宜含量,提高了SMPU形状记忆性能;单轴预形变后SMPU发生显著的分子取向,呈现明显的各向异性特征,为SMPU形状回复提供了驱动力;SMPU具有较好的力学性能,可作为制备嵌缝料的基材。然后,采用纳米二氧化硅（SiO2）作为SMPU增强相,制备SiO2/SMPU复合材料作为嵌缝料,研究了其形状记忆效应及形状记忆过程各项性能变化规律,揭示了SiO2/SMPU形状记忆机理。研究发现,当SiO2掺量为15%（体积比）时制备的SiO2/SMPU形状固定率和回复率均大于97%,具有良好的形状记忆效应;SiO2与SMPU发生物理交联,形成氢键,分子作用力增强,显著提高回复力;单轴预形变后的SiO2/SMPU内产生明显的分子与特征官能团取向,呈现各向异性,提升了力学性能;SiO2/SMPU的相转变温度、形状记忆、力学等性能满足水泥路面嵌缝料使用要求。其次,提出了双轴预形变方法,分别在水平和竖直方向同时进行预压和预拉形变,在二维方向上赋予嵌缝料形状记忆效应,并揭示了二维形状记忆机理。结果表明,双轴预形变的嵌缝料具有良好的二维形状记忆效应,在低温季节安装在接缝内,当温度升高时水平向预压形变恢复初始形状主动地作用于接缝侧壁,提高密封效果,解决易脱落、开裂、渗水等问题;在竖直向预拉形变恢复其初始形状主动地产生收缩趋势,解决易挤出问题;双轴预形变嵌缝料产生明显微相分离、分子与官能团取向,微观结构更密实,提升了自修复效率和力学性能;双轴预形变保护了微观组织结构,为嵌缝料循环自修复奠定了基础。另外,在嵌缝料中适量添加热塑性聚己内酯（PCL）颗粒作为修复剂,模拟生物体破裂后自愈合过程,提出两步骤自修复新理念。研究发现,当热塑性PCL掺量为10%（体积比）时基本未影响嵌缝料相转变温度、动态热力学、形状记忆、力学等性能;PCL与SMPU产生物理交联,使嵌缝料分子链排列更有序,提高力学性能;双轴预形变的嵌缝料在二维形状记忆效应驱使下能有效闭合宏观尺度上裂缝,再通过PCL熔融实现分子尺度上愈合,该两步骤自修复方法利用自然环境温度场变化激发即可完成,提高了嵌缝料自修复效率,且具有良好的可重复性。最后,研究了气候、雨水、油污等因素作用下自修复型嵌缝料的路用性能。结果表明,在综合加速气候老化作用后嵌缝料表面会略微发黄,形状固定率、回复率分别大于80%和85%,仍具有较好的形状记忆效应,力学性能满足嵌缝料要求;分别浸泡雨水、柴油、机油和汽油的嵌缝料表观基本没有变化,双轴预形变对提高嵌缝料耐水和耐油性能起到重要作用,表明自修复型嵌缝料具有较好抗老化性能。因此,本文研发的具有二维形状记忆效应的自修复型嵌缝料更好地适应了水泥路面接缝处的工作环境条件,及时有效修复嵌缝料上裂缝或损伤,提高了嵌缝料耐久性,减少因嵌缝料失效而导致的各种水泥路面损坏,促进水泥路面又好又快发展。