CN112411372A - 适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，所述薄层环氧聚合物混凝土由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。还公开了一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土的生产制备方法，具体如下：S01、将干燥级配矿料，添加纤维材料拌和15s～60s；S02、加入环氧组分，拌和30s～60s后即可摊铺；S03、摊铺后应使用双钢轮压路机进行碾压。本发明适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，采用潜伏型环氧组分，通过抗滑磨耗铺装上层的温度，促使本薄层环氧聚合物混凝土完成最终的固化。通过二次固化方式，不但有利于降低本环氧聚合物混凝土的施工难度，同时还有利于增强本环氧聚合物混凝土同铺装上层的粘结性。

Description

适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于桥面中所用的材料技术领域，具体涉及一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土及其制备方法。
背景技术
钢箱梁桥面板是焊接固定在正交异性结构梁和纵肋上，并且钢桥面体系柔性大、易挠曲，在车辆荷载、温度荷载作用下的变形和受力特点与普通水泥混凝土桥梁具有非常明显的区别，在同一桥梁的不同部位，变形和受力也具有非常显著的区别，因而要求铺装层应具有良好的路用性能，高、低温稳定性和水稳定性等；另外，钢板传热性较好，高温下施工时易出现变形，产生剪切力，这就要求铺装层具有良好的柔性和变形追从能力；同时由于钢板的反复变形，对铺装层与钢板的粘结力要求及抗脱层要求也更高。
对于钢桥面铺装国内外已经开展了大量的研究，钢桥面铺装方案多种多样，就目前来看，钢桥面使用的沥青铺装，主要有浇注式沥青混凝土、环氧改性沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石(SMA)。这三种铺装材料在材料组成、性能、施工工艺上有很大的区别。但现有的三种铺装材料的性能特点决定了其铺装层厚度一般为60mm～80mm，对于钢箱梁桥面来说，铺装层的恒载很大程度上影响了钢箱梁的承载要求，因此如果即可以减薄铺装层厚度，又能降低恒载，那么将可以降低钢箱梁的承载要求，具备优异的经济价值。
发明内容
本发明专利提出了一种具有优异的路用性能、良好的柔性和变形追从能力、与钢板的粘结效果优秀的聚合物混凝土，其厚度仅为15mm～25mm。配合防腐层、粘结层、表面抗滑磨耗层，整体厚度约为25mm～65mm，可减少整体铺装层的厚度，有效地降低钢箱梁的承载要求，具备优异的经济价值。
本发明提供了一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，所述薄层环氧聚合物混凝土由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。
优选地，所述环氧组分为环氧树脂，所述环氧组分占所述薄层环氧聚合物混凝土总质量的比例范围为：6.5％～8.5％；
所述环氧树脂由添加增韧剂的变性双酚A型环氧树脂主剂和固化剂、稀释剂组成。
优选地，所述添加增韧剂的变性双酚A型环氧树脂主剂，所述增韧剂为端羟基丁腈橡胶、乙烯基双硬脂酰胺的一种或二种；
所述增韧剂与液态所述双酚A型环氧树脂的质量比范围为：0:100～40:60；
所述增韧剂与所述双酚A型环氧树脂在100℃～120℃条件下预混。
优选地，所述固化剂为潜伏型酸酐类固化剂，其主要为酸酐类固化剂、超配位硅酸盐、或固化剂、促进剂组成；
所述固化剂占所述环氧组分的质量比例范围为：10％～50％。
优选地，所述所述薄层环氧聚合物混凝土厚度为15mm～25mm。
优选地，所述级配矿料范围为，通过4.75mm筛孔质量百分率为90％～100％，通过2.36mm筛孔质量百分率为35％～65％，通过0.075mm筛孔质量百分率为10％～16％。
优选地，所述纤维材料为聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
优选地，所述纤维材料占所述所述薄层环氧聚合物混凝土质量比例范围为0.2％～0.4％。
本发明还提供了一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土的生产制备方法，具体如下：
S01、将干燥级配矿料，添加纤维材料拌和15s～60s；
S02、加入环氧组分，拌和30s～60s后即可摊铺；
S03、摊铺后应使用双钢轮压路机进行碾压。
优选地，所述薄层环氧聚合物混凝土作为铺装下层，在所述薄层环氧聚合物混凝土铺装完成后，7天内摊铺热拌沥青混凝土抗滑磨耗层，摊铺温度应大于155℃，使其所述薄层环氧聚合物混凝土铺装所述环氧组分固化。
本发明具有如下有益效果：
采用本发明适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，采用潜伏型环氧组分，通过抗滑磨耗铺装上层的温度，促使本薄层环氧聚合物混凝土完成最终的固化。通过二次固化方式，不但有利于降低本环氧聚合物混凝土的施工难度，同时还有利于增强本环氧聚合物混凝土同铺装上层的粘结性。
本发明适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，采用韧性较好的环氧组分，通过增韧剂的应用，使环氧聚合物混凝土具备良好的柔性和变形适应能力。环氧聚合物混凝土与钢箱梁桥面上喷涂的环氧漆或者环氧树脂粘结层等材料的粘结性能优秀，使铺装层与钢箱梁桥面能稳固的连接，不产生滑移、脱层等病害。
本发明适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其材料性能优于钢箱梁桥面铺装常用的SMA沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土、环氧沥青混凝土，其具备优异的物理力学性能。并且作为铺装下层，环氧组分老化缓慢，可作为耐久性铺装长期服役使用。
本发明作为铺装下层，其厚度仅为15mm～25mm。配合防腐层、粘结层、表面抗滑磨耗层，铺装层整体厚度可约为25mm～65mm，相比常规的钢箱梁桥面铺装厚度60mm～80mm减少一半左右，不但降低铺装层造价，并且桥梁承载的恒载要求减少，一定程度上可以允许减少整体桥梁结构造价。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，该薄层环氧聚合物混凝土由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。其中，环氧组分为环氧树脂，环氧组分占所述薄层环氧聚合物混凝土总质量的比例范围为：6.5％～8.5％；环氧树脂由添加增韧剂的变性双酚A型环氧树脂主剂和固化剂、稀释剂组成。而增韧剂为端羟基丁腈橡胶、乙烯基双硬脂酰胺的一种或二种；固化剂为潜伏型酸酐类固化剂，其主要为酸酐类固化剂、超配位硅酸盐、或固化剂、促进剂组成；纤维材料为聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1：主要应用场合为试验室或小型现场加工。
选用E-44型双酚A型环氧树脂，与端羟基丁腈橡胶增韧剂，按25:75(增韧剂:环氧树脂)，在加热至100℃后，预混均匀。
将甲基六氢苯酐、偏苯三甲酸酐混合固化剂加入苄基二甲胺苯基硅酸盐，固化剂与硅酸盐比例为99.5:0.5，在常温下加入其总质量的5％稀释剂混合均匀后备用。
选用玄武岩粗集料(2.36mm～4.75mm)、石灰岩细集料(0～2.36mm)、磨细石灰岩填料及水泥，按级配矿料要求组成骨料部分(通过4.75mm筛孔质量百分率为91％，通过2.36mm筛孔质量百分率为38％，通过0.075mm筛孔质量百分率为12％)。
(总质量1000份)将上述已烘干的级配矿料919.5份，加入混合料质量0.25％的聚酯纤维(即2.5份)，在搅拌机中干拌1min；加入稀释后的环氧树脂主剂(含增韧剂)62.4份，在搅拌机中拌合1min；加入15.6份稀释后的固化剂，搅拌40s后即可制样成型，并加热固化。
实施例2：主要应用场合为大型拌合楼生产，大规模应用。
选用E-51型双酚A型环氧树脂，加入20％稀释剂后，混合端羟基丁腈橡胶增韧剂，按30:70(增韧剂:环氧树脂)，在加热至120℃后，预混均匀并冷却至常温。
将甲基六氢苯酐固化剂加入苄基二甲胺苯基硅酸盐，固化剂与硅酸盐比例为99.9:0.1，在常温下加入其总质量的5％稀释剂混合均匀后备用。
选用玄武岩粗集料(2.36mm～4.75mm)、石灰岩细集料(0～2.36mm)、磨细石灰岩填料，按级配矿料要求组成骨料部分(通过4.75mm筛孔质量百分率为93％，通过2.36mm筛孔质量百分率为42％，通过0.075mm筛孔质量百分率为15％)。
(总质量1000份)将上述级配矿料910份加热至105℃并使其干燥，加入混合料质量0.3％的聚酯纤维(即3份)，在大型拌合楼中干拌15s；加入稀释后的环氧树脂主剂(含增韧剂)60.9份，在大型拌合楼中拌合35s；加入26.1份稀释后的固化剂，搅拌30s后即可摊铺。
实施例3：是对实施例2的实际施工举例。
对钢箱梁桥面进行喷砂除锈，并喷涂环氧富锌漆防腐层，然后涂刷改性环氧树脂粘结层，然后即可利用摊铺机铺装实施例2所示的薄层环氧聚合物混凝土。铺装后应使用双钢轮压路机进行碾压。
应在该薄层环氧聚合物混凝土铺装完成后，7d内摊铺热拌沥青混凝土抗滑磨耗层，摊铺温度应大于155℃，促使该薄层环氧聚合物混凝土铺装环氧组分固化。
对比例1
对应本专利的薄层环氧聚合物混凝土下面层，常用的技术方案有环氧沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石(SMA)，对比例1选择环氧沥青混凝土。环氧沥青混凝土与本专利差别在于：环氧沥青混凝土胶结料以添加环氧树脂的沥青为主，而本专利为聚合物混凝土，胶结料以环氧树脂材料为主，不含沥青成分。
环氧沥青混凝土一般养生期在20d～30d，在养生期间，混合料强度不足，无法开放交通或进行下道工序实施。
对比例2
选择浇筑式沥青混凝土。浇筑式沥青混凝土采用聚合物改性沥青或者添加湖沥青的石油沥青组分。在高温下200℃以上实施，此温度下沥青混凝土自流淌，无须碾压。
浇筑式沥青混凝土与本专利差别在于：浇筑式沥青混凝土采用聚合物改性沥青属于热塑性材料，较高的温度下会产生软化。
浇筑式沥青混凝土采用高温施工，本专利采用常温或略高于常温的温度(100℃以下)实施。高温条件对于钢箱梁结构的变形影响不可忽视。同时自流淌的施工工艺对于某些坡度较大的桥面无法实施。
对实施例1、实施例2、对比例1、对比例2中混凝土取样，并对实施例1、实施例2取样成型后，在170℃条件下养生100min；对比例1取样成型后，在70℃条件下养生7d。进行室内空隙率检测、车辙动稳定度、低温弯曲试验，试验结果见表1；对实施例2、对比例1、对比例2中与钢板的粘结性能进行拉拔试验等，其试验结果见表2。
表1混合料动稳定度、飞散试验结果
Figure BDA0002796966430000061
如表1所示，实施例1和实施例2表现出优于对比例1、对比例2的高低温性能。虽然实施例1、实施例2的空隙率较对比例2更大，但已达到不渗水的要求。
表2拉拔试验结果
粘结强度(MPa)
实施例1 2.3
实施例3 2.9
对比例1 1.8
对比例2 0.9
如表2所示，实施例1与钢板的粘结强度高于对比例1、对比例2。当然实际使用中由于下面层与钢板的粘结强度主要由粘结层提供，因此实施例3的粘结强度高于实施例1。
对实施例3的试验钢箱梁桥面铺装后即通车，通车6个月后实施路面检测，结果表明铺装层结构性完好，铺装层无推移、无开裂、无车辙。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述薄层环氧聚合物混凝土由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。
2.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述环氧组分为环氧树脂，所述环氧组分占所述薄层环氧聚合物混凝土总质量的比例范围为：6.5％～8.5％；
所述环氧树脂由添加增韧剂的变性双酚A型环氧树脂主剂和固化剂、稀释剂组成。
3.根据权利要求2所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述增韧剂为端羟基丁腈橡胶、乙烯基双硬脂酰胺的一种或二种；
所述增韧剂与液态所述双酚A型环氧树脂的质量比范围为：0:100～40:60；
所述增韧剂与所述双酚A型环氧树脂在100℃～120℃条件下预混。
4.根据权利要求2所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述固化剂为潜伏型酸酐类固化剂，其主要为酸酐类固化剂、超配位硅酸盐、或固化剂、促进剂组成；
所述固化剂占所述环氧组分的质量比例范围为：10％～50％。
5.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述薄层环氧聚合物混凝土厚度为15mm～25mm。
6.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述级配矿料范围为，通过4.75mm筛孔质量百分率为90％～100％；通过2.36mm筛孔质量百分率为35％～65％；通过0.075mm筛孔质量百分率为10％～16％。
7.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述纤维材料为聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，其特征在于：
所述纤维材料占所述所述薄层环氧聚合物混凝土质量比例范围为0.2％～0.4％。
9.一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土的生产制备方法，具体如下：
S01、将干燥级配矿料，添加纤维材料拌和15s～60s；
S02、加入环氧组分，拌和30s～60s后即可摊铺；
S03、摊铺后应使用双钢轮压路机进行碾压。
10.根据权利要求9所述的适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土的生产制备方法，其特征在于：
所述薄层环氧聚合物混凝土作为铺装下层，在所述薄层环氧聚合物混凝土铺装完成后，7天内摊铺热拌沥青混凝土抗滑磨耗层，摊铺温度大于155℃，使其所述薄层环氧聚合物混凝土铺装所述环氧组分固化。
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