CN113916689A - 一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法 - Google Patents

一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，采用层间75°斜剪与拉拔试验模拟实际通车状态下竖向压应力对层间的影响；采用变换速率的方法模拟实际通车状态下变速刹车对层间的影响；采用与桥梁尺寸相对应的矩形复合试件进行层间强度检测，可更好的模拟实际状况，得到更为精确的防水粘结层强度值。

Description

一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法。
背景技术
钢桥面铺装材料的主要研究对象为传统的沥青基混凝土材料，包括：普通沥青混凝土、改性沥青混凝土、环氧沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土和沥青玛蹄脂碎石等，这些材料都是为了解决某一类或多类桥梁铺装层病害而产生，对桥面铺装材料使用寿命的提高具有一定帮助。聚合物混凝土是由高分子聚合物和具有一定级配的矿料拌合而成的混合物，其出现时间较晚，但近些年发展速度较快。
北京建筑大学石泽雄在国内外研究的基础上，结合目前对桥面铺装材料的技术要求，开发出一种高性能的聚合物混凝土桥面铺装材料，通过室内研究及试验段铺设对聚合物混凝土的性能进行了评价。结果表明，这种新型的桥面铺装材料的各方面性能都远优于传统的沥青混凝土，其高温性能、疲劳性能分别为环氧沥青铺装层的6倍与10倍，低温抗裂性为浇筑式铺装层的6倍，水稳性相较于浇筑式铺装层提升10％以上。
北京建筑大学郭虹良对聚合物混凝土的耐久性进行了评价，发现聚合物混凝土的抗温度老化、抗紫外老化与抗冻融性能均优于SBS改性沥青混合料。新开发的聚合物混凝土为冷拌冷铺材料，在摊铺过程中可以明显降低CO、NOx等有害气体排放量，符合目前绿色发展的要求。
公开号为CN112362577A的发明专利申请公开了一种钢桥面铺装防水粘结层拉拔强度室内测试方法。该发明通过在室内对钢块的打磨除锈，涂刷富锌漆、防水粘结层，并使用旋转压实仪高温条件下成型带钢块的复合试件，能够较好地模拟钢桥面铺装的现场施工过程。但该发明仅通过拉拔实验的测试得出的强度并不符合钢桥面铺装实际情况。
综上，现有技术中的防水粘结层材料存在综合性能不够优异且没有更加符合实际情况的防水粘接层的强度确定方法的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明基于防水粘结层材料与聚合物混凝土铺装材料同性相容的思路，将新型的GW-SL911M高分子聚合物作为聚合物混凝土铺装结构的防水粘结层材料，并通过研究总结出一套新型的更加符合实际情况的防水粘结层的强度确定方法。经过工程实践证明，其使用效果良好。
GW-SL911M是由多种改性异氰酸酯和延迟型氨基扩链剂配合而成的高性能弹性防水涂层材料。材料在潮湿条件下发生聚合反应，形成高强度、高弹性的涂层，并对绝大部分基材(混凝土、钢材、铝、碳纤维复合材料等)拥有良好的黏结性和优异的防水性、防腐性和耐冲磨性。该产品绿色环保，符合国家相关涂料的环保要求。GW-SL911M材料操作简单方便，省去了双组份材料搅拌混合的工序。本发明以性能最优的GW-SL911M材料为例，但本方法适用于所有钢桥面铺装防水粘结层的强度确定。
本发明的技术方案如下：一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，包括以下步骤：
S1、钢板打磨除锈，涂刷富锌漆，彻底固化后，涂抹规定用量的防水粘结层材料，养生；
S2、把S1所得钢板放置于轮碾仪试模内，然后常温拌和指定级配聚氨酯混合料，待防水粘结层材料表干后，将形成强度的聚氨酯混合料倒入轮碾仪试模内，使S1所得钢板处于保护层聚氨酯混合料下部，且使防水粘结层一侧紧靠保护层聚氨酯混合料，最后使用轮碾仪成型带钢板的复合试件，养生形成强度后用切割机进行切割处理；
S3、对S2所得聚合物混凝土试件进行常应力斜剪试验；试验过程中当剪应力衰减比达到90％时试件已经破坏，记录剪切强度，若无上述情况发生，则当剪切位移达到20％时停止试验；
S4、圆形钢块打磨除锈，涂刷富锌漆，待其彻底固化后，涂抹规定用量的防水粘结层材料，养生；
S5、常温拌和指定级配聚氨酯混合料，把S4所得钢块放置于旋转压实仪下部，待防水粘结层材料表干后，将形成强度的聚氨酯混合料迅速倒入旋转压实试模内，且使防水粘结层一侧紧靠保护层聚氨酯混合料，最后使用旋转压实仪成型带钢块的复合试件，养生形成强度后用切割机制成拉拔试件；
S6、对S5所得拉拔试件进行拉拔试验，试验过程中当拉应力大小趋于稳定值时且应力衰减比达到90％时试件已经破坏，记录拉拔强度。
优选的是，步骤S1中钢板为用矩形钢板，采用矩形钢板替代常规方形钢板，与桥梁尺寸相适应，更加贴合实际情况。
上述任一方案优选的是，步骤S3中剪切速率为20mm/min，替代常规15mm/min的剪切速率，可更好的模拟实际通车状态下车辆快速刹车的情况。
上述任一方案优选的是，步骤S3中采用75°斜剪试验，可模拟实际通车状态下竖向压应力对层间的影响。
上述任一方案优选的是，步骤S3中采用双变换的剪切速率，先用20mm/min的速率进行剪切，剪切到剪切强度一半时停止运行，再用15mm/min的速率进行剪切，可模拟实际通车状态下刹车速度由快渐慢对层间的影响。
上述任一方案优选的是，步骤S6拉拔速率为20mm/min。
上述任一方案优选的是，步骤S1中4小时内涂刷富锌漆，养生条件为25℃。
上述任一方案优选的是，步骤S4中4小时内涂刷富锌漆，养生条件为25℃。
上述任一方案优选的是，防水粘结层材料选用GW-SL911M。
有益效果：
相比于传统粘结层材料，GW-SL911M防水粘结层材料液体固化后为柔韧性弹性体材料，固化速度快，附着力好，施工简便，抗紫外线，可以长期暴露使用，用于暴露混凝土防水。GW-SL911M防水粘结层材料与聚合物胶结料同属高分子材料，具有同性相容的结合优势。
为了更加贴合实际情况，确定GW-SL911M防水粘结层的强度，采用层间75°斜剪与拉拔试验，可模拟实际通车状态下竖向压应力对层间的影响；采用变换速率的方法，可模拟实际通车状态下变速刹车对层间的影响；采用桥梁尺寸相适应的矩形复合试件进行层间强度检测，可更好的模拟实际状况，得到更为精确的GW-SL911M防水粘结层强度值，因此基于剪切试验对GW-SL911M防水粘结层的强度确定方法具有重要现实意义，同样也适用于钢桥面铺装其它防水粘结层材料强度的确定。本发明可应用于各类桥面铺装工程。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
实施例1
一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，试验条件为：温度25℃、风力3级、涂覆量0.5kg/m2。具体实施过程包括以下步骤：
S1、矩形钢板打磨除锈，并在4h内涂刷富锌漆，待其彻底固化后，涂抹规定用量的防水粘结层材料，在25℃条件下进行养生；
S2、把S1所得钢板放置于轮碾仪试模内，然后使用小型搅拌机常温拌和指定级配聚氨酯混合料，待防水粘结层材料表干后，将形成强度的聚氨酯混合料倒入轮碾仪试模内，使S1所得钢板处于保护层聚氨酯混合料下部，且使防水粘结层一侧紧靠保护层聚氨酯混合料，最后使用轮碾仪成型带钢板的复合试件，养生到形成强度后用切割机进行切割处理；
S3、对S2所得聚合物混凝土试件进行20mm/min下的常应力75°斜剪试验；试验过程中当剪应力衰减比达到90％时试件已经破坏，停止试验。根据位移-应力曲线，得到剪切强度为5.54MPa。
S4、圆形钢块进行打磨除锈处理，并在4h内涂刷富锌漆，待其彻底固化后，涂抹规定用量的防水粘结层材料，在25°条件下进行养生；
S5、使用小型搅拌机常温拌和指定级配聚氨酯混合料，把S4所得钢块放置于旋转压实仪下部，待防水粘结层材料表干后，将形成强度的聚氨酯混合料迅速倒入旋转压实试模内，且使防水粘结层一侧紧靠保护层聚氨酯混合料，最后使用旋转压实仪成型带钢块的复合试件，养生形成强度后用切割机制成试件；
S6、对S5所得拉拔试件进行20mm/min下的常应力拉拔试验；试验过程中当拉应力大小趋于稳定值且应力衰减比达到90％时试件已经破坏，停止试验；根据位移-应力曲线得出拉拔强度为3.01MPa；测试结果如表1所示。
对比例1
与实施例1不同的是，按照常规强度确定方法(45°斜剪，剪切速率15mm/min)进行试验，对比测试结果如表1所示。
表1测试结果
检测项目 实施例1 对比例1
表干时间(min) 100 102
剪切强度(MPa) 5.54 6.28
拉拔强度(MPa) 3.01 3.09
剪切疲劳寿命(万次) 27.85 29.72
从表1的对比测试结果可以看出，与常规试验测试结果相比，二者具有一定的差异，实施例1可以更好的模拟实际交通情况。
实施例2
一种聚合物混凝土铺装钢桥面防水粘结层的强度确定方法，试验条件为：温度10℃、风力3级、涂覆量0.8kg/m2。
具体实施过程与实施例1基本相同，区别在于：试验条件有所差异。
对比例2
与实施例2不同的是，按照常规强度确定方法(45°斜剪，剪切速率15mm/min)进行试验，对比检测结果如表2所示。
表2测试结果
检测项目 实施例2 对比例2
表干时间(min) 190 183
剪切强度(MPa) 5.79 6.81
拉拔强度(MPa) 3.06 3.02
剪切疲劳寿命(万次) 29.73 31.62
从表2的对比测试结果可以看出，与常规试验测试结果相比，二者具有一定的差异，实施例2可以更好的模拟实际交通情况。
实施例3
一种聚合物混凝土铺装钢桥面防水粘结层的强度确定方法，试验条件为：温度25℃、风力3级、涂覆量0.5kg/m2。
具体实施过程与实施例1基本相同，区别在于：在步骤S3中，先用20mm/min的速率进行剪切，剪切到预测剪切强度时停止运行，再用15mm/min的速率进行剪切。
对比例3
与实施例3不同的是，按照常规强度确定方法(45°斜剪，剪切速率15mm/min)进行试验，测试结果如表3所示。
表3测试结果
检测项目 实施例3 对比例3
表干时间(min) 100 100
剪切强度(MPa) 5.65 6.45
拉拔强度(MPa) 3.04 3.06
剪切疲劳寿命(万次) 28.53 29.91
从表3的对比测试结果可以看出，与常规试验测试结果相比，二者具有一定的差异，实施例3可以更好的模拟实际交通情况。
实施例4
一种基于剪切拉拔试验的聚合物混凝土铺装钢桥面防水粘结层的强度确定方法，试验条件为：温度10℃、风力3级、涂覆量0.8kg/m2。
具体实施过程与实施例2基本相同，区别在于：在步骤S3中，先用20mm/min的速率进行剪切，剪切到预测剪切强度时停止运行，再用15mm/min的速率进行剪切。
对比例4
与实施例4不同的是，按照常规强度确定方法(45°斜剪，剪切速率15mm/min)进行试验，测试结果如表4所示：
表4测试结果
检测项目 实施例4 对比例4
表干时间(min) 190 188
剪切强度(MPa) 5.91 6.80
拉拔强度(MPa) 3.03 3.08
剪切疲劳寿命(万次) 30.43 32.91
从表4的对比测试结果可以看出，与常规试验测试结果相比，二者具有一定的差异，实施例4可以更好的模拟实际交通情况。
实施例3和实施例4采用双变换的剪切速率，在步骤S3中，先用20mm/min的速率进行剪切，剪切到预测剪切强度时停止运行，再用15mm/min的速率进行剪切，相对与实施例1-2的采用20mm/min的速率进行剪切，实施例3-4可以刚好的模拟实际交通情况。因此，采用层间75°斜剪与拉拔试验，可模拟实际通车状态下竖向压应力对层间的影响；采用变换速率的方法，可模拟实际通车状态下变速刹车对层间的影响。
表5测试结果
Figure BDA0003322692640000071
Figure BDA0003322692640000081
需要说明的是，以上实施例仅是为了理解本发明，本发明不限于该实施例，凡在本发明的技术方案基础上所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，包括以下步骤：
S1、将钢板打磨除锈，涂刷富锌漆，待其彻底固化后，涂抹规定用量的防水粘结层材料，养生；
S2、把S1所得钢板放置于轮碾仪试模内，然后常温拌和指定级配聚氨酯混合料，待防水粘结层材料表干后，将形成强度的聚氨酯混合料倒入轮碾仪试模内，S1所得钢板处于保护层聚氨酯混合料下部，且使防水粘结层一侧紧靠保护层聚氨酯混合料，最后使用轮碾仪成型带钢板的复合试件，养生形成强度后用切割机进行切割处理；
S3、对S2所得聚合物混凝土试件进行常应力斜剪试验；
S4、圆形钢块打磨除锈，涂刷富锌漆，待其彻底固化后，涂抹规定用量的防水粘结层材料，养生；
S5、常温拌和指定级配聚氨酯混合料，把S4所得钢块放置于旋转压实仪下部，待防水粘结层材料表干后，将形成强度的聚氨酯混合料迅速倒入旋转压实试模内，且使防水粘结层一侧紧靠保护层聚氨酯混合料，最后使用旋转压实仪成型带钢块的复合试件，养生形成强度后用切割机制成试件；
S6、对S5所得拉拔试件进行常应力拉拔试验。
2.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，步骤S1中采用矩形钢板。
3.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，步骤S3中剪切速率为20mm/min。
4.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，在步骤S3中采用75°斜剪试验。
5.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，在步骤S3中采用双变换的剪切速率，先用20mm/min的速率进行剪切，再用15mm/min的速率进行剪切。
6.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，步骤S6拉拔速率为20mm/min。
7.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，步骤S1中4小时内涂刷富锌漆，养生条件为25℃。
8.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，步骤S4中4小时内涂刷富锌漆，养生条件为25℃。
9.根据权利要求1所述的聚合物混凝土钢桥面铺装防水粘结层的强度确定方法，其特征在于，防水粘结层材料选用GW-SL911M。
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