CN103741599A - 一种轻质冷拌树脂钢桥面铺装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轻质冷拌树脂钢桥面铺装材料，该钢桥面铺装材料由冷拌树脂、矿料和纤维组成；冷拌树脂与矿料的质量比为11～20:100；矿料包括轻质高强粗集料、细集料和矿粉；轻质高强粗集料在所述矿料中的质量百分比为20%～45%；纤维采用短钢纤维，总质量为钢桥面铺装材料质量的千分之五至千分之二十。本发明钢桥面铺装材料密度小，性能高，可在保持桥面铺装结构厚度不变的前提下起到减小钢桥面恒载的作用；或者在保持桥面恒载不变的条件下通过提高铺装层结构厚度起到增加桥面系刚度的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢桥面铺装材料，具体涉及一种高韧轻质树脂混凝土钢桥面铺装材料。
背景技术
20世纪90年代初，随着经济高速发展，国内陆续建设了大量的跨江、跨河、跨海、铁路和公路等正交异性板钢桥，建桥规模目前已居于世界首位，截止到2020年底，仅在长江就将建桥150座以上。由于正交异性板钢桥具有自重轻、跨越能力大，承载能力高，以及施工方便快捷等优点，近几年来，我国在跨江、跨河、跨海等大跨径桥梁以及铁路、公路等跨线桥梁建设中，越来越多地采用自重较轻的正交异性板钢桥结构。
国内近年来在大规模钢桥建设背后，隐藏着巨大的弊端，最突出的就是正交异性板结构疲劳损伤和桥面铺装的早期病害问题。尤其是早期建设的桥梁，其钢箱梁顶板厚度较薄，只有12mm，存在先天刚度不足的缺陷，比如西陵大桥、江阴大桥、虎门大桥、海沧大枪、白沙洲大桥和军山大桥等等，仅使用10年左右，铺装已经进行了多次甚至数十次的反复频繁大中修，且已经初步发现了正交异性板构造细节疲劳裂纹现象。
如何通过正交异性板结构与桥面铺装材料一体化设计，提升钢桥面铺装材料耐久性，反之通过桥面铺装材料性能的提升对正交异性板结构起到补强作用，同时解决正交异性板结构安全和桥面铺装材料耐久性问题，是国内钢桥面体系亟待解决的关键技术难题，是目前研究的热点与难点。然而，钢桥面铺装作为桥梁建设关键工程之一，一直是一项世界性难题，是国内外研究的热点，至今仍然没有得到彻底的解决。
欧、美、日等国家对钢桥面铺装技术的集中研究起始于20世纪50年代，至今已经有60年左右的历史，而国内对钢桥面铺装技术研究起步较晚，真正意义上的研究起始于1997年的虎门大桥，落后国外近50年。10余年来，国内从早期采用橡胶沥青和SMA等铺装技术获得的经验教训后，于20世纪末先后引进了英国Mastic、德国浇注式、美国和日本环氧沥青、日本复合浇注式等钢桥面铺装技术。
国内外目前对提高正交异性板钢桥面铺装体系的耐久性的理论研究较多，然而相关铺装结构与材料的开发，以及工程应用相对较少。近年来，国内外通过有限元力学理论计算，提出了通过提高铺装层模量和厚度、粘结层材料刚度，会改善正交异性板和桥面铺装的受力情况，从而达到延长铺装体系结构耐久性的目的。然而此类研究仅局限于理论计算，针对铺装结构和材料的实质性开发几乎为空白。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种高模量、能有效提高铺装厚度或者减轻铺装重量的钢桥面铺装材料。
为了达到上述目的，本发明提供了一种轻质冷拌树脂钢桥面铺装材料，该钢桥面铺装材料由冷拌树脂、矿料和钢纤维组成；冷拌树脂与矿料的质量比为11～20:100；矿料包括轻质高强粗集料、细集料和矿粉；轻质高强粗集料在所述矿料中的质量百分比为20%～45%；钢纤维的质量为钢桥面铺装材料质量的千分之五至千分之二十。
上述矿料中还包括多孔硅藻土，多孔硅藻土在矿料中的质量百分比不高于6%。
冷拌树脂与矿料的质量比优选16～20:100。
上述冷拌树脂由A组分和B组分组成； A组分包含以下重量份数的组分：E51环氧树脂70～90份，丁基缩水甘油醚8～10份,钛酸酯偶联剂1~3份； B组分包含以下重量份数的组分：T31改性胺固化剂80～100份，液体聚硫橡胶5~10份、DBP磷苯二丁酸增韧剂1~3份、CYH-277环氧增韧剂3～6份，三聚固化促进剂3~5份。
其中，纤维采用长度为5～15mm、直径为0.1~0.2mm的超短束状微钢纤维。
上述矿料粒径均小于13.2mm；其中粒径大于9.5mm的占总重的10%以下，粒径小于2.36mm的占总重的50%～70%，粒径小于0.075mm的占总重的10%～20%。
轻质高强粗集料采用700级以上页岩碎石型高强陶粒。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明钢桥面铺装材料中的集料采用超细级配的组合，通过高掺量的轻集料，能有效减小铺装材料的密度（从2.6kg/m3减小到1.9 kg/m3），在保证铺装层恒载不变的情况下，提高铺装厚度20%以上，从而提高了钢桥面系的整体刚度，减小荷载作用下的挠度，提高了铺装结构的耐久性。本发明钢桥面铺装材料密度小，性能高，同时采用冷拌树脂可冷拌冷铺，且养护时间短，可起到减小钢桥面恒载或提高钢桥面铺装厚度的作用。
由于轻质粗集料和多孔硅藻土具有较大的比表面积，本发明钢桥面铺装材料采用高掺量的冷拌树脂，可有效浸润轻集料表面的微小空隙，提高裹覆性和韧性；同时轻质粗集料强度相对一般石料要低很多，采用高掺量的胶结料和矿粉含量，从而提供较多的胶泥，在混合料碾压过程中能够对轻集料起到受压缓冲作用，减少碎石受碾压破损；同时高掺量胶泥和轻质集料，可以形成高韧性混合料，提高疲劳寿命；加入钢纤维，可以发挥钢纤维和树脂材料的高粘结作用，通过钢纤维的高延展性弥补树脂材料的脆性，从而提高铺装材料抗拉、抗弯强度，并大幅度地提高其韧性和抗冲击强度；同时，钢纤维材料具有良好的导热性能，可以补偿和平衡多孔轻集料的保温作用，改善铺装温度使用条件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明轻质冷拌树脂钢桥面铺装材料进行详细说明。
实施例1
轻质钢桥面铺装材料：由冷拌树脂、矿料和纤维组成。冷拌树脂与矿料的重量比12：100。冷拌树脂采用燕宁新材料公司产的ERC型胶结料。矿料组成为： 20%的轻质高强粗集料（粒径为5～13mm，如上海申威800级高强页岩陶粒）、20%的普通玄武岩细集料（粒径为3～5mm），43%的普通玄武岩细集料（粒径为0～3mm）和17%的石灰岩矿粉。其中粒径大于9.5mm的占3%、粒径小于4.75mm的占75%、粒径小于2.36mm的占59%、粒径小于0.6mm的占30%、粒径小于0.075mm的占18%。钢纤维采用长度为5～15mm、直径为0.1mm的短钢纤维，掺量为混合料的千分之五。
制备及铺装过程：在常温下，取冷拌树脂、矿料和纤维按比例混合，搅拌均匀后，摊铺于钢桥面上，并采用压路机进行压实整平，形成混凝土铺装层；待铺装层养护后，开放交通。
实施例2
轻质钢桥面铺装材料：由冷拌树脂、矿料和纤维组成。冷拌树脂与矿料的重量比15：100。冷拌树脂采用燕宁新材料公司产的ERC型胶结料。矿料组成为：35%的轻质高强粗集料（粒径为3～13mm，如上海申威800级高强页岩陶粒）、47%的普通玄武岩细集料（粒径为0～3mm）、15%的石灰岩矿粉和3%的硅藻土。钢纤维采用长度为5～15mm、直径为0.12mm的短钢纤维，掺量为混合料的千分之十。
制备及铺装过程：在常温下，取冷拌树脂、矿料和纤维按比例混合，搅拌均匀后，摊铺于钢桥面上，并采用压路机进行压实整平，形成混凝土铺装层；待铺装层养护后，开放交通。
实施例3
轻质钢桥面铺装材料：由冷拌树脂、矿料和纤维组成。冷拌树脂与集料的重量比20：100。冷拌树脂由A组分和B组分组成； A组分包含以下重量份数的组分：E51环氧树脂80份，丁基缩水甘油醚9份,钛酸酯偶联剂2份； B组分包含以下重量份数的组分：T31改性胺固化剂90份，液体聚硫橡胶8份、DBP磷苯二丁酸增韧剂2份、CYH-277环氧增韧剂4份，三聚固化促进剂4份。矿料组成为：45%的轻质高强粗集料（粒径为3～13mm，如上海申威800级高强页岩陶粒）、35%的普通玄武岩细集料（粒径为0～3mm）、15%的石灰岩矿粉和5%的硅藻土。纤维采用长度为5～15mm、直径为0.2mm的钢纤维，掺量为混合料的千分之二十。
制备及铺装过程：在常温下，取冷拌树脂、矿料和纤维按比例混合，搅拌均匀后，摊铺于钢桥面上，并采用压路机进行压实整平，形成混凝土铺装层；待铺装层养护后，开放交通。
对实施例1至3制备的钢桥面铺装材料进行性能检测，均符合下表中的性能要求，其中以实施例3制备的钢桥面铺装材料的性能最佳。
表1轻集料冷拌树脂混凝土钢桥面铺装材料主要性能要求
| 试验项目 | 技术要求 | 试验方法 |
| 密度 kg/m3 | ≤2.0 | 体积法 |
| 固化后马歇尔稳定度 kN（ 70℃） | ≥40 | 75次击实 |
| 流值 0.1mm | 20~40 | T 0702-2000 |
| 击实孔隙率 % | 0~3 | T 0702-2000 |
| 车辙动稳定度 次/mm（60℃） | ＞10000 | T0719 |
| 水稳定性：残留马歇尔稳定度 % | ≥85 | T0729 |
| 冻融劈裂试验残留强度比 % | ≥80 | T0729 |
| 低温弯曲极限应变（-10℃） μe | ＞2500 | T0728 |
Claims (7)
1.一种轻质冷拌树脂钢桥面铺装材料，其特征在于：所述钢桥面铺装材料由冷拌树脂、矿料和纤维组成；所述冷拌树脂与矿料的质量比为11～20:100；所述矿料包括轻质高强粗集料、玄武岩细集料和石灰岩矿粉；所述轻质高强粗集料在所述矿料中的质量百分比为20%～45%；所述钢纤维质量为所述钢桥面铺装材料质量的千分之五至千分之二十。
2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装材料，其特征在于：所述矿料还包括多孔硅藻土；所述多孔硅藻土在矿料中的质量百分比不高于6%。
3.根据权利要求1或2所述的钢桥面铺装材料，其特征在于：所述冷拌树脂与矿料的质量比为16～20:100。
4.根据权利要求3所述的钢桥面铺装材料，其特征在于：所述冷拌树脂由A组分和B组分组成； A组分包含以下重量份数的组分：E51环氧树脂70～90份，丁基缩水甘油醚8～10份,钛酸酯偶联剂1~3份； B组分包含以下重量份数的组分：T31改性胺固化剂80～100份，液体聚硫橡胶5~10份、DBP磷苯二丁酸增韧剂1~3份、CYH-277环氧增韧剂3～6份，三聚固化促进剂3~5份。
5.根据权利要求3所述的钢桥面铺装材料，其特征在于：所述钢纤维采用长度为5～15mm、直径为0.1~0.2mm的超短束状微钢纤维。
6.根据权利要求3所述的钢桥面铺装材料，其特征在于：所述矿料的粒径小于13.2mm；所述矿料中粒径大于9.5mm的占总重的10%以下，粒径小于2.36mm的占总重的50%～70%，粒径小于0.075mm的占总重的10%～20%。
7.根据权利要求3所述的钢桥面铺装材料，其特征在于：所述轻质高强粗集料采用碎石型页岩700级以上高强陶粒。
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