CN105040582B - 一种桥梁伸缩缝结构 - Google Patents

Abstract

一种桥梁伸缩缝结构，包括伸缩缝和设置在伸缩缝上的密封结构，相邻两块梁板之间的空隙形成伸缩缝，每块梁板上均铺设有桥面铺装层，且桥面铺装层短于梁板以留出安装间隙，密封结构包括跨缝板和密封层；跨缝板铺设在伸缩缝上且完全覆盖的伸缩缝；相邻梁板与各自铺设的桥面铺装层在跨缝板上围合而成密封槽，密封槽内交替填充有由硅酮泡沫密封剂形成的密封剂层和级配碎石层，且密封剂层紧贴跨缝板，由密封剂层和级配碎石层构成的密封层的上表面与桥面铺装层的上表面在同一平面上；跨缝板的宽度短于密封槽的宽度，跨缝板与硅酮泡沫密封剂相连成一体；硅酮泡沫密封剂包括硅酮密封剂白组分、硅酮密封剂灰组分、交联剂、水和铂催化剂。

Description

一种桥梁伸缩缝结构

技术领域

本发明涉及一种桥梁伸缩缝结构。

背景技术

现有的桥梁伸缩缝结构大多直接裸露，由于长期暴露于空气、灰尘、杂物碎屑、汽车尾气和酸雨的环境下，导致其逐渐损坏而大大减少了使用寿命。同时受车辆长时间持续的反复冲击，也会对伸缩缝的健康产生严重影响。这些因素的共同作用可以导致伸缩缝接头破坏(混凝土接头开裂破坏或钢接头锈蚀破坏)、钢板等桥梁金属构件破坏，伸缩缝变形位移错位或受限。在最坏情况下，这些缺陷和损伤的累积会引起桥梁结构的失效乃至倒塌。

发明内容

为了克服现上述问题，本发明提供一种桥梁伸缩缝结构。

本发明采用的技术方案是：

一种桥梁伸缩缝结构，包括伸缩缝和设置在所述伸缩缝上的密封结构，相邻两块梁板之间的空隙形成所述伸缩缝，每块所述梁板上均铺设有桥面铺装层，且所述桥面铺装层短于所述梁板以留出安装间隙，其特征在于：

所述密封结构包括跨缝板和密封层；

所述的跨缝板铺设在所述伸缩缝上且完全覆盖所述的伸缩缝；相邻梁板与各自铺设的桥面铺装层在所述跨缝板上围合而成密封槽，所述密封槽内交替填充有由硅酮泡沫密封剂形成的密封剂层和级配碎石层，且所述的密封剂层紧贴所述的跨缝板，由所述密封剂层和所述级配碎石层构成的密封层的上表面与桥面铺装层的上表面在同一平面上；

所述的跨缝板的宽度短于所述密封槽的宽度，所述跨缝板与所述硅酮泡沫密封剂相连成一体；

所述硅酮泡沫密封剂包括硅酮密封剂白组分、硅酮密封剂灰组分、交联剂、水和铂催化剂，其中：

所述硅酮密封剂白组分的质量份数为464～498份；

所述硅酮密封剂灰组分的质量份数为495～461份；

所述交联剂的质量份数为22份；

所述水的质量份数为16～14份；

所述铂催化剂的质量份数为3～5份。

进一步，所述硅酮泡沫密封剂由硅酮密封剂白组分、硅酮密封剂灰组分、交联剂、水和铂催化剂组成。

进一步，所述交联剂为Baysilone U430交联剂。

进一步，所述铂催化剂为C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅，其中活性成分铂的质量负载量为2.0－2.2％；

进一步，所述硅酮密封剂白组分为SiliconeSeal white components；

所述硅酮密封剂灰组分为SiliconeSeal gray components。

进一步，所述硅酮泡沫密封剂由SiliconeSeal white components、SiliconeSeal gray components、Baysilone U430交联剂、水和C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅催化剂组成，其中：

所述SiliconeSeal white components的质量份数为464～498份；

所述SiliconeSeal gray components的质量份数为495～461份；

所述Baysilone U430的质量份数为22份；

所述水的质量份数为16～14份；

所述C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅的质量份数为3～5份。

进一步，所述的密封剂层和所述级配碎石层的厚度相等，且所述密封层包括两层密封剂层和两层级配碎石层。

进一步，所述的跨缝板为钢板、塑料板或有机玻璃板。

进一步，所述密封结构的施工顺序为先将跨缝板安放在伸缩缝上，再在所述密封槽内依次浇灌所述的密封剂层和所述的级配碎石层。

本发明的有益效果体现在：

1、密封层与前后桥面铺装层形成连续体，行车比有缝的桥面更平稳、舒适、无噪音、振动小。

2、构造简单，施工不需要装设专门的伸缩构件和在梁端预埋锚固钢筋，且工艺简单易掌握，施工方便快速。

3、硅酮泡沫密封剂本身防水防渗性能优异；同时密封层与桥面铺装连成一体，故密封结构整体的防水性能好。

4、硅酮泡沫密封剂具有优异的再生修复功能，密封层在服役较长时间后不可避免出现破损状况，可在原密封剂层的基础上，经初步表面抛光打磨处理，在其上再次铺筑硅酮泡沫密封剂使伸缩缝再次具有使用功能，从而实现良好的再生循环利用。

5、级配碎石具有良好的强度，级配碎石层能有效增强密封层的刚度和在伸缩缝上的稳定性，可有效避免桥头跳车现象的发生。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是密封剂压缩恢复程度示意图。

图3是密封性能试验中采用的塑料圆桶结构示意图。

图4为铂催化剂C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅的结构式

具体实施方式

参照附图，一种桥梁伸缩缝结构，包括伸缩缝2和设置在所述伸缩缝上的密封结构，相邻两块梁板1之间的空隙形成所述伸缩缝2，每块所述梁板1上均铺设有桥面铺装层3，且所述桥面铺装层3短于所述梁板1以留出安装间隙，

所述密封结构包括跨缝板4和密封层5；

所述的跨缝板4铺设在所述伸缩缝2上且完全覆盖所述的伸缩缝2；相邻梁板1与各自铺设的桥面铺装层3在所述跨缝板4上围合而成密封槽，所述密封槽内交替填充有由所述的硅酮泡沫密封剂形成的密封剂层51和级配碎石层52，且所述的密封剂层51紧贴所述跨缝板4，由所述密封剂层51和所述级配碎石层52构成的密封层5的上表面与桥面铺装层3的上表面在同一平面上；

所述的跨缝板4的宽度短于所述密封槽的宽度，所述跨缝板4的两侧均与所述硅酮泡沫密封剂相连；

所述的密封剂层51和所述级配碎石层52的厚度相等，且所述密封层5包括两层密封剂层51和两层级配碎石层52。

所述的跨缝板4为钢板、塑料板或有机玻璃板。

所述密封结构的施工顺序为先将跨缝板4安放在伸缩缝2上，再在所述密封槽内依次浇灌所述的密封剂层51和所述的级配碎石层52。

所述硅酮泡沫密封剂由硅酮密封剂白组分、硅酮密封剂灰组分、交联剂、水和铂催化剂组成，其中：

所述硅酮密封剂白组分的质量份数为464份；

所述硅酮密封剂灰组分的质量份数为495份；

所述交联剂的质量份数为22份；

所述水的质量份数为16份；

所述铂催化剂的质量份数为3份。

进一步，所述交联剂为Baysilone U430交联剂。

进一步，所述铂催化剂为C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅，其中活性成分铂的质量负载量为2.0－2.2％；

进一步，所述硅酮密封剂白组分为SiliconeSeal white components；

所述硅酮密封剂灰组分为SiliconeSeal gray components。

所述SiliconeSeal white components和所述SiliconeSealgray components均购自沃特森博曼艾米尔公司(WATSON BOWMAN ACME CORP)。

所述交联剂为Baysilone U430crosslinker，Baysilone暂无统一的中文翻译；所述铂催化剂为Pt-divinyltetramethyl-disiloxane complex GelestInc，其产品说明书如表1所示：

表1 铂催化剂(C24H54O3Pt2Si5)的产品说明书

1、安装

1.1、跨缝板4：安装的基本要求是不影响硅酮泡沫密封剂的内聚能分配，从而保证密封结构在受力过程中的均匀性，这样可以延长密封结构的使用寿命。所述跨缝板4的主要功能是在伸缩缝2缝口承载上部的所述硅酮泡沫密封剂，由于跨缝板4与硅酮泡沫密封剂共同参与工作，为不影响内聚能在混合料中的分配，跨缝板4的底面不能与梁板1的顶面粘结，即跨缝板4与梁板1混凝土面之间不需要涂粘结剂。且由于跨缝板4与硅酮泡沫密封剂已经粘合为一体，所以在跨缝板4两边也无须设置挡板以防随着伸缩缝2伸缩位移的增大而使跨缝板4掉落。

2、伸缩装置的施工

2.1、施工前，需要对所述密封槽的内壁面，包括底面的梁板1、侧面的桥面铺装层3的混凝土进行凿毛、清洗及干燥处理，以实现硅酮泡沫密封剂与梁板1、桥面铺装层3的混凝土的更好粘结。

2.2、施工步骤：施工时先将跨缝板4安放在伸缩缝2上，再在所述密封槽内浇灌所述的硅酮泡沫密封剂：

a、对所述密封槽的内壁面，包括底面的梁板1、侧面的桥面铺装层3的混凝土进行凿毛、清洗及干燥处理，接着将跨缝板4安放在伸缩缝2上。

b、测量伸缩缝2上的所述密封槽的尺寸，计算硅酮泡沫密封剂所需每种材料的质量。

c、准备如下工程材料，制备硅酮泡沫密封剂：

质量份数为464份的所述SiliconeSeal white components；

质量份数为495份的所述SiliconeSeal gray components；

质量份数为22份的所述Baysilone U430交联剂；

质量份数为16份的水；

质量份数为3份的所述铂催化剂C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅。

d、冷却原材料

低温条件下反应速度会变慢，当温度降低10℃化学反应速率就会降低一半，所以原材料在低温条件下发生反应，能降低反应速率，使得在发泡反应结束前能给涂敷密封剂提供更多时间，所以将SiliconeSeal gray components、SiliconeSealwhite components、Baysilone U430交联剂、水和铂催化剂C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅装入冰冷却器冷却。

e、制取硅酮泡沫密封剂

先将冷却后的SiliconeSeal gray components、SiliconeSealwhite components、水和铂催化剂C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅混合并搅拌均匀；最后加入BaysiloneU430交联剂并充分混合，这是因为Baysilone U430交联剂易与水发生反应，所以在加入Baysilone U430交联剂前需要确保水已均匀地混合在混合物中；最后SiliconeSeal gray components、SiliconeSeal white components、水、Baysilone U430交联剂在铂催化剂C₂₄H₅₄O₃Pt₂Si₅的催化作用下发生聚合反应，生成氢气和硅酮泡沫密封剂。

f、浇灌密封槽

将得到的所述硅酮泡沫密封剂倒入伸缩缝2上的密封槽内。且需另一个人员跟随在倾倒硅酮泡沫密封剂的人员之后，用平整工具将硅酮泡沫密封剂整平。

所述硅酮泡沫密封剂的熔点较高且与钢板有足够的粘结力，所以硅酮泡沫密封剂能牢牢的粘结住所述跨缝板4，使得所述跨缝板4被定位在密封剂层51上与整个密封层5形成整体，而不会因为跨缝板4的两端未设置其他固定装置在伸缩缝2伸开时掉入伸缩缝2内。所述硅酮泡沫密封剂与混凝土也具有良好的粘结力，这样密封剂层51与密封槽内壁和级配碎石层52都具有良好的粘结作用，不仅使得密封剂层51与级配碎石层52相互固定，使得级配碎石层52能与所述密封剂层51连接为一个整体密封层5，且密封剂层51能牢牢的粘附在密封槽内，与桥面铺装连成一体，整体的防水性和随着伸缩缝2伸缩的性能都很好。

3、硅酮泡沫密封剂性能实验验证

经过试验检测，所述硅酮泡沫密封剂的各技术指标如表2所示。

表2 硅酮泡沫密封剂的各技术指标

3.1、弹性恢复能力验证：

需进行压缩恢复性能试验：

梁板1会因温度变化而伸缩从而导致伸缩装置的压缩。期望桥梁伸缩缝2中使用的密封剂层51达到伸缩缝2宽度一半的压缩位移。长时间的压缩状态可能使密封剂层51出现应力松弛而失去恢复至原始尺寸和形状的能力，当伸缩缝2扩大时较高的拉伸应力会导致密封剂层51发生内聚破坏或者粘附破坏。此试验的目的是测试密封剂层51处于高温压缩24h后恢复原始状态的能力。试验方法遵循ISO815(ISO,1991)。

试件1：

硅酮泡沫密封剂层，为25.4mm×25.4mm的方截面，厚度为12.7mm；

混凝土板层：为50.4mm×50.4mm方截面，厚度为12.7mm；

将硅酮泡沫密封剂层设置在两块混凝土板层之间形成试件1。

试件2：

普通硅酮密封剂层，为25.4mm×25.4mm的方截面，厚度为12.7mm；

混凝土板层：为50.4mm×50.4mm方截面，厚度为12.7m；

将普通硅酮密封剂层设置在两块混凝土板层之间形成试件2。

试件1和试件2均被压缩至原始厚度的50％，并置于烘箱中保持45℃高温24h。随后，释放试件1和试件2的压缩，并以不同时间间隔测量其厚度，直到其厚度基本稳定为一恒定值。压缩变形ε_set表示原始厚度与压缩后的厚度之差，以百分数形式表示：

ε_set＝(t₀-t_r)/(t₀-t_s)×100％

其中：t₀为试件原始厚度，t_r为试件恢复后厚度，t_s为最初压缩后厚度，试验结果如图2所示，从图2中可看出硅酮泡沫密封剂压缩残余变形明显大于普通硅酮密封剂，然而这是试件释放压缩后1小时内的数据。经历长时间压缩后，空气从泡沫气室中压出；当释放解除后，空气会从周围回流回气室中，这一过程需大于1h时间，最终硅酮泡沫密封剂可恢复至压缩前宽度或高度的90％以上，能够满足工程实际应用要求。

3.2与混凝土、钢板粘结性能验证

进行拉伸性能试验：

进行拉伸直至破坏测试，分别采用沥青、钢材、聚合物混凝土、混凝土为底层材料制成试件，每种底层材料制作8个试件—其中4个使用硅酮泡沫密封剂，4个使用普通硅酮密封剂。对于拉伸直至破坏测试，每个试件在室温条件(23℃)下固化21天之后，安置于万能试验机，以10mm/min的加载速率拉伸两底层块直至发生破坏。拉伸直至破坏的试验结果如表3所示：

表3 拉伸性能试验结果

由表3可得到结论：本试验得到硅酮泡沫密封剂和普通硅酮密封剂粘结钢材、沥青和聚合物混凝土底层时的p值分别为0.02(T＝3.69)、0.03(T＝3.3)和0.09(T＝2.23)。通过比较测试可知在统计上，当粘结钢材与沥青时，硅酮泡沫密封剂的平均极限应变高于普通硅酮密封剂。然而，硅酮泡沫密封剂和普通硅酮密封剂粘结聚合物混凝土时计算所得的p值却与阀值0.05非常接近，但最终我们不能得出硅酮泡沫密封剂的平均极限应变与普通硅酮密封剂相同的结论。鉴于这种结果具有临界性，有理由相信随着进一步测试，数据可能显示：当粘结聚合物混凝土时，硅酮泡沫密封剂的平均极限应变会高于普通硅酮密封剂的平均极限应变。

硅酮泡沫密封剂的低模量(100％应变时应力)意味着当密封剂受到张拉时，硅酮泡沫密封剂可以拉伸到比普通硅酮密封剂更大的应变，同时施加更少的应力到底层。因更少的应力施加到底层上，硅酮泡沫密封剂往往不会在表面交界面发生破坏，而会发生密封剂内聚破坏。与此相反，普通硅酮密封剂在粘结区域作用的较高的应力会导致在密封剂与底层的交界面表层发生更频繁的破坏(粘附破坏)，充分体现了硅酮泡沫密封剂相较普通密封剂具有良好的与混凝土、钢材等底层材料的粘接性能。同时，当石块挤压至密封剂表面，硅酮泡沫密封剂会产生变形，相比普通硅酮密封剂会产生更小的应力，低应力使得密封剂对底层材料的作用力更小，进一步提高了粘结性能。

3.3、防水防渗性能验证

进行密封性能试验：

需要对硅酮泡沫密封剂进行密封性能测试，以查看该材料在暴风雨天气是否容许积水下漏。为了评估这一点，需进行积水试验。

采用直径d为10cm的塑料圆桶7，将泡沫塑料塞子置于桶内，泡沫塑料塞子与桶口的距离L1为15cm，将硅酮泡沫密封剂倾倒在塞子顶部，直至其发泡后厚度L2恰好为3cm。最后，将水灌入圆桶7的顶面，直至水深L3为10cm时，水面与桶口的距离L4为2cm，如图3所示，最后将桶口盖好。

观察硅酮泡沫密封剂在其初始固化阶段将如何对外部因素做出反应，如雨水的影响。因此，蓄水之前硅酮泡沫密封剂只允许固化1小时或2小时。四组试验单元采用积水前固化1小时的硅酮泡沫密封剂，另外四组试验单元采用积水前固化2小时的硅酮泡沫密封剂。在接下来的7天的过程中，对浸泡中的硅酮泡沫密封剂进行监测，观察积水是否通过该硅酮泡沫密封剂泄漏，并记录积水深度下降值。

试验结果：7天后观察硅酮泡沫密封剂可以确定水是否已通过密封剂底面渗漏，对于在积水前已固化1小时的硅酮泡沫密封剂，其积水深度下降值为0.5、0.7、0.4、0.3厘米，没有试件出现积水渗漏情况。对于固化的在积水前固化2小时的硅酮泡沫密封剂，积水深度下降值为1.4、0.8、0.8、0.7厘米，也没有试件出现积水渗漏情况。尽管硅酮泡沫密封剂是非渗透性的，但在本试验中，7天内积水深度的确出现轻微下降。这可以归因于水的蒸发和硅酮泡沫密封剂吸收了部分水。在整个试验期间泡沫塑料塞一直支撑着硅酮泡沫密封剂，因塞子并不以任何方式对圆桶7内壁进行密封，所以这个泡沫塑料塞并不能阻止任何发生可能的积水渗漏。也许因为泡沫塑料塞支撑着该硅酮泡沫密封剂的原因，硅酮泡沫密封剂并未表现出任何变形的迹象。试验表明硅酮泡沫密封剂具有良好的防水防渗性能。

3.4、再生修复性能验证

需进行维修/改造试验：

当被应用于实际桥梁伸缩缝2后，密封剂层51可能会发生损坏，因此，确定是否可以仅通过添加新的密封剂混合物到损坏部分来修复损坏的部分具有重要意义。为评估这种情况，需要设计并进行修补试验。每个试件的粘结区域表面都已有固化完成的密封剂，包括硅酮泡沫密封剂和普通硅酮密封剂。然后将试件覆盖上新(现制的)密封剂。试验组按照如下特征制作：4个试件将新硅酮泡沫密封剂密封到旧(已固结/使用)泡沫密封剂上，4个试件将新普通硅酮密封剂密封到旧泡沫密封剂试件，4个试件将新硅酮泡沫密封剂密封到旧普通硅酮密封剂试件上，4个试件将新普通硅酮密封剂样本密封到旧普通硅酮密封剂试件上。以10mm/min的加载速率对每个试件进行拉伸直至破坏试验。

试验结果如表4所示：

表4 维修或改造试验的拉伸试验结果

由修补试验结果表明硅酮泡沫密封剂可以安全地用于已损坏的旧密封剂(包括硅酮泡沫密封剂和普通硅酮密封剂)的自我修复中，将所述硅酮泡沫密封剂铺筑于原旧填缝材料可使伸缩缝2再次具有使用功能，从而实现良好的再生循环使用。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种桥梁伸缩缝结构，所述桥梁伸缩缝结构包括伸缩缝和设置在所述伸缩缝上的密封结构，相邻两块梁板之间的空隙形成所述伸缩缝，每块所述梁板上均铺设有桥面铺装层，且所述桥面铺装层短于所述梁板以留出安装间隙，其特征在于：

所述密封结构包括跨缝板和密封层；

所述的跨缝板铺设在所述伸缩缝上且完全覆盖所述的伸缩缝；相邻梁板与各自铺设的桥面铺装层在所述跨缝板上围合而成密封槽，所述密封槽内交替填充有由硅酮泡沫密封剂形成的密封剂层和级配碎石层，且所述的密封剂层紧贴所述的跨缝板，由所述密封剂层和所述级配碎石层构成的密封层的上表面与桥面铺装层的上表面在同一平面上；

所述的跨缝板的宽度短于所述密封槽的宽度，所述跨缝板与所述硅酮泡沫密封剂相连成一体；

所述硅酮泡沫密封剂包括硅酮密封剂白组分、硅酮密封剂灰组分、交联剂、水和铂催化剂，其中：

所述硅酮密封剂白组分的质量份数为464～498份；

所述硅酮密封剂灰组分的质量份数为495～461份；

所述交联剂的质量份数为22份；

所述水的质量份数为16～14份；

所述铂催化剂的质量份数为3～5份。

2.如权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝结构，其特征在于：所述的密封剂层和所述级配碎石层的厚度相等，且所述密封层包括两层密封剂层和两层级配碎石层。

3.如权利要求2所述的一种桥梁伸缩缝结构，其特征在于：所述的跨缝板为钢板、塑料板或有机玻璃板。

4.如权利要求3所述的一种桥梁伸缩缝结构，其特征在于：所述密封结构的施工顺序为先将跨缝板安放在伸缩缝上，再在所述密封槽内依次浇灌所述的密封剂层和所述的级配碎石层。

5.如权利要求4所述的一种桥梁伸缩缝结构，其特征在于：所述硅酮泡沫密封剂由硅酮密封剂白组分、硅酮密封剂灰组分、交联剂、水和铂催化剂组成。