CN107352891B - 一种大跨径钢桥铺装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路建设面层材料技术领域，具体涉及一种大跨径钢桥铺装材料。本发明包括以下组分:30～40份硅酸盐水泥、20～30份乳液、6～8份干燥物、6～8份铝酸钙、3～5份衣康酸均聚物、1～3份消泡剂和1～3份羧甲基纤维素；所述的乳液是由甲基丙烯酸酯、N‑羟甲基丙烯酰胺和2,4‑甲苯二异氰酸酯聚合得到的；所述的干燥物是由硅藻土和细砂经硅烷偶联剂改性得到的；本发明制备的大跨径钢桥铺装材料具有良好的抗水损坏性能、抗折、抗压性能，同时具有空隙率小、粘结性能好的特点，不仅适合大跨度钢桥面的薄层铺装，也适合非钢桥面的薄层铺装。
Description
技术领域
本发明属于道路建设面层材料技术领域，具体涉及一种大跨径钢桥铺装材料。
背景技术
钢桥面铺装尤其是大跨径正交异性钢桥面板的铺装技术，一直是一个热点和难点。桥面铺装直接铺设在正交异性钢板上，在行车荷载、风载、温度变化及地震等因素影响下，其受力和变形远较公路路面或机场道面复杂，因而对其强度、变形稳定性、疲劳耐久性等具有更高要求。同时，又由于铺装所在的特殊位置，在使用性能上又提出重量轻、高粘结性、不透水性等特殊要求。作为桥梁行车系的重要组成部分，桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性。作为大跨径钢桥的关键技术之一，钢桥面铺装的重要性日渐突出。
目前钢桥面铺装材料的主要形式有：浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、改性沥青SMA铺装。浇注式沥青混凝土是指在高温状态下（约220～260℃）进行拌合，混合料摊铺时流动性大，依靠自身的流动性摊铺成型，无需碾压，沥青、矿粉含量较大。浇注式沥青混凝土具有优良的防水、抗老化性能，对钢板的追从性、与钢板间的粘结性能与一般沥青混凝土相比具有很大优势。但高温稳定性差是难以克服的缺点。环氧沥青是将环氧树脂加入到沥青中，经过与固化剂发生不可逆的化学反应，形成固化物，使沥青性质由热塑性转化成热固性，从而赋予沥青以优良的物理、力学性能。但环氧沥青混凝土铺装的抗滑性能较差，难以实现大规模推广使用。沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）具有良好的耐久性、抗滑性和较低的交通噪声等特性，但其还有高温抗车辙能力较差，抗水损坏性能差，空隙度大的缺点。
因此，亟需开发一种具有抗水损坏性能好，空隙率小的大跨径钢桥铺装材料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对现有大跨径钢桥铺装材料存在抗水损坏性能差和空隙率的缺陷，提供了一种大跨径钢桥铺装材料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种大跨径钢桥铺装材料，包括以下重量份数的原料：
30～40份硅酸盐水泥、20～30份乳液、6～8份干燥物、6～8份铝酸钙、1～3份消泡剂和1～3份羧甲基纤维素；
所述的乳液是由以下步骤得到的：
（1）将20～30g甲基丙烯酸酯、15～20gN-羟甲基丙烯酰胺、1～2g乳化剂和200～300mL水，搅拌混合后，得到混合液；
（2）向混合液中加入0.1～0.3g引发剂，在120～130℃搅拌反应60～90min后，再加入5～8g2,4-甲苯二异氰酸酯继续反应2～3h，得到乳液；
所述的干燥物是由以下步骤得到的：取400～500g硅藻土和200～300g细砂粉碎后，得到混合粉末，将混合粉末、8～12g硅烷偶联剂和800～1000mL水混合、超声分散、过滤、干燥，得到干燥物。
所述的一种大跨径钢桥铺装材料，原料按重量份数还包括3～5份衣康酸均聚物。
所述的衣康酸均聚物是由以下步骤得到的：将15～20g衣康酸、100～200mL无水乙醇和0.1～0.3g过硫酸钾混合后，在85～95℃下反应1～2h，得到产物，将产物喷雾干燥，得到衣康酸均聚物。
所述的消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸单甘油酯中的一种或几种。
所述的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10中的一种或几种。
所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种或几种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以甲基丙烯酸酯和N-羟甲基丙烯酰胺为原料进行乳液聚合反应，得到乳液，甲基丙烯酸酯和N-羟甲基丙烯酰胺进行共聚时可引入酰胺基和羟甲基，产生位阻效应，保护聚合物中的酯基防止其水解，从而增强乳液的耐水性，同时酰胺基和羟甲基可与填料表面和羟基交联形成网状结构，减少铺装材料中的羟基含量，从而提高铺装材料的耐水性，再用异氰酸酯对乳液进行改性可增加乳液的粘结性能，同时异氰酸酯可与水泥等无机矿物及水化产物之间产生化学键合，形成网络结构，增加铺装材料中各种颗粒之间的交联，使材料的致密性增加，空隙率减小；
（2）本发明中的衣康酸均聚物可与水化产生的钙离子形成可溶性钙络合物，钙络合物可随水自发向混凝土内部扩散，同时与水泥中的硅酸根反应生成不溶性结晶，达到达到对混凝土空隙进行填充同时增强混凝土的强度和防水性的效果，再者用偶联剂对填料进行改性可减小填料颗粒之间的摩擦力，改变材料体系中介质的电极性，减少颗粒的团聚，增加整体材料的密实度，本发明制备的铺装材料具有良好的抗水损坏性能，同时空隙率小。
具体实施方式
取20～30g甲基丙烯酸酯、15～20gN-羟甲基丙烯酰胺、1～2g乳化剂和200～300mL水加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于油浴锅中，控制油浴温度为120～130℃，搅拌混合15～20min后，再向三口烧瓶中加入0.1～0.3g引发剂，保温反应60～90min后，再向三口烧瓶中加入5～8g2,4-甲苯二异氰酸酯，继续搅拌反应2～3h，反应结束，得到乳液，取400～500g硅藻土和200～300g细砂加入到粉碎机中粉碎40～50min，得到混合粉末，将混合粉末、8～12g硅烷偶联剂和800～1000mL水加入到烧杯中，将烧杯置于超声波分散仪中，以35～45KHz的频率超声分散30～40min后过滤，得到滤渣，将滤渣放入烘箱中，在95～105℃下干燥3～4h，得到干燥物，取15～20g衣康酸、100～200mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶放入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85～95℃，转速为300～400r/min的条件下搅拌混合15～20min后，再向三口烧瓶中加入0.1～0.3g过硫酸钾，保温搅拌反应1～2h，反应结束，得到产物，将产物进行喷雾干燥，得到衣康酸均聚物，最后按重量份数计，取30～40份硅酸盐水泥、20～30份乳液、6～8份干燥物、6～8份铝酸钙、3～5份衣康酸均聚物、1～3份消泡剂和1～3份羧甲基纤维素加入到搅拌机中，搅拌混合3～5min，得到大跨径钢桥铺装材料。所述的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10中的一种或几种。所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种或几种。所述的消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸单甘油酯中的一种或几种。
实例1
取20g甲基丙烯酸酯、15gN-羟甲基丙烯酰胺、1g烷基酚聚氧乙烯醚和200mL水加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于油浴锅中，控制油浴温度为120℃，搅拌混合15min后，再向三口烧瓶中加入0.1g过硫酸钾，保温反应60min后，再向三口烧瓶中加入5g2,4-甲苯二异氰酸酯，继续搅拌反应2h，反应结束，得到乳液，取400g硅藻土和200g细砂加入到粉碎机中粉碎40min，得到混合粉末，将混合粉末、8g硅烷偶联剂KH-550和800mL水加入到烧杯中，将烧杯置于超声波分散仪中，以35KHz的频率超声分散30min后过滤，得到滤渣，将滤渣放入烘箱中，在95℃下干燥3h，得到干燥物，最后按重量份数计，取30份硅酸盐水泥、20份乳液、6份干燥物、6份铝酸钙、1份聚氧丙烯甘油醚和1份羧甲基纤维素加入到搅拌机中，搅拌混合3min，得到大跨径钢桥铺装材料。
实例2
取20g甲基丙烯酸酯、15gN-羟甲基丙烯酰胺、1g十二烷基苯磺酸钠和200mL水加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于油浴锅中，控制油浴温度为120℃，搅拌混合15min后，再向三口烧瓶中加入0.1g过氧化月桂酰，保温反应60min后，再向三口烧瓶中加入5g2,4-甲苯二异氰酸酯，继续搅拌反应2h，反应结束，得到乳液，取400g硅藻土和200g细砂加入到粉碎机中粉碎40min，得到混合粉末，将混合粉末、8g硅烷偶联剂KH-560和800mL水加入到烧杯中，将烧杯置于超声波分散仪中，以35KHz的频率超声分散30min后过滤，得到滤渣，将滤渣放入烘箱中，在95℃下干燥3h，得到干燥物，取15g衣康酸、100mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶放入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合15min后，再向三口烧瓶中加入0.1g过硫酸钾，保温搅拌反应1h，反应结束，得到产物，将产物进行喷雾干燥，得到衣康酸均聚物，最后按重量份数计，取30份硅酸盐水泥、20份乳液、6份干燥物、6份铝酸钙、3份衣康酸均聚物、1份聚二甲基硅氧烷和1份羧甲基纤维素加入到搅拌机中，搅拌混合3min，得到大跨径钢桥铺装材料。
实例3
取30g甲基丙烯酸酯、20gN-羟甲基丙烯酰胺、2g乳化剂和300mL水加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于油浴锅中，控制油浴温度为130℃，搅拌混合20min后，再向三口烧瓶中加入0.3g引发剂，保温反应90min后，再向三口烧瓶中加入8g2,4-甲苯二异氰酸酯，继续搅拌反应3h，反应结束，得到乳液，取500g硅藻土和300g细砂加入到粉碎机中粉碎50min，得到混合粉末，将混合粉末、12g硅烷偶联剂和1000mL水加入到烧杯中，将烧杯置于超声波分散仪中，以45KHz的频率超声分散40min后过滤，得到滤渣，将滤渣放入烘箱中，在105℃下干燥4h，得到干燥物，取20g衣康酸、200mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶放入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为95℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合20min后，再向三口烧瓶中加入0.3g过硫酸钾，保温搅拌反应2h，反应结束，得到产物，将产物进行喷雾干燥，得到衣康酸均聚物，最后按重量份数计，取40份硅酸盐水泥、30份乳液、8份干燥物、8份铝酸钙、5份衣康酸均聚物、3份消泡剂和3份羧甲基纤维素加入到搅拌机中，搅拌混合5min，得到大跨径钢桥铺装材料。所述的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10中的一种或几种。所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种或几种。所述的消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸单甘油酯中的一种或几种。
对比例：浇注式沥青混凝土
分别对实例1～3制得的大跨径钢桥铺装材料和对比例的浇注式沥青混凝土进行性能测试，其检测结果表1所示：
表1
| 检测项目 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 对比例 |
| 空隙率（%） | 0.84 | 0.76 | 0.72 | 0.93 |
| 单位渗水率（mL/min） | 0.56 | 0.49 | 0.45 | 0.68 |
| 劈裂强度（20℃）/MPa | 6.01 | 6.15 | 6.17 | 4.50 |
| 28天抗折强度MPa | 7.3 | 7.8 | 7.9 | 6.0 |
| 28天抗压强度MPa | 48 | 50 | 51 | 40 |
| 粘结强度（与钢表面）MPa | 3.5 | 3.7 | 3.8 | 2.9 |
| 耐磨性（失重）% | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 1.2 |
| 干燥收缩率% | 0.15 | 0.13 | 0.12 | 0.36 |
本发明制备的大跨径钢桥铺装材料具有良好的抗水损坏性能、抗折、抗压性能，同时具有空隙率小、粘结性能好的特点，不仅适合大跨度钢桥面的薄层铺装，也适合非钢桥面的薄层铺装。
Claims (6)
1.一种大跨径钢桥铺装材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
30～40份硅酸盐水泥、20～30份乳液、6～8份干燥物、6～8份铝酸钙、1～3份消泡剂和1～3份羧甲基纤维素、3～5份衣康酸均聚物；
所述的乳液是由以下步骤得到的：
（1）将20～30g甲基丙烯酸酯、15～20gN-羟甲基丙烯酰胺、1～2g乳化剂和200～300mL水，搅拌混合后，得到混合液；
（2）向混合液中加入0.1～0.3g引发剂，在120～130℃搅拌反应60～90min后，再加入5～8g2,4-甲苯二异氰酸酯继续反应2～3h，得到乳液；
所述的干燥物是由以下步骤得到的：取400～500g硅藻土和200～300g细砂粉碎后，得到混合粉末，将混合粉末、8～12g硅烷偶联剂和800～1000mL水混合、超声分散、过滤、干燥，得到干燥物。
2.根据权利要求1中所述的一种大跨径钢桥铺装材料，其特征在于，所述的衣康酸均聚物是由以下步骤得到的：将15～20g衣康酸、100～200mL无水乙醇和0.1～0.3g过硫酸钾混合后，在85～95℃下反应1～2h，得到产物，将产物喷雾干燥，得到衣康酸均聚物。
3.根据权利要求1中所述的一种大跨径钢桥铺装材料，其特征在于，所述的消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸单甘油酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1中所述的一种大跨径钢桥铺装材料，其特征在于，所述的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10中的一种或几种。
5.根据权利要求1中所述的一种大跨径钢桥铺装材料，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
6.根据权利要求1中所述的一种大跨径钢桥铺装材料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种或几种。
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