CN109971176A - 基于聚芳硫醚、聚碳酸酯的钢桥面铺装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于芳基醚的组合物技术领域，具体涉及一种基于聚芳硫醚、聚碳酸酯的钢桥面铺装材料。所述钢桥面铺装材料，包括以下组分：聚芳硫醚、聚碳酸酯和接枝引发剂。该钢桥面铺装材料的高温抗车辙性能优异，低温抗开裂性能优异，拉伸性能优异，与钢板粘结强度高。

Description

基于聚芳硫醚、聚碳酸酯的钢桥面铺装材料及其制备方法

技术领域

本发明属于芳基醚的组合物技术领域，具体涉及一种基于聚芳硫醚、聚碳酸酯的钢桥面铺装材料及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，世界经济的热点地区正向亚太地区转移。21世纪是中国经济发展的腾飞时期，而交通运输是国民经济发展的基础和命脉，“要致富，先修路”这是十几年来我国经济发展，特别是东南沿海地区经济发展的实践中所得出的人人皆知的硬道理(“中国公路的发展与路标涂料”，匡金和，涂料工业，2001年第9期，第20-22页，公开日2001年12月31日)。

在任何的一条公路交通建设中，公路桥梁是不可或缺的重要元素，有公路必有桥梁，建设好公路桥梁是建设好公路交通的重要基础和保证，所以，公路桥梁建设在公路交通中具有重大的现实意义(“浅析公路桥梁建设的现状及安全对策”，周福政，文摘版：工程技术，2015年，第222页，公开日2015年05月31日)。

自上世纪八十年代末，南浦大桥建成的二十多年间，我国的大跨桥梁建设进入了一个成长期。中国桥梁自新中国成立以来，从木桥、石桥经过混凝土桥，进入钢桥，从铆接桥梁到栓焊桥梁。在桥型、桥跨、材料等方面都进入了世界先进行列：(1)拱桥技术已经在国际上处于领先水平；(2)桥梁建设已居于世界领先水平；(3)现代索桥技术突飞猛进。我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中跨径大于200m的有50多座。1991年建成的上海南浦大桥(主跨为423m结合梁斜拉桥)，开创了我国修建400m以上大跨度斜拉桥的先河。此后，大跨径斜拉桥如雨后春笋般的发展起来。据统计，我国跨度大于400m的斜拉桥已有20多座，中国已成为世界上拥有斜拉桥最多的国家。在世界前十位大跨斜拉桥排名榜上，中国有6座，其中，跨度600m以上的斜拉桥世界上仅6座，中国就占了4座。我国斜拉桥设计施工水平已迈入国际先进行列，部分成果达到国际领先水平。我国在悬索桥建设方面亦是异军突起。二十世纪末的十年里，有9座450m以上跨径的悬索桥相继建成，从1985年建成的汕头海湾大桥(跨径450m)，到1997年建成的珠江虎门大桥(跨径888m)，到19999年建成的江阴长江大桥(跨径1385m)，每一步跨越都是约450m。在国际桥梁大会美国匹兹堡年度会议上，首届尤金·菲戈金奖就颁发给了江阴长江公路大桥，这是中国首次荣获国际桥梁大奖。1997年建成的香港青马大桥(主跨1377m)为公铁两用世界第一大跨桥梁。2005年，世界第三大跨悬索桥-主跨1490m润扬大桥建成通车，同时，又一座更大跨径的悬索桥-舟山西堠门大桥(跨径1640m)已于2008年建成，为世界第二大跨悬索桥(“我国大跨桥梁建设成就及与世界先进水平的差距”，韩大章等，现代交通技术，2005年第4期，第1-5页，公开日2005年12月31日；“舟山西堠门大桥关键技术介绍”，宋晖等，公路，2009年第5期，第81-90页，公开日2009年05月31日)。

由于桥面铺装是桥梁结构的重要组成部分，它的质量好坏和使用耐久性将直接影响到汽车的行驶质量和桥梁的使用耐久性，已成为制约大跨径桥梁建设和发展的一项关键技术(“大跨钢桥桥面铺装结构受力分析”，黄晓明等，土工工程学报，1999年第32卷第1期，第37-42页，公开日1999年02月28日)。与小跨径简支桥梁和路面沥青混凝土铺装不同，大跨径连续桥梁桥梁沥青混凝土铺装主要存在以下难点：(1)大跨径连续桥梁是较大的空间结构，受气流影响较大，这直接影响沥青混凝土摊铺质量；(2)大跨径连续桥梁受力比较复杂，在沥青混凝土铺装摊铺过程中，桥梁结构会在施工机械的作用下产生振动，尤其在跨中位置的谐振比较严重，这不但影响沥青混凝土铺装压实质量，而且对桥梁结构产生不良影响；(3)受温差影响，大跨径连续桥梁的水泥砼梁尤其是钢梁结构会产生过大挠度差。沥青混凝土铺装层需要与挠度一起变化，否则很容易开裂；(4)大跨径连续桥梁往往需要设计较大的上下坡度，回转半径和断面宽度，这对沥青混合料配合比设计及摊铺，碾压方式和机械性能提出更高要求。其次，由于桥面系排水设计缺陷或施工中配合比选择不当，压实度不足等原因，导致沥青混凝土空隙率过大或铺装层开裂，水渗入到沥青混凝土面层内部，并积存在水泥砼桥面与沥青砼面层之间，在行车荷载反复作用或冻融和水压力情况下，出现唧浆、网裂、剥落、松散、坑洞等现象，使桥面铺装层遭到破坏。再者，沥青混凝土桥面铺装层同桥梁结构在材料模量方面差异很大，这造成二者之间有较大剪切力，并且沥青混凝土铺装层不能有效残余桥梁结构的自振和荷载激振，因此在外力作用下会导致沥青混凝土铺装层的应力与变形不连续，在刚度大得多的桥梁结构上，沥青混凝土铺装层必须具有足够的强度和稳定性，尤其是抗剪切强度。沥青混凝土在铺装层的内部容易产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者由于沥青混凝土铺装层与桥面板层间粘结力差，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上产生相对位移以致沥青混凝土铺装层剪切破会，产生车辙、推移、拥包、波浪等病害。同时，由于目前交通量巨增和车辆超载是桥面严重损坏的一个重要方面，尤其是超载造成桥面铺装层结构应力急剧增大，加剧结构的损坏。此外，桥梁结构与柔性铺装层之间的粘结层，对桥面铺装结构起着至关重要的作用，在具有承载过渡作用的同时还能防水。铺装层的损坏许多是由这一层诱发的，其原因是通常采用普通沥青作为粘层油或者用油毛毡作为防水层，高温条件和车辆剪切荷载下易使沥青混凝土铺装层产生推移、拥包、波浪和车辙(“大跨径连续桥梁的沥青混凝土铺装质量控制”，刘新宏，交通世界(运输·车辆)，2012年第8期，第198-199页，公开日2012年12月31日)。

目前，桥面铺装以浇注式沥青混凝土+SMA及双层环氧沥青混凝土为主要铺装方式，浇注式沥青混凝土+SMA铺装体系的低温及疲劳性能优异，但高温抗车辙性能不够理想；环氧沥青混凝土高温性能优异，然而其低温抗开裂性能差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于聚芳硫醚、聚碳酸酯的钢桥面铺装材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

钢桥面铺装材料，包括以下组分：聚芳硫醚、聚碳酸酯和接枝引发剂。

进一步，所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜。

进一步，所述接枝引发剂为马来酸酐。

进一步，所述钢桥面铺装材料，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、聚碳酸酯10-100份和接枝引发剂1-3份。

进一步，所述钢桥面铺装材料，还包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

进一步，所述钢桥面铺装材料，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、聚碳酸酯10-100份、接枝引发剂1-3份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20-50份。

进一步，所述钢桥面铺装材料，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、聚碳酸酯10-100份、接枝引发剂1-3份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20-50份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜，所述接枝引发剂为马来酸酐。

本发明的目的之二在于保护所述钢桥面材料的制备方法，包括以下步骤：依次向聚芳硫醚中加入接枝引发剂、聚碳酸酯和烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，搅拌后粉碎，然后挤出、冷却，造粒，即得。

本发明的目的还在于保护所述桥面铺装材料在钢桥面铺装中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明的钢桥面铺装材料的高温抗车辙性能优异，其动稳定度为21000-23000次/mm(60℃)。

本发明的钢桥面铺装材料的低温抗开裂性能优异，其三点弯曲应变为4938-6312με(-10℃)。

本发明的钢桥面铺装材料的拉伸性能优异，与钢板粘结强度高，其拉伸强度(23℃)为38-45MPa，断裂伸长率(23℃)为33.2％-51％，与钢板粘结拉拔强度(25℃)为12.5-15.6MPa，与钢板粘结剪切强度(25℃)为9.4-10.2MPa。

具体实施方式

所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

钢桥面铺装材料，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚100份、聚碳酸酯54份、接枝引发剂3份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物21份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚，所述接枝引发剂为马来酸酐。

所述钢桥面材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将聚芳硫醚置入卧式搅拌混合机中，开启搅拌，缓慢加入马来酸酐；依次加入聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，于20转/min转速下搅拌22min；

(2)将步骤(1)所得混合物加入粉碎机中粉碎成粉状；

(3)将步骤(2)所得粉状混合物加入预热至190℃的双螺杆挤出机中，挤出、冷却至室温、造粒，即得。

实施例2

钢桥面铺装材料，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚60份、聚碳酸酯10份、接枝引发剂1份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物50份；所述聚芳硫醚为聚芳硫醚砜，所述接枝引发剂为马来酸酐。

所述钢桥面材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将聚芳硫醚置入卧式搅拌混合机中，开启搅拌，缓慢加入马来酸酐；依次加入聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，于10转/min转速下搅拌30min；

(2)将步骤(1)所得混合物加入粉碎机中粉碎成粉状；

(3)将步骤(2)所得粉状混合物加入预热至180℃的双螺杆挤出机中，挤出、冷却至室温、造粒，即得。

实施例3

钢桥面铺装材料，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10份、聚碳酸酯100份、接枝引发剂2份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物36份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚，所述接枝引发剂为马来酸酐。

所述钢桥面材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将聚芳硫醚置入卧式搅拌混合机中，开启搅拌，缓慢加入马来酸酐；依次加入聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，于30转/min转速下搅拌15min；

(2)将步骤(1)所得混合物加入粉碎机中粉碎成粉状；

(3)将步骤(2)所得粉状混合物加入预热至200℃的双螺杆挤出机中，挤出、冷却至室温、造粒，即得。

性能检测

检测实施例1-3制得的桥面铺装材料的拉伸强度(23℃)、断裂伸长率(23℃)、动稳定度、三点弯曲应变、与钢板粘结拉拔强度(25℃)、与钢板粘结剪切强度(25℃)，结果如表1所示；

其中，拉伸强度(23℃)断裂伸长率(23℃)和按照《GB/T 2567-2008树脂浇铸体性能试验方法》进行检测；

动稳定度按照《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中《T0719沥青混合料车辙试验》相应方法进行检测；

三点弯曲应变按照《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中《T0715沥青混合料弯曲试验》相应方法进行检测；

与钢板粘结拉拔强度(25℃)和与钢板粘结剪切强度(25℃)分别参照《JC/T 975-2005道桥用防水涂料》中50℃粘结强度和50℃剪切强度相应测试方法进行检测，以下参数除外：实验过程中将试件在25±2℃放置4h。

表1性能检测结果

	实施例1	实施例2	实施例3
				拉伸强度(23℃)/MPa	42	38	45
断裂伸长率(23℃)/％	35.1	51	33.2
				动稳定度/(次/mm，60℃)	21000	23000	21500
三点弯曲应变/(με,-10℃)	5328	6312	4938
				与钢板粘结拉拔强度(25℃)/MPa	12.5	13.3	15.6
与钢板粘结剪切强度(25℃)/MPa	9.9	9.4	10.2

由表1可知，实施例1-3的铺装材料的动稳定度为21000-23000次/mm(60℃)。由此证明，本发明的钢桥面铺装材料的高温抗车辙性能优异。

由表1可知，实施例1-3的铺装材料的三点弯曲应变为4938-6312με(-10℃)。由此证明，本发明的钢桥面铺装材料的低温抗开裂性能优异。

由表1可知，实施例1-3的铺装材料的拉伸强度(23℃)为38-45MPa，断裂伸长率(23℃)为33.2％-51％，与钢板粘结拉拔强度(25℃)为12.5-15.6MPa，与钢板粘结剪切强度(25℃)为9.4-10.2MPa。由此证明，本发明的钢桥面铺装材料的拉伸性能优异，与钢板粘结强度高。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.钢桥面铺装材料，其特征在于，包括以下组分：聚芳硫醚、聚碳酸酯和接枝引发剂。

2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装材料，其特征在于，所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜。

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，所述接枝引发剂为马来酸酐。

4.根据权利要求1、2或3所述的钢桥面铺装材料，其特征在于，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、聚碳酸酯10-100份和接枝引发剂1-3份。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的钢桥面铺装材料，其特征在于，还包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

6.根据权利要求5所述的钢桥面铺装材料，其特征在于，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、聚碳酸酯10-100份、接枝引发剂1-3份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20-50份。

7.根据权利要求5或6所述的钢桥面铺装材料，其特征在于，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、聚碳酸酯10-100份、接枝引发剂1-3份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20-50份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜，所述接枝引发剂为马来酸酐。

8.权利要求1-7任一所述钢桥面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：依次向聚芳硫醚中加入接枝引发剂、聚碳酸酯和烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，搅拌后粉碎，然后挤出、冷却，造粒，即得。

9.权利要求1-7任一项所述桥面铺装材料在钢桥面铺装中的应用。