CN110016200A - 基于聚合物合金的高强轻质钢桥面铺装材料及其制备方法 - Google Patents

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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合物合金的钢桥面高强钢桥面铺装材料。所述钢桥面铺装材料，包括以下组分：聚芳硫醚、环氧树脂和聚苯醚。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

基于聚合物合金的高强轻质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合物合金的高强轻质钢桥面铺装材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步，经济的快速发展，人们越来越重视交通的便利性，我国的公路建设迅速发展，桥梁建设也随之迅猛发展。公路桥梁的建设不但可以使得交通更加便捷，节省时间，而且还可以减少道路的盘旋迂回和交通拥挤的现象，减少噪音的污染。现如今，我国到处可见不同类型、不同跨径的公路桥梁，千姿百态、异彩纷呈，它们都是广大公路桥梁工作者的智慧和汗水凝结出来的结晶，充分体现着我国综合国力的增强和改革开放的巨大成就，标志着我国公路桥梁建设总体上已经进入国际先进水平(“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)。
桥梁作为各个城市之间连接的纽带，它是一个国家或地区经济实力、社会生产力的综合体现，是人类最伟大、最优秀的建筑物之一，对于发展国民经济、加强全国各族人民的团结，促进各民族人民之间的文化交流等方面，都具有非常重要的作用(“浅谈我国公路桥梁建设现状和存在的问题”，马堂科，山东工业技术，2015年第4期，第232页，公开日2015年05月04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)。
我国是发展中国家，古代桥梁虽成就辉煌，但进入近现代发展阶段，由于旧社会黑暗腐败，桥梁技术远远落后于下方。建国后，交通运输和桥梁建设受到高度重视。50年代，百废待兴，国家即集中力量首先建成万里长江第一桥-公铁两用的武汉长江大桥(主跨128m)，变天堑为通途。紧接着，于60年代又自力更生建成宏伟的南京长江大桥(公铁两用，主跨160m)。新中国成立后，特别是改革开放以来，桥梁建设蓬勃发展，跨越能力不断提高，正在施工的江阴长江大桥即将突破千米，达到1385m的新纪录。和先进国家的技术差距正在缩小，某些领域且已接近或达到世界先进水平，引起国际同行的重视。通过长期的工程实践和科学研究，桥梁技术全面发展，桥梁技术全面发展，取得了令人瞩目的成就(“我国桥梁工程的成就与展望”，程庆国，中国土木工程学会第八届年会，第155-161页，公开日1998年03月31日)。
自20世纪90年代以来，中国大跨径桥梁建设进入了一个高峰时期，相继建成和正在建设一大批的大跨径斜拉桥、悬索桥，如1997年建成的广东虎门大桥的主跨径为888m，1988年竣工的马大桥费雷泽诺桥主跨径为14140m，1999年竣工的香港进门桥海依靠和江阴长江公路大桥主跨径均为1385m(“大跨径桥梁钢桥面铺装设计”，黄卫，土木工程学报，2007年第40卷第9期，第65-76页，公开日2007年09月30日；“大跨径悬索桥、斜拉桥的发展趋势”，周明等，中国公路工程，2000年第25卷第3期，第32-34页，公开日2000年12月31日)。
这些大跨径斜拉桥和悬索桥加劲梁普遍采用正交异性桥面板结构。大跨径钢箱梁桥正交异性钢桥面板桥面铺装一般由防锈层、粘结层、沥青混合料铺装层构成，直接铺筑于钢箱梁顶板之上，总厚度在35-80mm之间。由于大跨径钢箱梁桥面铺装的使用条件、施工工艺、质量控制与要求的特殊性，对它的强度、抗疲劳性能、抗车辙性能、抗剪切性能以及变形协调性等方面均有较高的要求。而正交异性钢桥面沥青混合料铺装不同于一般公路沥青混凝土路面，它直接铺设在正交异性钢桥面板上，正交异性钢桥面板直接决定了钢桥面铺装的性能，由于正交异性钢桥面板柔性大，以及在行车荷与温度变化、风载、地震等自然因素共同影响下，特别是还受到桥梁结构变形的影响，在受力和变形方面比公路路面或机场到路面复杂得多，尤其在重型车辆荷载作用下钢桥面板局部变形更大也更复杂，位于各纵向加劲肋和横向加劲肋与桥面板焊接处出现明显的应力集中，这导致铺装层受力更复杂，也更为不利。同时，钢桥面板的夏季温度高，防水防锈及层间结合等问题都使得钢桥面铺装具有一般公路沥青混凝土路面所没有的特点：(1)桥面铺装处于变形大而复杂的钢板上，正交异性钢桥面板本身的变形、位移、振动等都直接影响铺装层的工作状态；(2)除铺装层自身正常的温度变化之外，钢桥结构的每日和季节性温度变化都显著影响铺装层的变形；(3)大跨径钢桥一般都建在大江、大河或横跨海峡之上，强风、台风及其他因素对其产生的振动作用，在一般沥青混凝土路面是遭遇不到的；(4)正交异性钢桥面铺装层的受力模式与一般沥青混凝土路面的受力模式不同。由于加劲肋的加劲支撑作用，在车辆荷载作用下，加劲肋、横肋(或横隔板)、纵隔板顶部的铺装层表面出现负弯矩，铺装层最大拉应力或拉应变均出现在铺装层表面。因此，对于钢桥面沥青混合料铺装，其疲劳裂缝从铺装层表界面向地面扩展，而对于一般的沥青混凝土路面，沥青混凝土面层的最大拉应力或拉应变均出现在铺装层地面，疲劳裂缝是从铺装层的底面向顶面扩展。需要指出的是，我国大跨径桥梁普遍采用钢箱梁形式，横隔板贯穿整个主梁截面，刚度较大，并且其间距超过3m，而钢珩架桥的正交异性钢桥面板直接支承在空间桁架形成的网格上，网格的间距比钢箱梁更隔板小，并且桁架支撑构件的刚度比横隔板小得多。因此，钢箱梁正交异性顶板的挠跨比桁架梁顶板大，由于横隔板附近的刚度突然增大易导致钢箱梁铺装应力集中，桁架梁铺装则由于桁架刚度分布比较均匀而相对均匀；此外，桁架梁通风性能好，而钢箱梁的散热性能差，导致在高温季节，钢箱梁桥面钢板温度比传统的桁架梁钢桥桥面温度高出10℃以上，而且高温持续时间更长，并且，钢桥面铺装的工作地温度又略低于当地极端最低气温；综合这些因素，大跨径钢箱梁桥面铺装铺装已经成为使用条件最为苛刻的铺装工程；(5)大跨径钢桥一般都是重要的交通网络枢纽，或者是某一地区过江跨海的主要通道，它的畅通直接影响到整个路网交通的正常运行。桥面铺装一旦发生破坏，对交通的影响要远大于公路路面损坏所产生的影响和危害，而且维修更为困难；(6)钢桥的最大弱点之一就是遇水会生锈，因此，钢桥面沥青混合料铺装的一个重要特点就是要求致密性好，不能让雨水腐蚀钢桥面板。这些因素造成了国内外大跨径钢箱梁桥面铺装在使用年限内发生破坏的情况较为普遍，我国已建成并投入使用的大跨径钢箱梁正交异性桥面板桥梁已有10余座，大部分桥梁桥面铺装通车后不久即出现较为严重的疲劳开裂、高温车辙、黏结层失效或脱层、横向推移或拥包等病害，有几座桥梁桥面铺装已进行多次翻修重建，严重影响了通车功能，并产生不良的社会影响(“大跨径桥梁钢桥面铺装设计”，黄卫，土木工程学报，2007年第40卷第9期，第65-76页，公开日2007年09月30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差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于聚合物合金的高强轻质钢桥面铺装材料。
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、环氧树脂和聚苯醚。
进一步，所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜。
进一步，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
进一步，以质量份计，配比关系为：聚芳硫醚10-100份、环氧树脂0.1-10份和聚苯醚5-20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、环氧树脂0.1-10份、聚苯醚5-20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、环氧树脂0.1-10份、聚苯醚5-20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，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
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聚苯醚、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和环氧树脂，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27000-28000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4721-5412με(-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41.19-50.52MPa，断裂伸长率(23℃)为27.12％-35.23％，与钢板粘结拉拔强度(25℃)为11.2-12.3MPa，与钢板粘结剪切强度(25℃)为8.8-9.2MPa。
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10份、环氧树脂10份、聚苯醚5份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51。
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，依次加入聚苯醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，缓慢加入环氧树脂，于18转/min转速下搅拌25min；
(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。
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56份、环氧树脂6份、聚苯醚15份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物35份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚或聚芳硫醚砜，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51。
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，依次加入聚苯醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，缓慢加入环氧树脂，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100份、环氧树脂0.1份、聚苯醚20份和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物50份；所述聚芳硫醚为聚苯硫醚，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-44。
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，依次加入聚苯醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，缓慢加入环氧树脂，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188℃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
由表1可知，实施例1-3的铺装材料的动稳定度为27000-28000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4721-5412με(-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41.19-50.52MPa，断裂伸长率(23℃)为27.12％-35.23％，与钢板粘结拉拔强度(25℃)为11.2-12.3MPa，与钢板粘结剪切强度(25℃)为8.8-9.2MPa。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、环氧树脂和聚苯醚。
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，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
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、环氧树脂0.1-10份和聚苯醚5-20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、环氧树脂0.1-10份、聚苯醚5-20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、环氧树脂0.1-10份、聚苯醚5-20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，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
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聚苯醚、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和环氧树脂，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。
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