CN111749131B - 一种具有防水球铰体系的转体桥梁 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有防水球铰体系的转体桥梁，包括混凝土浇筑的下承台，下承台上浇筑第二抗渗混凝土层，第二抗渗混凝土层上设置的下球铰，所述的下球铰上设置有与其配合的上球铰，上球铰上浇筑有第一抗渗混凝土层，所述的第一抗渗混凝土层和第二抗渗混凝土层在混凝土制备过程中添加外加剂，外加剂为水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维，水泥基渗透结晶母料与混凝土中水泥的质量比为1.5：100‑2.5：100，聚丙烯纤维在每立方米混凝土中加入0.8‑1.2kg。本发明提供的转体桥梁通过外加剂防水和涂料防水相结合的方式保证转体球铰不受水分侵扰正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及转体桥梁技术领域，具体为一种具有防水球铰体系的转体桥梁。
背景技术
我国高铁建设越来越多，铁路线的交叉也越来越多，然而在保证既有线路安全运行的前提下，新线路的施工也需要持续进行，各类桥梁施工新技术出现的同时，往往会推动桥梁建设行业的新革命，因此转体桥梁就应运而生。桥梁转体施工技术是由建桥地形、地址而创造的一种新的建桥方式——将桥梁分成左右两岸半跨结构然后通过转体合拢的方式。转体系统通过转体施工工艺，在转体桥的球铰结构中，为使得转动过程的安全顺利进行需要保证钢球铰的完整防锈蚀，球铰结构中水分可能会从混凝土中的迁移水或者从球铰间空隙中流入自由水。
因此，需要一种可以减小球铰的渗水以及腐蚀的实施方法，保证转体球铰不受水分侵扰正常工作。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种具有防水球铰体系的转体桥梁，具有成本低、性价比高等优势，可以有效减小球铰的渗水以及腐蚀。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种具有防水球铰体系的转体桥梁，包括混凝土浇筑的下承台，所述的下承台上浇筑第二抗渗混凝土层6，所述的第二抗渗混凝土层6上设置的下球铰4，所述的下球铰4上设置有与其配合的上球铰3，所述的上球铰3 和下球铰4 之间设置有球铰副5，所述的球铰副5安装在下球铰4上；所述的上球铰3上浇筑有第一抗渗混凝土层1，所述的第一抗渗混凝土层1和第二抗渗混凝土层6 在混凝土制备过程中添加外加剂，所述的外加剂为水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维，所述的水泥基渗透结晶母料与混凝土中水泥的质量比为1.5：100-2.5： 100，所述的聚丙烯纤维在每立方米混凝土中加入0.8-1.2kg。
作为本发明更优的技术方案，所述的混凝土中的水泥、水、砂和石子的质量比为320-330：190-200：680-700：1200-1300。
作为本发明更优的技术方案，所述的聚丙烯纤维在每立方米混凝土中加入0.9kg。
作为本发明更优的技术方案，所述的水泥基渗透结晶母料与混凝土中水泥的质量比为1：50。
作为本发明更优的技术方案，所述的聚丙烯纤维的长度为12mm。
作为本发明更优的技术方案，所述的下球铰4与第二抗渗混凝土层6之间、上球铰3与第一抗渗混凝土层1之间为防水粘结层2。
作为本发明更优的技术方案，所述的防水粘结层的材料为聚氨酯或SBS改性沥青。
作为本发明更优的技术方案，所述的防水粘结层的材料为聚氨酯，所述的聚氨酯涂覆在上球铰3的上表面和下球铰4的下表面，用量为0.95kg/m2。
本发明的一种具有防水球铰体系的转体桥梁的施工过程如下：
步骤一，按照上述的配合比准备足量的水泥、石料、砂子、水、添加剂、聚丙烯纤维和水泥基渗透结晶母料等材料；
步骤二，将所用材料依规定次序投入混凝土搅拌机中进行搅拌，在搅拌时，要注意在最后加水，这样可以使得聚丙烯纤维和水泥基渗透结晶母料在混凝土中分散更加均匀；
步骤三，在对下承台和和球铰上部桥墩的抗渗混凝土层进行浇筑时，先在规定位置绑扎钢筋并安装模板，钢筋绑扎应当预留振捣孔，安装模具时应清理模具内或垫层上的杂物，保证模板的清洁。浇筑时应保证抗渗混凝土的均匀性和密实性，混凝土应一次连续分层浇筑，并使用振捣棒对防水混凝土进行振捣密实；
步骤四，抗渗混凝土在养生7d后达到规定强度之后拆除模板。
本发明所述的下球铰与混凝土的钢混界面上涂防水材料的步骤如下：
步骤一，先用刷子将球铰表面清洁干净，使球铰与抗渗混凝土钢混界面保持清洁；
步骤二，擦除球铰涂抹涂料处的多余水分，保证球铰与抗渗混凝土钢混界面的干燥；
步骤三，用涂料刷蘸取防水涂料聚氨酯涂抹于与混凝土结合处的钢球铰面上，涂抹时分三次涂抹，每次涂抹量为总量的1/3，从而保证防水涂料涂抹均匀。
本发明将聚氨酯防水材料用于球铰与混凝土钢混界面防水时，当快速涂抹，尽量在1～2小时内完成涂抹，避免聚氨酯的固化对与混凝土粘结作用产生影响。聚氨酯应连续不间断的涂抹在钢球铰与所述防水混凝土的连接部分，清除涂抹过程中所产生的气泡，保证避免防水混凝土与钢球铰的直接接触。所述聚氨酯在涂抹结束以后，应当尽快绑扎钢筋并安装模板，防止在混凝土浇筑之前所述防水涂料的固化，影响混凝土与其结合强度。
有益效果如下
本发明提供的转体桥梁通过外加剂防水和涂料防水相结合的方式更加全面的防治球铰体系的水损害。本发明同时利用聚丙烯纤维和水泥基渗透结晶母料的协同增效作用，两者组成的混凝土外加剂以及合理的添加量不仅使混凝土的具有良好的密实度，抗渗能力也大大提高，其立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度等力学性能指标也得到了显著提高。本发明采用聚氨酯作为防水粘结层材料，其抗剪强度高，温度、湿度与冻融等环境因素对其防水粘结性能的影响比较小。
附图说明
图1为本发明的一种具有防水球铰体系的转体桥梁结构示意图；
图2为本发明的一种具有防水球铰体系的转体桥梁的施工流程图；
图3为不同用量的SBS改性沥青的剪切试验结果；
图4为不同用量的聚氨酯的剪切试验结果；
其中：1是第一抗渗混凝土层，2是防水粘结层，3是上球铰，5是球铰副， 4是下球铰，6是第二抗渗混凝土层。
具体实施方式
为了使本发明技术方法更加清楚明晰，下面结合附图和实验室实施例，对本发明进行进一步详细说明，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种具有防水球铰体系的转体桥梁，包括混凝土浇筑的下承台，所述的下承台上浇筑第二抗渗混凝土层6，所述的第二抗渗混凝土层6上设置的下球铰4，所述的下球铰4上设置有与其配合的上球铰3，所述的上球铰3 和下球铰4 之间设置有球铰副5，所述的球铰副5安装在下球铰4 上；所述的上球铰3上浇筑有第一抗渗混凝土层1，所述的第一抗渗混凝土层1 和第二抗渗混凝土层6在混凝土制备过程中添加外加剂，所述的外加剂为水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维，所述的水泥基渗透结晶母料与混凝土中水泥的质量比为1.5：100-2.5：100，所述的聚丙烯纤维在每立方米混凝土中加入 0.8-1.2kg。
所述的水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥；水为普通的自来水；砂为细度模数为2.95的中砂；石子为5～20连续级配的粗集料；减水剂为聚羧酸高效减水剂；活性粉末为F类一级粉煤灰；水泥基渗透结晶母料的来源为西安德美防水材料有限公司，型号为DMC-S-WS-710B。
如图2所示，本发明的一种具有防水球铰体系的转体桥梁的施工步骤如下：
步骤一，根据《普通混凝土配合比设计规范》(JGJ55-2011)的要求进行抗渗混凝土的配合比设计及调整，按照所述配合比准备足量的水泥、石料、砂子、水、添加剂、聚丙烯纤维和水泥基渗透结晶母料等材料；
步骤二，将上述材料依规定次序投入混凝土搅拌机中进行搅拌。在搅拌时，要注意在最后加水，这样可以使得聚丙烯纤维和水泥基渗透结晶母料在混凝土中分散更加均匀。
实施例1
配合比为水泥：水：砂：石子＝325：156：690：1280，粉煤灰的用量为水泥用量的18％，高效减水剂用量为水泥用量的0.2％，水泥基渗透结晶活性母料用量为水泥用量的2％。
实施例2
配合比为水泥：水：砂：石子＝325：156：690：1280，粉煤灰的用量为水泥用量的18％，高效减水剂用量为水泥用量的0.2％，聚丙烯纤维为0.9kg/m3。
实施例3
配合比为水泥：水：砂：石子＝325：156：690：1280，粉煤灰的用量为水泥用量的18％，高效减水剂用量为水泥用量的0.2％，聚丙烯纤维为0.9kg/m3，水泥基渗透结晶活性母料为水泥用量的2％。
对比例1
配合比为水泥：水：砂：石子＝325：156：690：1280，粉煤灰的用量为水泥用量的18％，高效减水剂用量为水泥用量的0.2％。
根据《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)检验实施例 1-3及对比例1所得混凝土，混凝土龄期均为28d，检验结果如下表1。
表1
关于立方体抗压强度的结果分析：
实施例2中聚丙烯纤维掺入混凝土中后，使混凝土骨料间的空隙得到填充，从而使混凝土内部更加密实，因此能使混凝土的立方体抗压强度在一定程度上得到提高。然而，聚丙烯纤维本身的抗压与抗拉强度均比较低，这就使得聚丙烯纤维对混凝土的立方体抗压强度提高效果不是特别显著。
实施例1中水泥基渗透结晶活性母料掺入混凝土中以后，可以通过发生水化反应及毛细管作用进行渗透结晶，而母料中的特殊活性化学物质将会起到催化与激活的作用，促进结晶在混凝土的内部快速生成，并逐渐渗透到整个混凝土的内部，与混凝土砂浆中的游离子相互反应生成了不溶于水的结晶物质。同时还使混凝土集料之间的界面粘结力增强，混凝土内部微观组织结构得到改善，混凝土的内部更加密实，从而使得混凝土的立方体抗压强度得到提高。
实施例3与实施例1和2对比检验结果可以看出，水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维的复合掺入，两者的协同作用使立方体抗压强度的效果更加。
关于劈裂抗拉强度的结果分析：
实施例2中聚丙烯纤维掺入混凝土中以后，可以使混凝土骨料间的空隙得到填充，从而使得混凝土的内部更加密实，原有的弹性模量得到改变，有效提高了混凝土内部结构的连续性，并且聚丙烯纤维本身具有一定的抗拉能力，相当于嵌入混凝土内部的微小钢筋，均匀地锚固分散在混凝土内部，在劈裂产生裂缝的过程中，可以抵消一部分拉力，从而减小混凝土内部的应力，阻止裂纹的产生与发生。
实施例1中的水泥基渗透结晶母料掺入混凝土中以后，通过发生水化反应及毛细管作用进行渗透结晶，而母料中的特殊活性化学物质将会起到催化与激活的作用，促进结晶在混凝土的内部快速生成，并逐渐渗透到整个混凝土的内部，与混凝土砂浆中的游离子相互反应生成了不溶于水的结晶物质，并且，还使混凝土集料之间的界面粘结力增强，混凝土内部微观组织结构得到改善，混凝土的内部更加密实，在进行劈裂的过程中，可以对施加的一部分应力产生消散作用，从而使得混凝土的劈裂抗拉强度提高。
实施例3与实施例1和2对比检验结果可以看出，水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维的复合掺入，两者的协同作用使劈裂抗拉强度的效果更加。
关于抗折强度的结果分析：
实施例2中聚丙烯纤维掺入混凝土中后，混凝土骨料间的空隙得到填充，使得混凝土更加密实，原有的弹性模量得到改变，有效地提高了混凝土内部结构的连续性，并且聚丙烯纤维本身具有一定的抗拉能力，可以抵消一部抗折产生的应力，从而减小混凝土内部的应力，延长裂纹的产生与发生时间，从而使混凝土的抗折强度在一定程度上得到提高。
实施例1中水泥基渗透结晶母料掺入混凝土以后，通过发生水化反应及毛细管作用进行渗透结晶，而母料中的特殊活性化学物质将会起到催化与激活的作用，促进结晶在混凝土的内部快速生成，并逐渐渗透到整个混凝土的内部，与混凝土砂浆中的游离子相互反应生成了不溶于水的结晶物质。并且，还使混凝土集料之间的界面粘结力增强，混凝土内部微观组织结构得到改善，混凝土的内部更加密实，从而使得混凝土的立方体抗压强度提高。
实施例3与实施例1和2对比检验结果可以看出，水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维的复合掺入，两者的协同作用使抗折强度的效果更加。
关于抗渗性的结果分析：
实施例2中关于聚丙烯纤维之所以能提高混凝土的抗渗性，是由于聚丙烯纤维均匀地分散于混凝土试件中，对混凝土中的空隙起到了填充的作用，使得混凝土更加密实，改变了混凝土原有的高弹模特性，其脆性降低，混凝土基体的开裂破坏进程得到抑制。从微观结构的角度考虑，聚丙烯纤维堵塞或阻断了混凝土中的毛细气孔，混凝土中的渗水通道受到阻塞，显著改善混凝土内部空隙结构，使毛细气孔中静水压力作用减小，通过阻裂效应和“引气”效应的作用，有效抑制混凝土的损伤，从而使得在恒压条件下混凝土的渗水高度降低，混凝土的抗渗性得到提高。
实施例1中水泥基渗透结晶母料掺入混凝土中以后，通过发生水化反应及毛细管作用进行渗透结晶，而母料中的特殊活性化学物质将会起到催化与激活的作用，促进结晶在混凝土的内部快速生成，并逐渐渗透到整个混凝土的内部，与混凝土砂浆中的游离子相互反应生成了不溶于水的结晶物质，将混凝土中的空隙进行填充。并且，还使混凝土集料之间的界面粘结力增强，混凝土内部微观组织结构得到改善，混凝土内部更加密实，内部空隙更小，抗渗性得到提高。
实施例3与实施例1和2对比检验结果可以看出，水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维的复合掺入，两者的协同作用使抗渗性的效果更加。
实施例4
球铰与混凝土钢混界面防水粘结层材料的涂抹步骤如下：
步骤一，先用刷子将球铰表面清洁干净，使球铰与抗渗混凝土钢混界面保持清洁；
步骤二，擦除球铰涂抹涂料处的多余水分，保证球铰与抗渗混凝土钢混界面的干燥；
步骤三，用涂料刷蘸取防水涂料聚氨酯涂抹于与混凝土结合处的钢球铰面上，涂抹时分三次涂抹，每次涂抹量为总量的1/3，从而保证防水涂料涂抹均匀。
在实验室按照上述防水粘结材料的涂抹步骤将聚氨酯按照0.95kg/m2的用量均匀地涂抹在定制钢板面中心100mm*100mm上，然后将尺寸为 100mm*100mm*100mm的混凝土试件相对两个面进行拉毛处理，然后与钢板通过聚氨酯进行粘结。
对比例2：
与实施例4不同在于：将SBS改性沥青按照最佳用量1.18kg/m2的用量均匀地涂抹在定制钢板面中心100mm*100mm上，然后将尺寸为 100mm*100mm*100mm的混凝土试件相对两个面进行拉毛处理，然后与钢板通过聚氨酯进行粘结。
采用直接剪切试验对实施例4及对比例在不同温度、湿度以及冻融条件下的防水粘结性能进行测试，其抗剪强度结果如图3、4和表2。
表2
从实施例4与对比例2的对比结果看出，聚氨酯的防水粘结效果更加，更加适用于球铰与混凝土钢混界面的防水。
在东北地区，冬季的气温低至零下20℃，转体桥梁球铰和球铰周围的混凝土体积都很大，而两者的热膨胀与收缩系数差别也比较大。因此，用于两者之间的防水粘结材料需要能够在这种环境条件下协调两者之间剪切变形，以防止球铰面和混凝土界面由于剪切应力产生变形，从而避免接触面产生缝隙使水分进入到球铰面，进而渗入到球铰体系。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：包括混凝土浇筑的下承台，所述的下承台上浇筑第二抗渗混凝土层，所述的第二抗渗混凝土层上设置的下球铰，所述的下球铰上设置有与其配合的上球铰，所述的上球铰和下球铰之间设置有球铰副，所述的球铰副安装在下球铰上；所述的上球铰上浇筑有第一抗渗混凝土层，所述的第一抗渗混凝土层和第二抗渗混凝土层在混凝土制备过程中添加外加剂，所述的外加剂为水泥基渗透结晶母料和聚丙烯纤维，所述的水泥基渗透结晶母料与混凝土中水泥的质量比为1.5：100-2.5：100，所述的聚丙烯纤维在每立方米混凝土中加入0.8-1.2kg，所述的聚丙烯纤维的长度为12mm。
2.如权利要求1所述的一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：所述的混凝土中的水泥、水、砂和石子的质量比为320-330：190-200：680-700：1200-1300。
3.如权利要求1所述的一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：所述的聚丙烯纤维在每立方米混凝土中加入0.9kg。
4.如权利要求1所述的一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：所述的水泥基渗透结晶母料与混凝土中水泥的质量比为1：50。
5.如权利要求1所述的一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：所述的下球铰与第二抗渗混凝土层之间、上球铰与第一抗渗混凝土层之间为防水粘结层。
6.如权利要求5所述的一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：所述的防水粘结层的材料为聚氨酯或SBS改性沥青。
7.如权利要求6所述的一种具有防水球铰体系的转体桥梁，其特征在于：所述的防水粘结层的材料为聚氨酯，所述的聚氨酯涂覆在上球铰的上表面和下球铰的下表面，用量为0.95kg/m2。
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