CN113089480B - 一种钢桥面组合铺装结构及其铺装方法 - Google Patents

一种钢桥面组合铺装结构及其铺装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢桥面组合铺装结构及其铺装方法，铺装结构包括依次设置在桥面上的粘结层、弹性颗粒层、过渡层、加强层及面漆层；弹性颗粒层两侧设有若干排气管，排气管一端位于弹性颗粒层内、另一端穿过桥的侧壁与外界连通，排气管位于弹性颗粒层内的部分管壁上设有若干排气孔。本发明将多层不同材料和性能的功能层组合铺设，使整个铺装结构的综合性能达到较高的水平，并在铺装结构中设置排气管，使铺装结构内部的气体可以有效排出，防止了起皮、鼓泡现象，大幅提高了铺装结构的使用寿命。

Description

一种钢桥面组合铺装结构及其铺装方法
技术领域
本发明涉及桥梁面层铺装技术领域，尤其是涉及一种钢桥面组合铺装结构及其铺装方法。
背景技术
绿色节能概念在近些年来已深入建筑行业，特别是以绿色建材钢材为原材料的钢结构被广泛的应用，其中最具代表性的是钢结构桥梁。园林行业同样围绕绿色节能和景观造形复杂多样性的需求设计出了各种形状的钢结构景观桥梁以及人行天桥。考虑到钢桥面板的耐久性和行走舒适性，目前一般都会在桥面上进行铺装。
现有技术中对钢结构景观桥梁和人行天桥钢桥的面层进行铺设时一般采用混凝土或沥青混凝土铺设，或采用常规的塑胶铺装。例如，公开号为CN102828454A的专利文献公开的“一种可常温施工的树脂沥青混凝土铺装结构及其铺装方法”，该铺装结构包括涂覆在桥面钢板上的树脂沥青防水抗滑界面层及铺设在树脂沥青防水抗滑界面层上的冷拌树脂沥青混凝土层。公开号为CN110372295A的专利文献公开的一种“高强度高韧性轻质聚氨酯橡胶桥面铺装材料及其制备”，桥面铺装材料的配方具体为：矿质集料100份，聚氨酯胶结剂3～15份，水泥0～5份，矿粉0～5份，1～5mm粒径橡胶颗粒0～40份，粒径小于1mm的橡胶颗粒0～20份。
但上述现有的铺装结构均存在一定的缺陷：混凝土桥面施工较为复杂，材料对钢材有一定的腐蚀性，且与钢材的变形同步性较差，容易开裂渗水，没有弹性造成运动舒适感差容易受伤，修复较麻烦；沥青混凝土铺装同样存在施工较复杂(人行桥上小型机械不容易压实，保证不了密实度)，上下层间的温度变形不一致容易造成沥青面层开裂及渗水，温度稳定性差，夏天易软化泛油、冬季易脆裂，耐水性耐老化性能较差，弹性不够而影响行走舒适性和安全性等问题；塑胶材料铺装面层一定程度上改善了以上两种材料造成的缺陷，但依然存在着一些其它的问题，如聚氨酯(PU)层结构抗紫外线、抗疲劳性能不够出色，造成面层1-3年内易老化开裂，开裂后水分会渗入至钢桥面板，从而对钢材进行锈蚀作用；或在PU层结构中因软硬层间没有设置过渡层导至层间抓接性不佳、层间间隙气体不易排出而造成起皮、鼓泡等现象。
发明内容
本发明是为了克服现有的塑胶材料钢桥面铺装结构存在面层易老化开裂、层间抓接性不佳、层间间隙气体不易排出而造成起皮、鼓泡等现象的问题，提供一种钢桥面组合铺装结构及其制备方法，将多层不同性能的功能层组合铺设，使整个铺装结构的综合性能达到较高的水平，并在铺装结构中设置排气管，使铺装结构内部的气体可以有效排出，防止了起皮、鼓泡现象，大幅提高了铺装结构的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钢桥面组合铺装结构，包括依次设置在桥面上的粘结层、弹性颗粒层、过渡层、加强层及面漆层；所述弹性颗粒层两侧设有若干排气管，所述排气管一端位于弹性颗粒层内、另一端穿过桥的侧壁与外界连通，排气管位于弹性颗粒层内的部分管壁上设有若干排气孔。
本发明依次在钢桥面上设置粘结层、弹性颗粒层、过渡层、加强层及面漆层，粘结层可以使整个铺装结构与钢桥面有效粘结牢固，不易脱落；弹性颗粒层具有较好的弹性和高耐磨性，可以保护脚踝、增强舒适感，同时，本发明还在弹性颗粒层内设置了与外界连通的排气管，便于层内气体的排出，以消除因层间气体进入而引起的起皮、鼓泡现像；弹性颗粒层上设置的过渡层起到上下层不同硬度材料间的过渡和传力作用，提高了弹性颗粒层和加强层间的抓接性，同时过渡层还可以起到封闭上层可能的水份渗入下层的作用，避免水分渗入钢桥面表面导致桥面锈蚀；过渡层上设置加强层，进一步提高铺装结构的弹性；最后在最上层加刷面漆层，提高了铺装复合层的耐污染及耐老化性能。
因此，本发明充分利用各功能层的优良特性，进行合理分层组合铺装，使整个铺装结构的舒适安全性、抗冲击、抗变形、抗老化、耐磨性等综合性能达到较高的水平；分层组合铺装结构与钢面板有效粘结牢固，各层之间胶合情况良好，且层与层之间的过渡、受力传接情况优良；层内气体可以有效排出，防止起皮、鼓泡现象的发生；从而使铺装结构的使用寿命得到了大幅提高，一般可延长3～5年。
作为优选，所述弹性颗粒层两侧与桥的侧壁之间设有加强固定部，所述加强固定部的厚度为5～6cm，加强固定部的材料为硅PU。在弹性颗粒层两侧设置加强固定部，可以将排气管更牢固的固定在弹性颗粒层内，避免排气管松动脱落。
作为优选，所述排气管沿钢桥面长度方向均匀分布，钢桥面两侧的排气管交错设置。沿桥面长度方向均匀布置排气管，并使桥面两侧的排气管交错设置，可以有效利用层内空间，在尽量少的铺设排气管的同时保证桥面上各处层内的气体都可以有效排出，避免起皮、鼓泡现象的发生，延长铺装结构的使用寿命。
作为优选，所述排气管靠近桥的侧壁的一端沿桥面向下倾斜3～5°；排气管靠近桥的侧壁一端开口处设有除湿塞，所述除湿塞包括透气网袋及设置在透气网袋内的硅胶干燥剂，所述硅胶干燥剂的粒径越靠近排气管顶部越大。
排气管靠近侧封板的一端向下倾斜，可以避免外界环境中的水分、灰尘等污染物沿排气管进入铺装复合层内，同时也便于层内的水分沿排气管向外排出。在排气管与外界连通的一端设置除湿塞，除湿塞中的硅胶干燥剂可以有效吸收水分，并允许气体通过，在保证层内气体可以有效排出的同时避免了外界环境中的水分进入铺装复合层内，影响铺装结构的使用寿命。硅胶干燥剂的粒径越靠近排气管顶部越大，使排气管顶部的孔隙较大，便于层内气体从排气管顶部顺利排出，而底部孔隙较小，有利于充分吸收水分。
作为优选，所述粘结层的材料为聚氨酯，所述弹性颗粒层的材料包括EPDM颗粒和聚氨酯，所述过渡层的材料包括聚氨酯和橡胶粉；所述加强层的材料为硅PU，所述面漆层的材料包括硅PU和石英砂。
本发明的弹性颗粒层采用EPDM颗粒和聚氨酯粘结剂制成，EPDM颗粒具有高的弹性并能适度吸收脚部冲击力，可以减少体力消耗、减少运动伤害；同时EPDM颗粒还具有高度的抗耐磨性，可提高铺装结构的使用寿命。本发明的加强层由硅PU材料制成，弹性好，能吸收面层大部分的冲击力，在上面运动不易疲劳，且具有良好的耐污、耐老化性能，耐磨性和抗紫外线能力也能也有所提高。同时，本发明在较软的EPDM颗粒层和较硬的硅PU层之间设置了添加了橡胶粉的、硬度介于二者之间的过渡层，起到过渡和传力作用，提高了弹性颗粒层和加强层间的抓接性。面漆层中设置石英砂，可以进一步的加强铺装结构的防滑、防变形开裂等能力。
作为优选，所述弹性颗粒层中的EPDM颗粒的粒径为2～4mm，所述过渡层中的橡胶粉粒径为20～40目。
作为优选，所述粘结层的厚度为1～3mm，所述弹性颗粒层的厚度为15～20mm，所述过渡层的厚度为1～3mm，所述加强层的厚度为2～4mm，所述面漆层的厚度为1～3mm；所述排气管的内径为10～15mm，所述排气孔沿排气管表面均匀分布。
本发明还公开了一种上述钢桥面组合铺装结构的铺装方法，包括如下步骤：
(1)铺设粘结层：将封底胶涂覆在钢桥面上，固化后形成粘结层；
(2)铺设弹性颗粒层：将弹性颗粒与粘结剂混合均匀后将铺设在粘结层上，固化后形成弹性颗粒层；铺设时在弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留加强固定部的距离不进行铺设；
(3)预埋排气管：在铺设弹性颗粒层的同时，将两侧的排气管预埋在弹性颗粒层内；
(4)填充加强固定部：用加强层涂料填充弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留的位置至与弹性颗粒层面平，固化后形成加强固定部；
(5)铺设过渡层：将封底胶与胶粉混合后铺设在弹性颗粒层上，固化后形成过渡层；
(6)铺设加强层：将加强层涂料涂覆在过渡层表面，固化后形成加强层；
(7)铺设面漆层：将面漆涂覆在加强层表面，固化后最终得到所述铺装结构。
作为优选，步骤(2)中所述弹性颗粒为EPDM颗粒，所述粘结剂为聚氨酯粘结剂，弹性颗粒和粘结剂的质量比为5～6:1。
作为优选，所述EPDM颗粒经过表面改性，改性方法为：
A)制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将35～45份聚己二酸丁二醇酯、10～15份聚醚二元醇和2～3份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，90～95℃抽真空脱水后降至75～80℃，加入25～35份甲苯二异氰酸酯、2～4份二甘醇和0.001～0.005份二月桂酸二丁基锡，保温反应2～3h；再降温至65～70℃，加入7～8份N-甲基二乙醇胺，反应2～3h；降温至50℃以下，加入冰醋酸中和至中和度100～110％，然后搅拌状态加入100～120份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B)包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入表面活性剂，搅拌均匀后再加入EPDM颗粒，EPDM颗粒与阳离子聚氨酯乳液的比例为1g:50～100mL，搅拌30～40min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为8～12％的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌30～40min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
C)致孔：将2-叠氮对苯二甲酸溶于水，超声30～40min后得到浓度为15～20mg的2-叠氮对苯二甲酸溶液；将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于2-叠氮对苯二甲酸溶液中浸泡1～2h，过滤后将产物用紫外光照射3～5min，干燥后得到多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
D)负载聚乙烯亚胺：将多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于质量浓度为5～8％的聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌吸附6～8h，多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒与聚乙烯亚胺水溶液的质量体积比为1g:100～150mL，过滤后将产物干燥得到表面改性的EPDM颗粒。
由于聚氨酯粘结剂固化时，-NCO与水反应会释放二氧化碳，故成型后的弹性颗粒层内会存在较多气泡，很难完全从排气管中排出，会影响铺装结构的性能和使用寿命。并且，由于EPDM与聚氨酯极性相差较大，聚氨酯粘结剂对EPDM颗粒的粘结性一般，固化后EPDM颗粒易出现脱粒现象，影响铺装结构的性能和施工。
因此，本发明为了改善聚氨酯粘结剂与EPDM颗粒的粘结性，并减少弹性颗粒层内的气泡产生，对EPDM颗粒进行了表面改性，先通过步骤A)制备出具有良好疏水性的阳离子聚氨酯乳液，然后通过步骤B)用其对EPDM颗粒表面进行包覆，得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒，改善了EPDM颗粒表面与聚氨酯粘结剂的极性差异，提高了改性后的EPDM颗粒与粘结剂的粘结性能；再通过步骤C)，利用EPDM颗粒表面包覆的阳离子聚氨酯层与2-叠氮对苯二甲酸中COO-的静电吸附作用，将2-叠氮对苯二甲酸吸附和富集在聚氨酯层内，用紫外光照射后，2-叠氮对苯二甲酸中的叠氮基团可以分解为氮气逸出，从而在聚氨酯层内形成大量孔隙，在EPDM表面形成了具有多孔结构的聚氨酯层；最后将多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒浸渍于聚乙烯亚胺水溶液中，将聚乙烯亚胺负载在多孔聚氨酯层的孔道内，得到了表面具有负载了聚乙烯亚胺的多孔聚氨酯结构的EPDM颗粒。
本发明中的改性EPDM颗粒，利用表面多孔聚氨酯层大的孔容和高的比表面积实现了聚乙烯亚胺的负载，从而实现活性氨基基团的分散；通过表面氨基对CO2的化学吸附，可以实现对聚氨酯粘结剂固化产生的CO2的捕集，弹性颗粒层中的CO2大部分被改性EPDM颗粒吸附，其余的可以从排气管排出，有效减少了气泡产生，提高了铺装结构的性能。
作为优选，步骤(5)中所述封底胶为聚氨酯胶水，所述封底胶与胶粉的质量比为10:1～2。胶粉的添加量在此范围内，可以有效的起到软硬不同的弹性颗粒层和加强层之间的过渡作用，提高两层之间的抓接力。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)充分利用各种不同材料的功能层的优良特性，进行合理分层组合铺装，使整个铺装结构的舒适安全性、抗冲击、抗变形、抗老化、耐磨性等综合性能达到较高的水平；
(2)分层组合铺装结构层与钢面板有效粘结牢固，各层之间胶合情况良好，且层与层之间的过渡、受力传接情况优良；层内气体可以有效排出，防止起皮、鼓泡现象的发生；使铺装复合层的使用寿命得到了大幅提高，一般可延长3-5年；
(3)铺装过程比较简单易行，不需要依赖大型机械；
(4)对EPDM颗粒进行表面改性，得到了表面具有负载了聚乙烯亚胺的多孔聚氨酯结构的EPDM颗粒，利用表面多孔聚氨酯层大的孔容和高的比表面积实现了活性氨基基团的分散；通过表面氨基对CO2的化学吸附，可以实现对聚氨酯粘结剂固化产生的CO2的捕集，有效减少了气泡产生，提高了铺装结构的性能。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图。
图2是本发明的排气管沿钢桥面分布示意图。
图3是本发明中的排气管的结构示意图。
图中：1钢桥面、2粘结层、3弹性颗粒层、4过渡层、5加强层、6面漆层、7排气管、701排气孔、702除湿塞、8加强固定部。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
如图1所示，一种钢桥面组合铺装结构，包括依次设置在桥面1上的粘结层2、弹性颗粒层3、过渡层4、加强层5及面漆层6；其中，粘结层的材料为聚氨酯，弹性颗粒层的材料包括EPDM颗粒和聚氨酯，过渡层的材料包括聚氨酯和绿色橡胶粉，加强层的材料为硅PU，面漆层的材料包括硅PU和石英砂。
弹性颗粒层两侧与桥的侧壁之间设有材料为硅PU的加强固定部8，弹性颗粒层内两侧设有若干长度为0.4m的排气管7，排气管一端位于弹性颗粒层内、另一端穿过加强固定部和桥的侧壁与外界连通，排气管靠近桥的侧壁的一端沿钢桥面向下倾斜4°；如图2所示，排气管沿钢桥面长度方向均匀分布，钢桥面两侧的排气管交错设置，同侧相邻两排气管之间的距离为10m；如图3所示，排气管位于弹性颗粒层内的部分管壁上设有沿表面均匀分布的若干排气孔701，排气管靠近桥的侧壁一端开口处设有除湿塞702，除湿塞包括透气网袋及设置在透气网袋内的硅胶干燥剂，硅胶干燥剂的粒径越靠近排气管顶部越大。
本发明的各实施例中，使用的各材料如下：
封底胶采用双组份聚氨酯胶水：
A组分：聚醚多元醇VORANOL 2000LM，陶氏化学(上海)有限公司；
B组分：MDI，巴斯夫聚氨酯(韩国)有限公司；
弹性颗粒层的粘结剂采用单组分水性聚氨酯粘结剂：YS-3000，陶氏化学(上海)有限公司；加强层涂料和面漆采用购自上海意罗涂料有限公司的水性硅PU涂料；
EPDM颗粒和绿色橡胶粉购自江苏恩派新材料科技有限公司。
实施例1：
粘结层的厚度为2mm，弹性颗粒层的厚度为18mm，过渡层的厚度为2mm，加强层的厚度为3mm，面漆层的厚度为2mm；排气管的内径为15mm，加强固定部的厚度为5cm。
铺装结构的铺装方法为：
(1)铺设粘结层：对钢桥面板进行清理杂物浮尘、除锈，清水冲洗吹干后将双组份聚氨酯封底胶按A组分和B组分质量比1:6混合后涂覆在钢桥面上，固化后形成粘结层；
(2)铺设弹性颗粒层：将2～4mm粒径的EPDM颗粒与单组分水性聚氨酯粘结剂按质量比5.5：1混合均匀后将铺设在粘结层上，用幔刀反复抹平收光，固化后形成弹性颗粒层；铺设时在弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留5cm不进行铺设；
(3)预埋排气管：在铺设弹性颗粒层的同时，将两侧的排气管外包土工滤布后预埋在弹性颗粒层内；
(4)填充加强固定部：用水性硅PU涂料填充弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留的位置至与弹性颗粒层面平，固化后形成加强固定部；
(5)铺设过渡层：待24h之后弹性颗粒层完全凝固后，将质量比为10:1的封底胶与30目绿色橡胶粉混合后用抹刀铺设在弹性颗粒层上，固化后形成过渡层；
(6)铺设加强层：将水性硅PU涂料沿一个方向倒在过渡层上，用耙耙平，进行加强层施工，加强层用上述方法分三遍施工完成，待每遍干固后用打磨机进行打磨，认真检查缺陷并修复后，再继续施工下一道工序；
(7)铺设面漆层：面漆层分三道进行滚涂，第一道在水性硅PU涂料中加入15wt％的150目石英砂搅拌均匀施工，第二遍加入5wt％的150目石英砂，第三遍不加石英砂；待面漆层干固后，保养5天以上即可投入使用。
实施例2：
粘结层的厚度为2mm，弹性颗粒层的厚度为18mm，过渡层的厚度为2mm，加强层的厚度为3mm，面漆层的厚度为2mm；排气管的内径为15mm，加强固定部的厚度为5cm。
铺装结构的铺装方法为：
(1)铺设粘结层：对钢桥面板进行清理杂物浮尘、除锈，清水冲洗吹干后将双组份聚氨酯封底胶按A组分和B组分质量比1:6混合后涂覆在钢桥面上，固化后形成粘结层；
(2)铺设弹性颗粒层：将表面改性的EPDM颗粒与单组分水性聚氨酯粘结剂按质量比5.5：1混合均匀后将铺设在粘结层上，用幔刀反复抹平收光，固化后形成弹性颗粒层；铺设时在弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留5cm不进行铺设；
其中，EPDM颗粒的改性方法为：
A)制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将40份聚己二酸丁二醇酯、12份聚醚二元醇和2.5份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，91℃抽真空脱水后降至78℃，加入30份甲苯二异氰酸酯、3份二甘醇和0.003份二月桂酸二丁基锡，保温反应2.5h；再降温至68℃，加入7.5份N-甲基二乙醇胺，反应2.5h；降温至45℃后加入冰醋酸中和至中和度105％，然后搅拌状态加入110份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B)包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入十二烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀后再加入2～4mm粒径的EPDM颗粒，EPDM颗粒、十二烷基三甲基溴化铵与阳离子聚氨酯乳液的添加比例为1g:0.1g:80mL，搅拌35min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为10％的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌35min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；C)致孔：将2-叠氮对苯二甲酸溶于水，超声功率300W、超声35min后得到浓度为16mg的2-叠氮对苯二甲酸溶液；将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于2-叠氮对苯二甲酸溶液中浸泡1.5h，过滤后将产物用波长为280nm的紫外光照射4min，干燥后得到多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
D)负载聚乙烯亚胺：将多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于质量浓度为6％的聚乙烯亚胺(分子量300)水溶液中，搅拌吸附7h，多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒与聚乙烯亚胺水溶液的质量体积比为1g:120mL，过滤后将产物干燥得到表面改性的EPDM颗粒；
(3)预埋排气管：在铺设弹性颗粒层的同时，将两侧的排气管外包土工滤布后预埋在弹性颗粒层内；
(4)填充加强固定部：用水性硅PU涂料填充弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留的位置至与弹性颗粒层面平，固化后形成加强固定部；
(5)铺设过渡层：待24h之后弹性颗粒层完全凝固后，将质量比为10:1的封底胶与30目绿色橡胶粉混合后用抹刀铺设在弹性颗粒层上，固化后形成过渡层；
(6)铺设加强层：将水性硅PU涂料沿一个方向倒在过渡层上，用耙耙平，进行加强层施工，加强层用上述方法分三遍施工完成，待每遍干固后用打磨机进行打磨，认真检查缺陷并修复后，再继续施工下一道工序；
(7)铺设面漆层：面漆层分三道进行滚涂，第一道在水性硅PU涂料中加入15wt％的150目石英砂搅拌均匀施工，第二遍加入5wt％的150目石英砂，第三遍不加石英砂；待面漆层干固后，保养5天以上即可投入使用。
实施例3：
粘结层的厚度为1mm，弹性颗粒层的厚度为15mm，过渡层的厚度为1mm，加强层的厚度为4mm，面漆层的厚度为3mm；排气管的内径为10mm，加强固定部的厚度为5cm。
铺装结构的铺装方法为：
(1)铺设粘结层：对钢桥面板进行清理杂物浮尘、除锈，清水冲洗吹干后将双组份聚氨酯封底胶按A组分和B组分质量比1:6混合后涂覆在钢桥面上，固化后形成粘结层；
(2)铺设弹性颗粒层：将表面改性的EPDM颗粒与单组分水性聚氨酯粘结剂按质量比5:1混合均匀后将铺设在粘结层上，用幔刀反复抹平收光，固化后形成弹性颗粒层；铺设时在弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留5cm不进行铺设；
其中，EPDM颗粒的改性方法为：
A)制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将35份聚己二酸丁二醇酯、10份聚醚二元醇和2份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，90℃抽真空脱水后降至75℃，加入25份甲苯二异氰酸酯、2份二甘醇和0.001份二月桂酸二丁基锡，保温反应3h；再降温至65℃，加入7份N-甲基二乙醇胺，反应3h；降温至45℃后加入冰醋酸中和至中和度100％，然后搅拌状态加入100份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B)包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入十二烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀后再加入2～4mm粒径的EPDM颗粒，EPDM颗粒、十二烷基三甲基溴化铵与阳离子聚氨酯乳液的添加比例为1g:0.1g:50mL，搅拌30min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为8％的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌30min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；C)致孔：将2-叠氮对苯二甲酸溶于水，超声功率300W、超声30min后得到浓度为15mg的2-叠氮对苯二甲酸溶液；将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于2-叠氮对苯二甲酸溶液中浸泡2h，过滤后将产物用波长为280nm的紫外光照射5min，干燥后得到多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
D)负载聚乙烯亚胺：将多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于质量浓度为5％的聚乙烯亚胺(分子量300)水溶液中，搅拌吸附6h，多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒与聚乙烯亚胺水溶液的质量体积比为1g:100mL，过滤后将产物干燥得到表面改性的EPDM颗粒；
(3)预埋排气管：在铺设弹性颗粒层的同时，将两侧的排气管外包土工滤布后预埋在弹性颗粒层内；
(4)填充加强固定部：用水性硅PU涂料填充弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留的位置至与弹性颗粒层面平，固化后形成加强固定部；
(5)铺设过渡层：待24h之后弹性颗粒层完全凝固后，将质量比为10:1的封底胶与20目绿色橡胶粉混合后用抹刀铺设在弹性颗粒层上，固化后形成过渡层；
(6)铺设加强层：将水性硅PU涂料沿一个方向倒在过渡层上，用耙耙平，进行加强层施工，加强层用上述方法分三遍施工完成，待每遍干固后用打磨机进行打磨，认真检查缺陷并修复后，再继续施工下一道工序；
(7)铺设面漆层：面漆层分三道进行滚涂，第一道在水性硅PU涂料中加入15wt％的150目石英砂搅拌均匀施工，第二遍加入5wt％的150目石英砂，第三遍不加石英砂；待面漆层干固后，保养5天以上即可投入使用。
实施例4：
粘结层的厚度为3mm，弹性颗粒层的厚度为20mm，过渡层的厚度为3mm，加强层的厚度为2mm，面漆层的厚度为1mm；排气管的内径为15mm，加强固定部的厚度为6cm。
铺装结构的铺装方法为：
(1)铺设粘结层：对钢桥面板进行清理杂物浮尘、除锈，清水冲洗吹干后将双组份聚氨酯封底胶按A组分和B组分质量比1:6混合后涂覆在钢桥面上，固化后形成粘结层；
(2)铺设弹性颗粒层：将表面改性的EPDM颗粒与单组分水性聚氨酯粘结剂按质量比5:1混合均匀后将铺设在粘结层上，用幔刀反复抹平收光，固化后形成弹性颗粒层；铺设时在弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留6cm不进行铺设；
其中，EPDM颗粒的改性方法为：
A)制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将45份聚己二酸丁二醇酯、15份聚醚二元醇和3份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，95℃抽真空脱水后降至80℃，加入35份甲苯二异氰酸酯、4份二甘醇和0.005份二月桂酸二丁基锡，保温反应2h；再降温至70℃，加入8份N-甲基二乙醇胺，反应2h；降温至45℃后加入冰醋酸中和至中和度110％，然后搅拌状态加入120份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B)包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入十二烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀后再加入2～4mm粒径的EPDM颗粒，EPDM颗粒、十二烷基三甲基溴化铵与阳离子聚氨酯乳液的添加比例为1g:0.1g:100mL，搅拌40min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为12％的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌40min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
C)致孔：将2-叠氮对苯二甲酸溶于水，超声功率300W、超声40min后得到浓度为20mg的2-叠氮对苯二甲酸溶液；将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于2-叠氮对苯二甲酸溶液中浸泡1h，过滤后将产物用波长为280nm的紫外光照射3min，干燥后得到多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
D)负载聚乙烯亚胺：将多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于质量浓度为8％的聚乙烯亚胺(分子量300)水溶液中，搅拌吸附8h，多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒与聚乙烯亚胺水溶液的质量体积比为1g:150mL，过滤后将产物干燥得到表面改性的EPDM颗粒；
(3)预埋排气管：在铺设弹性颗粒层的同时，将两侧的排气管外包土工滤布后预埋在弹性颗粒层内；
(4)填充加强固定部：用水性硅PU涂料填充弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留的位置至与弹性颗粒层面平，固化后形成加强固定部；
(5)铺设过渡层：待24h之后弹性颗粒层完全凝固后，将质量比为5:1的封底胶与40目绿色橡胶粉混合后用抹刀铺设在弹性颗粒层上，固化后形成过渡层；
(6)铺设加强层：将水性硅PU涂料沿一个方向倒在过渡层上，用耙耙平，进行加强层施工，加强层用上述方法分三遍施工完成，待每遍干固后用打磨机进行打磨，认真检查缺陷并修复后，再继续施工下一道工序；
(7)铺设面漆层：面漆层分三道进行滚涂，第一道在水性硅PU涂料中加入15wt％的120目石英砂搅拌均匀施工，第二遍加入5wt％的120目石英砂，第三遍不加石英砂；待面漆层干固后，保养5天以上即可投入使用。
对比例1(不设置排气管)：
对比例1中不在弹性颗粒层两侧设置排气管，其余均与实施例1中相同。
对比例2(不设置过渡层)：
对比例2中的铺装结构中不设置过渡层，其余均与实施例1中相同。
对比例3(EPDM颗粒表面不负载聚乙烯亚胺)：
对比例3中弹性颗粒层中使用的EPDM颗粒的改性方法为：
A)制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将40份聚己二酸丁二醇酯、12份聚醚二元醇和2.5份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，91℃抽真空脱水后降至78℃，加入30份甲苯二异氰酸酯、3份二甘醇和0.003份二月桂酸二丁基锡，保温反应2.5h；再降温至68℃，加入7.5份N-甲基二乙醇胺，反应2.5h；降温至45℃后加入冰醋酸中和至中和度105％，然后搅拌状态加入110份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B)包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入十二烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀后再加入2～4mm粒径的EPDM颗粒，EPDM颗粒、十二烷基三甲基溴化铵与阳离子聚氨酯乳液的添加比例为1g:0.1g:80mL，搅拌35min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为10％的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌35min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
C)致孔：将2-叠氮对苯二甲酸溶于水，超声功率300W、超声35min后得到浓度为16mg的2-叠氮对苯二甲酸溶液；将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于2-叠氮对苯二甲酸溶液中浸泡1.5h，过滤后将产物用波长为280nm的紫外光照射4min，干燥后得到表面改性的EPDM颗粒；其余均与实施例2中相同。
对比例4(不对聚氨酯层进行致孔)：
对比例4中弹性颗粒层中使用的EPDM颗粒的改性方法为：
A)制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将40份聚己二酸丁二醇酯、12份聚醚二元醇和2.5份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，91℃抽真空脱水后降至78℃，加入30份甲苯二异氰酸酯、3份二甘醇和0.003份二月桂酸二丁基锡，保温反应2.5h；再降温至68℃，加入7.5份N-甲基二乙醇胺，反应2.5h；降温至45℃后加入冰醋酸中和至中和度105％，然后搅拌状态加入110份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B)包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入十二烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀后再加入2～4mm粒径的EPDM颗粒，EPDM颗粒、十二烷基三甲基溴化铵与阳离子聚氨酯乳液的添加比例为1g:0.1g:80mL，搅拌35min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为10％的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌35min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；C)负载聚乙烯亚胺：将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于质量浓度为6％的聚乙烯亚胺(分子量300)水溶液中，搅拌吸附7h，聚氨酯包覆的EPDM颗粒与聚乙烯亚胺水溶液的质量体积比为1g:120mL，过滤后将产物干燥得到表面改性的EPDM颗粒；
其余均与实施例2中相同。
对上述实施例和对比例中的铺装结构性能进行测试，结果如表1中所示。测试方法参照GB/T14833-2011。
表1：铺装结构性能测试结果。
Figure GDA0003658434690000121
从表1中可以看出，实施例1～4中采用本发明中的铺装方法得到的铺装结构，具有较高的冲击吸收能力，运动性能和缓冲保护性能好，对足底、脚踝、膝盖的保护性佳；并且具有较高的抗滑值、适中的垂直变形，使用性能好；拉伸强度、断裂伸长率高，使用寿命长。并且，实施例2～4中采用经本发明中的方法表面改性后的EPDM颗粒作为弹性颗粒层材料，可以有效对聚氨酯粘结剂固化产生的CO2进行吸收，减少层内气泡的产生，从而进一步提高了铺装结构的冲击吸收、拉伸强度及断裂伸长率，提高了铺装结构的使用性能和使用寿命。
而对比例1中不在弹性颗粒层两侧设置排气管，层内大部分气体无法顺利排出，导致与实施例1相比拉伸强度和断裂伸长率显著降低，影响使用寿命。对比例2中不在弹性颗粒层和加强层之间设置过渡层对其硬度进行过渡，层间的抓接性下降，导致拉伸强度和断裂伸长率降低，同样会影响使用寿命。对比例3中对EPDM颗粒进行表面改性时，不在多孔聚氨酯层内负载聚乙烯亚胺，改性EPDM颗粒对CO2的吸附性能与实施例2中相比显著降低，导致弹性颗粒层内气泡无法有效消除，铺装结构的性能下降；对比例4中不对聚氨酯层进行致孔，无法通过多孔结构吸附CO2，也无法负载聚乙烯亚胺，对CO2的吸附性能同样降低，铺装结构的性能下降。

Claims (10)

1.一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，包括依次设置在桥面（1）上的粘结层（2）、弹性颗粒层（3）、过渡层（4）、加强层（5）及面漆层（6）；所述弹性颗粒层两侧设有若干排气管（7），所述排气管一端位于弹性颗粒层内、另一端穿过桥的侧壁与外界连通，排气管位于弹性颗粒层内的部分管壁上设有若干排气孔（701）；
所述弹性颗粒层的材料包括EPDM颗粒和聚氨酯，所述EPDM颗粒经过表面改性，改性方法为：
A）制备阳离子聚氨酯乳液：以重量份计，将35~45份聚己二酸丁二醇酯、10~15份聚醚二元醇和2~3份羟丙基聚二甲基硅氧烷混合，90~95℃抽真空脱水后降至75~80℃，加入25~35份甲苯二异氰酸酯、2~4份二甘醇和0.001~0.005份二月桂酸二丁基锡，保温反应2~3h；再降温至65~70℃，加入7~8份N-甲基二乙醇胺，反应2~3h；降温至50℃以下，加入冰醋酸中和至中和度100~110%，然后搅拌状态加入100~120份水乳化，得到阳离子聚氨酯乳液；
B）包覆EPDM颗粒：向阳离子聚氨酯乳液中加入表面活性剂，搅拌均匀后再加入EPDM颗粒，EPDM颗粒与阳离子聚氨酯乳液的比例为1g:50~100mL，搅拌30~40min；然后再搅拌状态下向体系中滴加质量浓度为8~12%的明矾溶液至乳液破乳，继续搅拌30~40min后过滤，将产物洗涤得到聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
C）致孔：将2-叠氮对苯二甲酸溶于水，超声30~40min后得到浓度为15~20mg的2-叠氮对苯二甲酸溶液；将聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于2-叠氮对苯二甲酸溶液中浸泡1~2h，过滤后将产物用紫外光照射3~5min，干燥后得到多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒；
D）负载聚乙烯亚胺：将多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒置于质量浓度为5~8%的聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌吸附6~8h，多孔聚氨酯包覆的EPDM颗粒与聚乙烯亚胺水溶液的质量体积比为1g:100~150mL，过滤后将产物干燥得到表面改性的EPDM颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，所述弹性颗粒层两侧与桥的侧壁之间设有加强固定部（8），所述加强固定部的厚度为5~6cm，加强固定部的材料为硅PU。
3.根据权利要求1所述的一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，所述排气管沿钢桥面长度方向均匀分布，钢桥面两侧的排气管交错设置。
4.根据权利要求1所述的一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，所述排气管靠近桥的侧壁的一端沿桥面向下倾斜3~5°；排气管靠近桥的侧壁一端开口处设有除湿塞（702），所述除湿塞包括透气网袋及设置在透气网袋内的硅胶干燥剂，所述硅胶干燥剂的粒径越靠近排气管顶部越大。
5.根据权利要求1所述的一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，所述粘结层的材料为聚氨酯，所述过渡层的材料包括聚氨酯和橡胶粉；所述加强层的材料为硅PU，所述面漆层的材料包括硅PU和石英砂。
6.根据权利要求1所述的一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，所述弹性颗粒层中的EPDM颗粒的粒径为2~4mm，所述过渡层中的橡胶粉粒径为20~40目。
7.根据权利要求1所述的一种钢桥面组合铺装结构，其特征是，所述粘结层的厚度为1~3mm，所述弹性颗粒层的厚度为15~20mm，所述过渡层的厚度为1~3mm，所述加强层的厚度为2~4mm，所述面漆层的厚度为1~3mm；所述排气管的内径为10~15mm，所述排气孔沿排气管表面均匀分布。
8.一种如权利要求1~7任一所述的钢桥面组合铺装结构的铺装方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）铺设粘结层：将封底胶涂覆在钢桥面上，固化后形成粘结层；
（2）铺设弹性颗粒层：将弹性颗粒与粘结剂混合均匀后将铺设在粘结层上，固化后形成弹性颗粒层；铺设时在弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留加强固定部的距离不进行铺设；
（3）预埋排气管：在铺设弹性颗粒层的同时，将两侧的排气管预埋在弹性颗粒层内；
（4）填充加强固定部：用加强层涂料填充弹性颗粒层与桥的侧壁之间预留的位置至与弹性颗粒层面平，固化后形成加强固定部；
（5）铺设过渡层：将封底胶与胶粉混合后铺设在弹性颗粒层上，固化后形成过渡层；
（6）铺设加强层：将加强层涂料涂覆在过渡层表面，固化后形成加强层；
（7）铺设面漆层：将面漆涂覆在加强层表面，固化后最终得到所述铺装结构。
9.根据权利要求8所述的一种钢桥面组合铺装结构的铺装方法，其特征是，步骤（2）中所述弹性颗粒为EPDM颗粒，所述粘结剂为聚氨酯粘结剂，弹性颗粒和粘结剂的质量比为5~6:1。
10.根据权利要求8所述的一种钢桥面组合铺装结构的铺装方法，其特征是，步骤（5）中所述封底胶为聚氨酯胶水，所述封底胶与胶粉的质量比为10:1~2。
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