CN116240796A

CN116240796A - 一种低泊松比弹性体、无缝式伸缩装置及施工工艺

Info

Publication number: CN116240796A
Application number: CN202211734416.7A
Authority: CN
Inventors: 张志祥; 张辉; 赵梦龙; 潘友强; 李庆祥
Original assignee: Jiangsu Changlu Zhizao Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Changlu Zhizao Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-06-09
Also published as: WO2024139905A1

Abstract

本发明涉及桥梁伸缩缝工程技术领域，尤其涉及一种低泊松比弹性体、无缝式伸缩装置及施工工艺，其中，低泊松比弹性体按照重量分数计算，包括：70%～80% 负泊松比单元和20%～30% 高韧树脂胶结料，经过测试，低泊松比弹性体的泊松比为0～0.01，硬度为60～70IRHD，定伸弹性模量≤2Mpa，与钢板的粘结拉伸强度≥2.5Mpa，本发明采用负泊松比单元与高韧树脂胶结料拌合形成低泊松比弹性体，实现伸缩缝树脂弹性体材料的低泊松比化，解决了树脂弹性体在受到拉伸和压缩的情况下体积不变引起的装置表面平整度变化问题，在相同宽度下，低泊松比弹性体能够满足更大的伸缩变形量。

Description

一种低泊松比弹性体、无缝式伸缩装置及施工工艺

技术领域

本发明涉及桥梁伸缩缝工程技术领域，尤其涉及一种低泊松比弹性体、无缝式伸缩装置及施工工艺。

背景技术

伸缩缝是桥梁的重要结构，不仅关乎桥梁的结构安全，能有效缓冲桥梁形变或者震动带来的结构间的挤压或拉动，同时也是路面行车安全的重要保障。

现有的树脂无缝式桥梁伸缩缝技术受限于材料自身泊松比性能，树脂弹性体在变形时体积不发生明显变化，因此，在水平向受桥梁挤压时，树脂弹性体竖向容易凸起，水平向受桥梁拉伸时，树脂弹性体竖向会产生凹陷，其表面平整度随气温变化较大，增加了行车颠簸感和行车噪音，影响行车舒适性。树脂弹性体侧面大多依靠与角钢的粘结固定，在重载交通和温度变化作用下粘接界面容易开裂，导致角钢锈蚀，减少装置使用寿命。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种低泊松比弹性体、无缝式伸缩装置及施工工艺，旨在提升树脂无缝式伸缩装置的抗冲击和承载性能，并减少平整度变化来降低行车噪音，提高行车舒适性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种低泊松比弹性体，按照重量分数计算，包括：70％～80％负泊松比单元和20％～30％高韧树脂胶结料。

进一步地，所述低泊松比弹性体的泊松比为0～0.01，硬度为60～70IRHD，定伸弹性模量≤2Mpa，与钢板的粘结拉伸强度≥2.5Mpa。

需要解释的是，本公开提供的低泊松比弹性体的泊松比为0～0.01，在受到车辆轮胎冲击挤压时，低泊松比弹性体受碾压的部分标线处负泊松比效应，能够有效吸收冲击振动，同时竖向变形更小，使得行车噪音低，行车舒适性更高。

进一步地，所述负泊松比单元为内凹六边体橡胶弹性体，采用EPDM橡胶颗粒原料经高温熔化后，以高压注入内凹四边形模具中，经V型裁刀裁剪后制成。

本公开提供的低泊松比弹性体由于内部含有内凹六边体橡胶弹性体，在冬季气温降低时，桥梁混凝土收缩，超低泊松比树脂弹性体在水平向受到拉伸作用，在竖向上弹性树脂产生收缩而负泊松比单元产生膨胀，超低泊松比树脂弹性体最终保持竖向高度不变或微小下凹，减少冬季低温伸缩装置表面平整度变化，在夏季气温升高时，桥梁混凝土膨胀，超低泊松比树脂弹性体在水平向受到压缩变形，在竖向上弹性树脂产生膨胀而负泊松比单元产生压缩，超低泊松比树脂弹性体最终保持竖向高度不变或微小凸起，减少夏季高温下伸缩装置表面平整度变化。

进一步地，所述负泊松比单元的泊松比为-0.1～-0.05，粒径为16～30目，含水率≤1％。

进一步地，所述高韧树脂胶结料由A组分和B组分按照1：1比例混合制备而成，按照质量份数计算，所述A组分包括聚醚多元醇50～65份、氧化钙1～7份、二乙醇胺30～50份和消泡剂1～5份，所述B组分包括异氰酸酯50～70份、双酚A型环氧树脂5～10份、1,4-丁二醇1～4份和有机金属类催化剂2～5份。

进一步地，所述高韧树脂胶结料的制备方法包括如下步骤：

S1：将聚醚多元醇进行脱水，按照设计配比将脱水后的聚醚多元醇、氧化钙、二乙醇胺和消泡剂置于搅拌容器中进行搅拌，搅拌时间为30min；

S2：按照设计配比将异氰酸酯、双酚A型环氧树脂、丁二醇和有机金属类催化剂置于搅拌容器中进行搅拌，搅拌时间为30min；

S3：使用时，将S1获得的A组分混合物和S2获得的B组分混合物以及负泊松比单元进行拌合后浇筑于坑槽内。

本公开还提供了一种无缝式伸缩装置，布设于相邻箱梁之间的伸缩缝上方，所述箱梁上方设置有沥青混凝土铺装层，包括：两个侧模板、梳齿垫板、两个外置角钢、若干个传力杆和低泊松比弹性体，所述箱梁连同所述沥青混凝土铺装层于所述伸缩缝两侧挖设有坑槽，位于所述箱梁内部的预埋钢筋上部分暴露于所述坑槽内，两个所述侧模板竖直对称设置于所述伸缩缝两侧上方，所述梳齿垫板水平铺设于所述侧模板上方，所述梳齿垫板两端通过第一剪力钉与所述预埋钢筋固定连接，两个所述外置角钢分别位于所述梳齿垫板的两侧，所述外置角钢底部设置有调节底板，所述调节底板通过锚固螺栓和第二剪力钉固定于所述预埋钢筋上，所述外置角钢、所述调节底盘和所述梳齿垫板之间围成浇筑槽，所述外置角钢相对的端面设置有多个贯穿孔，所述传力杆固定于所述贯穿孔内，所述低泊松比弹性体浇筑于所述浇筑槽内，所述侧模板和所述坑槽侧壁之间还浇筑有水泥混凝土。

进一步地，所述传力杆包括螺纹钢管和柔性套管，所述柔性套管一端封闭、另一端开口，所述柔性套管内置入有呈压缩状态的弹簧，所述柔性套管开口端套设于所述螺纹钢管上且部分重合，所述柔性套管和所述螺纹钢管重合部分穿设于所述角钢的贯穿孔内且通过位于所述角钢两侧的固定环卡住，所述柔性套管位于所述浇筑槽内。

本公开中可以采用传统的金属杆作为传力杆，比如采用整根金属杆穿插于角钢的贯穿孔内，但一方面由于金属材质与低泊松比弹性体连接强度低，很容易发生分离，另一方面，金属材质随着季节变化，其体积几乎不变，所以，无法跟随负泊松比弹性体协同变形，因此，本公开具体提供了一种新的传力杆，该传力杆插入水泥混凝土的部分为螺纹钢管，而插入到低泊松比弹性体的部分为柔性套管，且柔性套管是成型于低泊松比弹性体内部，柔性套管优选聚氨酯材质，具备弹性，通过柔性套管和内置弹簧的组合，可与负泊松比弹性体协同变形，以吸收界面应力，避免界面开裂。

进一步地，所述螺纹钢管与所述柔性套管接触的端部还设置有限位杆，所述弹簧部分套设于所述限位杆上。

进一步地，所述预埋钢筋呈倒U型结构，包括顶部横段和连接于所述横段两端的竖段。

进一步地，所述预埋钢筋之间固定有纵向钢筋，所述纵向钢筋的轴线与所述伸缩缝的长度方向平行。

本公开还提供了一种无缝式伸缩装置的施工工艺，包括如下步骤：

S1：将沥青混凝土铺装层和箱梁切割凿除，清理出预埋钢筋和桥梁伸缩缝，对于无预埋钢筋的，需等间距植筋；

S2：铺放两个侧模板，侧模板焊接固定于桥梁伸缩缝正上方，侧模板与伸缩缝搭接处喷涂泡沫胶进行密封；

S3：将梳齿垫板置于侧模板上方，梳齿垫板底部的第一剪力钉与预埋钢筋通过绑扎初步固定；

S4：测量确定锚固螺栓位置，确定锚固螺栓的设计高度、距边距离和角度后，通过焊接与预埋钢筋固定，将调节底板穿入锚固螺栓的螺杆中，另一侧通过底部第二剪力钉和预埋钢筋初步绑扎固定，调整调节底板的位置直至达到设计的位置后，将第二剪力钉焊接与预埋钢筋上；

S5：将梳齿垫板两端与调节底板焊接，然后将侧模板与梳齿垫板的底面焊接，焊缝处喷涂泡沫胶，解除梳齿垫板底部的第一剪力钉与预埋钢筋的绑扎，通过焊接固定；

S6：将外置角钢放置于调节底板上，通过锚固螺栓的螺母固定，再将传力杆穿入外置角钢的预留孔中，通过固定环固定于外置角钢上，此时围成浇筑槽；

S7：从外置角钢和沥青混凝土铺装层之间的缝隙处浇筑水泥混凝土，混凝土养生达到设计强度的90％后开始下一步施工；

S8：将负泊松比单元和高韧树脂胶结料按照比例拌合均匀，形成低泊松比树脂混合料，直接浇筑于浇筑槽内，浇筑至与两侧沥青混凝铺装层高度齐平，对不平整处二次抹平，固化后形成低泊松比弹性体；

S9：养生24h后，开放交通。

本发明的有益效果为：

(1)通过负泊松比单元实现树脂弹性体的超低泊松比，提升25％的变形能力，最大可用于200mm变形量桥梁伸缩缝；

(2)行车舒适度高，根据不同配比，可接近泊松比下限，有效减少不同季节温度对树脂弹性体表面平整度的影响，弹性体局部可实现负泊松比，能有效吸收车辆的冲击力并减少车辆碾压时的弹性体变形，较传统树脂无缝式伸缩缝降低噪音10～15dB；

(3)有效提升树脂弹性体的承载力，在相同竖向变形的条件下，动稳定度大于44000次/mm，承载力提升约50％，能够适应重载条件下交通环境；

(4)界面粘结能力强，通过使用传力杆，加强界面连结，将车辆冲击荷载传递到锚固区水泥混凝土中，解决角钢和水泥混凝土界面开裂问题；

(5)施工效率高，采用单层角钢，不设置其余稳定元件，实现树脂弹性体全厚式直投工艺，无需分层铺筑，施工效率提升20％以上；

(6)养护维修便捷，超低泊松比树脂弹性体可直接切割挖除，填充同类材料养生后即可开放交通，可实现局部填补和车道级维修，养护便捷且费用低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中负泊松比单元的结构示意图；

图2为本发明实施例中无缝式伸缩装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中传力杆的结构示意图。

附图标记：1、箱梁；2、沥青混凝土铺装层；3、侧模板；4、梳齿垫板；5、外置角钢；6、传力杆；7、低泊松比弹性体；8、预埋钢筋；9、第一剪力钉；10、调节底板；11、锚固螺栓；12、第二剪力钉；13、水泥混凝土；14、螺纹钢管；15、柔性套管；16、弹簧；17、固定环；18、限位杆；19、纵向钢筋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

如下图1～3所示，本实施例提供了一种低泊松比树脂弹性体无缝式伸缩装置，该装置包括：两个侧模板3、梳齿垫板4、两个外置角钢5、若干个传力杆6、低泊松比弹性体7和纵向钢筋19，整套装置安装于相邻箱梁1之间的伸缩缝上方，需要箱梁1连同沥青混凝土铺装层2于伸缩缝两侧挖设有坑槽，用于安装固定上述装置，具体的，位于箱梁1内部的预埋钢筋8上部分暴露于坑槽内，两个侧模板3竖直对称设置于伸缩缝两侧上方，梳齿垫板4水平铺设于侧模板3上方，梳齿垫板4两端通过第一剪力钉9与预埋钢筋8固定连接，两个外置角钢5分别位于梳齿垫板4的两侧，外置角钢5底部设置有调节底板10，调节底板10通过锚固螺栓11和第二剪力钉12固定于预埋钢筋8上，外置角钢5、调节底盘和梳齿垫板4之间围成浇筑槽，外置角钢5相对的端面设置有多个贯穿孔，传力杆6固定于贯穿孔内，低泊松比弹性体7浇筑于浇筑槽内，侧模板3和坑槽侧壁之间还浇筑有水泥混凝土13。

预埋钢筋8从图2中可以看出，其结构呈倒U型结构，包括顶部横段和连接于横段两端的竖段，预埋钢筋8采用单根钢筋连续弯折成型，属于工地常用结构件，为了对预埋钢筋8进行加强固定，预埋钢筋8之间固定有纵向钢筋19，纵向钢筋19的轴线与伸缩缝的长度方向平行。

具体的，本实施例采用的传力杆6如图3所示，传力杆6包括螺纹钢管14和柔性套管15，柔性套管15一端封闭、另一端开口，柔性套管15内置入有呈压缩状态的弹簧16，柔性套管15开口端套设于螺纹钢管14上且部分重合，柔性套管15和螺纹钢管14重合部分穿设于角钢的贯穿孔内且通过位于角钢两侧的固定环17卡住，柔性套管15位于浇筑槽内。

具体的，本实施例中采用的低泊松比弹性体7的制备方法包括如下步骤：

S1：按照重量份称量，将60份聚醚多元醇进行脱水，按照设计配比将脱水后的聚醚多元醇、4份氧化钙、40份二乙醇胺和2份消泡剂置于搅拌容器中进行搅拌，搅拌时间为30min；

S2：按照设计配比将60份异氰酸酯、8份双酚A型环氧树脂、3份丁二醇和4份有机金属类催化剂置于搅拌容器中进行搅拌，搅拌时间为30min；

S3：使用时，将S1获得的A组分混合物和S2获得的B组分混合物进行混合得到共混物，共混物和负泊松比单元按照重量比为25:75拌合后浇筑于坑槽内。

需要说明的是，本实施例提供的无缝式伸缩装置的施工工艺，包括如下步骤：

S1：将沥青混凝土铺装层2和箱梁1切割凿除，清理出预埋钢筋8和桥梁伸缩缝，对于无预埋钢筋8的，需等间距植筋；

S2：铺放两个侧模板3，侧模板3焊接固定于桥梁伸缩缝正上方，侧模板3与伸缩缝搭接处喷涂泡沫胶进行密封；

S3：将梳齿垫板4置于侧模板3上方，梳齿垫板4底部的第一剪力钉9与预埋钢筋8通过绑扎初步固定；

S4：测量确定锚固螺栓11位置，确定锚固螺栓11的设计高度、距边距离和角度后，通过焊接与预埋钢筋8固定，将调节底板10穿入锚固螺栓11的螺杆中，另一侧通过底部第二剪力钉12和预埋钢筋8初步绑扎固定，调整调节底板10的位置直至达到设计的位置后，将第二剪力钉12焊接与预埋钢筋8上；

S5：将梳齿垫板4两端与调节底板10焊接，然后将侧模板3与梳齿垫板4的底面焊接，焊缝处喷涂泡沫胶，解除梳齿垫板4底部的第一剪力钉9与预埋钢筋8的绑扎，通过焊接固定；

S6：将外置角钢5放置于调节底板10上，通过锚固螺栓11的螺母固定，再将传力杆6穿入外置角钢5的预留孔中，通过固定环17固定于外置角钢5上，此时围成浇筑槽；

S7：从外置角钢5和沥青混凝土铺装层2之间的缝隙处浇筑水泥混凝土13，混凝土养生达到设计强度的90％后开始下一步施工；

S8：将负泊松比单元和高韧树脂胶结料按照比例拌合均匀，形成低泊松比树脂混合料，直接浇筑于浇筑槽内，浇筑至与两侧沥青混凝铺装层高度齐平，对不平整处二次抹平，固化后形成低泊松比弹性体7；

S9：养生24h后，开放交通。

施工后性能测试结果如下：

从以上测试结果可以看出，本实施例提供的无缝式伸缩装置，在通车后，噪音低，在相同竖向变形的条件下，动稳定度大于44000次/mm，承载力提升约50％，能够适应重载条件下交通环境，且整体的界面结合强度高，使用寿命长。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种低泊松比弹性体，其特征在于，按照重量分数计算，包括：70%～80% 负泊松比单元和20%～30% 高韧树脂胶结料。

2.根据权利要求1所述的低泊松比弹性体，其特征在于，所述低泊松比弹性体的泊松比为0～0.01，硬度为60～70IRHD，定伸弹性模量≤2Mpa，与钢板的粘结拉伸强度≥2.5Mpa。

3.根据权利要求1所述的低泊松比弹性体，其特征在于，所述负泊松比单元为内凹六边体橡胶弹性体，采用EPDM橡胶颗粒原料经高温熔化后，以高压注入内凹四边形模具中，经V型裁刀裁剪后制成。

4.根据权利要求1所述的低泊松比弹性体，其特征在于，所述高韧树脂胶结料由A组分和B组分混合制备而成，按照质量份数计算，所述A组分包括聚醚多元醇50～65份、氧化钙1～7份、二乙醇胺30～50份和消泡剂1～5份，所述B组分包括异氰酸酯50～70份、双酚A型环氧树脂5～10份、1,4-丁二醇1～4份和有机金属类催化剂2～5份。

5.根据权利要求4所述的低泊松比弹性体，其特征在于，所述高韧树脂胶结料的制备方法包括如下步骤：

6.一种无缝式伸缩装置，布设于相邻箱梁之间的伸缩缝上方，所述箱梁上方设置有沥青混凝土铺装层，其特征在于，包括：两个侧模板、梳齿垫板、两个外置角钢、若干个传力杆和低泊松比弹性体，所述箱梁连同所述沥青混凝土铺装层于所述伸缩缝两侧挖设有坑槽，位于所述箱梁内部的预埋钢筋上部分暴露于所述坑槽内，两个所述侧模板竖直对称设置于所述伸缩缝两侧上方，所述梳齿垫板水平铺设于所述侧模板上方，所述梳齿垫板两端通过第一剪力钉与所述预埋钢筋固定连接，两个所述外置角钢分别位于所述梳齿垫板的两侧，所述外置角钢底部设置有调节底板，所述调节底板通过锚固螺栓和第二剪力钉固定于所述预埋钢筋上，所述外置角钢、所述调节底盘和所述梳齿垫板之间围成浇筑槽，所述外置角钢相对的端面设置有多个贯穿孔，所述传力杆固定于所述贯穿孔内，所述低泊松比弹性体浇筑于所述浇筑槽内，所述侧模板和所述坑槽侧壁之间还浇筑有水泥混凝土。

7.根据权利要求6所述的无缝式伸缩装置，其特征在于，所述传力杆包括螺纹钢管和柔性套管，所述柔性套管一端封闭、另一端开口，所述柔性套管内置入有呈压缩状态的弹簧，所述柔性套管开口端套设于所述螺纹钢管上且部分重合，所述柔性套管和所述螺纹钢管重合部分穿设于所述角钢的贯穿孔内且通过位于所述角钢两侧的固定环卡住，所述柔性套管位于所述浇筑槽内。

8.根据权利要求7所述的无缝式伸缩装置，其特征在于，所述预埋钢筋呈倒U型结构，包括顶部横段和连接于所述横段两端的竖段。

9.根据权利要求8所述的无缝式伸缩装置，其特征在于，所述预埋钢筋之间固定有纵向钢筋，所述纵向钢筋的轴线与所述伸缩缝的长度方向平行。

10.如权利要求6～9任一项所述的无缝式伸缩装置的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S7：从外置角钢和沥青混凝土铺装层之间的缝隙处浇筑水泥混凝土，混凝土养生达到设计强度的90%后开始下一步施工；

S9：养生24h后，开放交通。