超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构及制备方法技术

本发明专利技术公开一种超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构及制备方法，在钢桥面板上表面自下而上依次设置有纤维布树脂补强层、纤维布树脂碎石防水层、第一超韧纤维树脂混凝土材料层、环氧树脂粘层油和第二超韧纤维树脂混凝土材料层。本发明专利技术针对现有环氧沥青铺装出现的疲劳裂缝、脱空等病害，提出一种采用超韧纤维复合树脂混凝土铺装结构的钢桥面铺装及其制备方法，通过材料组分及制备方法的优化，与现有材料及进口材料相比，大应变下的疲劳寿命是进口材料的5倍，低温变形性能高出进口材料20%~40%，提高抗疲劳裂缝能力和铺装层耐久性。

【技术实现步骤摘要】
超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构及制备方法
本专利技术涉及一种钢桥面铺装结构及其铺装方法，具体涉及一种采用FREP超韧纤维树脂混凝土材料层的钢桥面铺装结构及其制备方法。
技术介绍
钢桥面铺装是铺筑在正交异性板上的薄层构筑物，厚度通常为5～8cm，由于特殊的结构特点，对桥面铺装层有极高的使用要求。但是随着运营中高温重载的条件作用，已经出现不同程度的病害特征。如江苏省内在役的11座跨江大桥中有9座采用环氧沥青铺装，除刚通车不久的沪通长江大桥外，基本都达到10年以上的运营期。其中江阴大桥使用第三年就开始出现大面积疲劳和脱空病害，耐久性与设计偏差较大，导致这些病害直接影响钢桥面的服役周期。因此，研究出针对钢桥面铺装出现的裂缝和脱空病害，提出有效的解决办法，具有重要价值。有鉴于上述现有的钢桥面铺装存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实务经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构及其制备方法，通过结构的优化以及制备工艺的改良，解决现有钢桥面出现的裂缝和脱空病害。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种采用FREP超韧纤维树脂混凝土材料层的钢桥面铺装结构，通过结构的优化，提升钢桥面抗裂缝和脱空病害性能。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：本专利技术提出的超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，为层状复合结构，在钢桥面板上表面自下而上依次设置有纤维布树脂补强层、纤维布树脂碎石防水层、第一超韧纤维树脂混凝土材料层、环氧树脂粘层油和第二超韧纤维树脂混凝土材料层；采用超韧纤维树脂混凝土材料(FREP)结构，铺装层表面拉应力降低22％，结构的肋间相对挠度、U肋焊缝相比传统环氧沥青铺装减小20％；通过纤维布树脂补强层的超高模量增强效应，可改变上部铺装材料的开裂破坏形式，从常规脆性断裂变化成剪切破坏，即将树脂铺装脆性破坏转变为屈服破坏，最大程度地发挥铺装材料的耐久性，实现超韧纤维复合树脂铺装整体结构既强又韧的特性，并且铺装应力应变相比传统环氧沥青铺装减小60％以上，大大延缓铺装疲劳裂缝破坏。作为进一步优选的，纤维布树脂补强层为经过浸渍胶涂布的碳纤维布，碳纤维布为密网格单向碳纤维布；浸渍胶涂布量为1.2-1.5kg/m2；采用密网格单向碳纤维布在纤维方向具有较高的强度和模量，将连续性密网格单向碳纤维布浸透在碳纤维布专用浸渍胶中，形成一层高模量碳纤维复合树脂薄层，对钢板起到补强作用，对上层铺装也起到结构增强效应，分担铺装受力，降低铺装层表面拉应力。作为进一步优选的，纤维布树脂碎石防水层由涂布有浸渍胶的碳纤维布及撒布其上的碎石组成；碳纤维布为疏网格双向碳纤维布，规格可以选用0.5cm×0.5cm；碳纤维布专用浸渍胶涂布量为0.7-1.2kg/m2；碎石由粒径为1-3mm玄武岩碎石和少量70-120目石英砂组成，玄武岩碎石达到满布的60％，石英砂达到满布的20％；采用疏网格双向碳纤维布，由于网格间存在一定大小的空隙，在浸渍胶中不仅能达到良好的浸渍效果，还能与密网格单向碳纤维布很好地粘结，最终形成一道完整的密闭不透水的补强层，对钢板起到保护性的防水屏障作用；采用玄武岩碎石与石英砂最终实现一层有表面构造深度的纤维布树脂碎石防水层，为铺装层与防水层之间桥接物理嵌挤作用。作为进一步优选的，第一超韧纤维树脂混凝土材料层和第二超韧纤维树脂混凝土材料层包括如下重量份的各组分，超韧丙烯酸树脂浆体9.5-15份高模量混杂短切纤维1-2份级配矿料100份橡胶粉12-18份抗紫外线助剂按0.1-0.15份，其中超韧丙烯酸树脂浆体由重量混合比列为5:3的活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU在40℃-50℃条件下混合而成；通过活性聚醚“柔性链段”无规则地贯穿至致密的丙烯酸树脂交联网络中，使得体系中的两组分材料之间产生协同效应，起到“强迫包容”作用，从而产生出比一般共混物更加优异的性能，提高交联网络链分子的柔顺性。在40℃-50℃条件下将柔性链段增韧改性后的丙烯酸树脂和聚氨酯单体混合，使得两组分材料达到良好的相容性、包容性，用聚氨酯单体固化丙烯酸树脂，可降低固化物内部的应力，提高玻璃化转变温度和抗热冲击性能，可以在不降低拉伸强度的条件下达到增韧的目的。相比进口环氧沥青，本改性方法能最大限度地抑制相分离过程，取得最好的互穿效果。作为进一步优选的，高模量混杂短切纤维由重量比为0.35:1:0.65的玻璃纤维GF、玄武岩纤维BF、碳纤维CF混合而成，其中：玻璃纤维GF经油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过，长度12mm，直径13μm；玄武岩纤维BF和碳纤维CF均经油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过，规格分别为长度6mm，直径16μm和长度3mm，直径6-7μm；通过在超韧树脂混凝土中掺入一定量的高模量混杂短切纤维，可以抑制混合料内部微裂纹的形成与增长，3mm碳纤维、6mm玄武岩纤维、12mm玻璃纤维所形成的乱向支撑体系，在经历超韧树脂混凝土内部的预存裂纹阶段、裂纹起裂阶段、裂纹的稳定扩展阶段三个阶段中，分阶段产生一种有效的二级加强效果，能较大幅度提高超韧树脂混凝土的抗裂性能，将其本身的脆性破坏转为屈服破坏，从而延长超韧纤维复合树脂混凝土的疲劳耐久性。其中，3mm碳纤维模量最高235GPa，对裂缝有更强的抑制作用，阻挡增加了裂纹开裂路径的曲折性，使其在预存裂纹阶段呈现缓慢增长；6mm玄武岩纤维模量次之110GPa，同样对裂缝有很强的抑制作用，在裂纹起裂阶段起到一定的桥接作用，减少超韧树脂混凝土中原有微裂纹的数量和尺度，进而推迟宏观大裂缝的出现；12mm玻璃纤维模量最小77GPa，在裂纹稳定扩展阶段，当裂纹绕过纤维继续扩展时，跨越裂纹的纤维将应力传递给未开裂的超韧树脂混凝土，使得裂纹尖端的应力集中程度得到缓和，从而有效延缓微裂缝向大裂缝的扩展；虽然纤维对超韧树脂混凝土最大承载力的提高有限，但却能很明显地增加其断裂韧性能。作为进一步优选的，级配矿料由重量比为(5-10mm):(3-5mm):(0-3mm):矿粉＝25:21.5:45:8.5的不同粒径的玄武岩集料、矿粉干混组成。作为进一步优选的，橡胶粉由80目(0.18mm)和100目(0.15mm)经研磨加工至平均粒径为0.1mm并经聚酰胺进行表面活化处理而成的干拌橡胶粉；通过加入经过聚酰胺进行表面活化处理的橡胶粉，经过在超韧丙烯酸树脂固化冷却的过程中，分散其中的橡胶粒子受到流体静拉力的作用，与增韧体系受到负荷时产生的裂纹前端的应力场叠加，使颗粒或基体界面破坏而产生孔洞，孔洞产生的塑性体膨胀和颗粒与孔洞所诱发的剪切屈服变形导致裂纹尖端的钝化，从而达到减少应力集中和阻裂的作用，整体上提升了超韧纤维复合树脂混凝土的抗裂性能。作为进一步优选的，抗紫外线助剂选用一种无毒无挥发、可溶于丙烯酸树脂浆体的乳白色针状结晶粉末；超韧丙烯酸树脂分子主链上的碳-碳键结合能不及300nm的紫外线能量，故其内部分子结构在常年热光照下后会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，其特征在于：为层状复合结构，在钢桥面板（1）上表面自下而上依次设置有纤维布树脂补强层（2）、纤维布树脂碎石防水层（3）、第一超韧纤维树脂混凝土材料层（4）、环氧树脂粘层油（5）和第二超韧纤维树脂混凝土材料层（6）。/n

【技术特征摘要】
1.一种超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，其特征在于：为层状复合结构，在钢桥面板（1）上表面自下而上依次设置有纤维布树脂补强层（2）、纤维布树脂碎石防水层（3）、第一超韧纤维树脂混凝土材料层（4）、环氧树脂粘层油（5）和第二超韧纤维树脂混凝土材料层（6）。


2.根据权利要求1所述的超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，其特征在于：所述纤维布树脂补强层（2）为经过浸渍胶涂布的碳纤维布，所述碳纤维布为密网格单向碳纤维布；所述浸渍胶涂布量为1.2-1.5kg/m2。


3.根据权利要求1所述的超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，其特征在于：所述纤维布树脂碎石防水层（3）由涂布有浸渍胶的碳纤维布及撒布其上的碎石组成；所述碳纤维布为疏网格双向碳纤维布，所述碎石由粒径为1-3mm玄武岩碎石和70-120目石英砂组成。


4.根据权利要求1-3任一项所述的超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，其特征在于：所述第一超韧纤维树脂混凝土材料层（4）和第二超韧纤维树脂混凝土材料层（6）包括如下重量份的各组分，
超韧丙烯酸树脂浆体9.5-15份
高模量混杂短切纤维1-2份
级配矿料100份
橡胶粉12-18份
抗紫外线助剂按0.1-0.15份，
所述超韧丙烯酸树脂浆体由重量混合比例为5:3的活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂和聚氨酯单体在加热条件下混合而成。


5.根据权利要求4所述的超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构，其特征在于：所述高模量混杂短切纤维为按照重量比0.35:1:0.65的玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维混合而成，所述玻璃纤维为经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维；所述玄武岩纤维和碳纤维均为经过油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维和碳纤维。


6.前述超韧纤维复合树脂混凝土钢桥面铺装结构的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤，在钢桥面板（1）的上方依次铺设0.9-1.1mm厚的纤维布树脂补强层（2）、2.5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，张志祥，周橙琪，万建军，潘友强，吕浩，
申请(专利权)人：江苏长路交通工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32