橋梁無縫伸縮縫高性能聚氨酯彈性混凝土性能評價(jià)

劉 攀

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司 重慶 401336)

引言

橋梁伸縮縫是橋梁的重要附屬構(gòu)件，主要作用是為了滿足橋面變形，并保證橋面平順、行車舒適[1]。然而，伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)中最易遭到破壞而又難以修補(bǔ)的部位，降低了整個(gè)橋梁的使用壽命。并且由于其數(shù)量大、破壞周期短、不容易更換、更換時(shí)需要中斷交通等特點(diǎn)，已成為高速公路管理部門最為頭痛的橋梁養(yǎng)護(hù)工作內(nèi)容[2-4]。

針對小位移量橋梁，無縫伸縮縫是一種常用的類型，主要采用彈塑體改性瀝青混凝土[3]。然而，這種伸縮縫耐久性差，使用壽命短，在使用過程中容易出現(xiàn)車轍、開裂、剝離等病害，為了進(jìn)一步提高無縫伸縮縫的使用性能和服役壽命，市面上出現(xiàn)了聚氨酯彈性混凝土，不同于普通的彈性混凝土，它是由雙組份反應(yīng)性聚氨酯彈性體配以適量的集料在常溫下攪拌而成[5-6]。完全固化前具有良好的流動(dòng)性，能自流平成型，無需碾壓即能達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度和平整度。聚氨酯彈性混凝土空隙率接近零，且內(nèi)部空隙不連通，具有良好的防水、耐化學(xué)腐蝕性，變形能力強(qiáng)，耐久性、抗低溫開裂能力好[7-9]。由于其優(yōu)異的性能，在我國橋涵建設(shè)迅速發(fā)展的背景下，對聚氨酯彈性混凝土的研究迫在眉睫。在此，本文針對新型高性能聚氨酯彈性混凝土，系統(tǒng)評價(jià)其使用性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

聚氨酯彈性混凝土的性能主要由聚氨酯膠結(jié)料(性能指標(biāo)見表1)決定，可以看出，高性能聚氨酯膠結(jié)料具有優(yōu)異的拉伸性能、彈性恢復(fù)能力及抗老化性能。從圖1可以看出，常溫下高性能聚氨酯膠結(jié)料的凝膠時(shí)間可達(dá)30min以上，隨著溫度升高，其凝膠時(shí)間逐漸變短。從圖2可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，高性能聚氨酯膠結(jié)料的拉伸強(qiáng)度及斷裂延伸率先快速上升，而后上升趨勢變緩直至平緩；常溫養(yǎng)護(hù)6h后，其拉伸強(qiáng)度即可達(dá)到1.7MPa，有利于及時(shí)開放交通；常溫養(yǎng)護(hù)7d后，即可形成最終強(qiáng)度5.7MPa。

表1 高性能聚氨酯膠結(jié)料的性能指標(biāo)

圖1 高性能聚氨酯膠結(jié)料凝膠時(shí)間測試結(jié)果

圖2 高性能聚氨酯膠結(jié)料拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果

采用0～3mm玄武巖集料(技術(shù)指標(biāo)見表2)和磨細(xì)石灰?guī)r礦粉(技術(shù)指標(biāo)見表3)。

表2 0～3mm玄武巖集料的基本技術(shù)指標(biāo)

表3 礦粉的基本技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

由于高性能聚氨酯彈性混凝土的材料特性，常溫拌和，采用自流平方式成型試件，無需碾壓，試件常溫養(yǎng)護(hù)7d即可形成最終強(qiáng)度。參照ASTM和JTG E20-2011規(guī)范要求，對高性能聚氨酯彈性混凝土進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、抗沖擊試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、低溫三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、彈性恢復(fù)試驗(yàn)及拉拔試驗(yàn)等，系統(tǒng)評價(jià)其綜合性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 彈性恢復(fù)能力

測試高性能聚氨酯彈性混凝土的拉伸彈性恢復(fù)率和壓縮彈性恢復(fù)率，試驗(yàn)溫度為23℃，測試結(jié)果見表4。

表4 高性能聚氨酯彈性混凝土彈性恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，高性能聚氨酯彈性混凝土的拉伸彈性恢復(fù)率和壓縮彈性恢復(fù)率高達(dá)98%以上，表現(xiàn)出良好的彈性恢復(fù)能力，在使用過程中能夠在發(fā)生應(yīng)變(受壓或受拉)后快速恢復(fù)原形，可滿足橋面變形。

2.2 力學(xué)性能

測試高性能聚氨酯彈性混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度，試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 高性能聚氨酯彈性混凝土馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出，高性能聚氨酯彈性混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度可達(dá)30kN以上，遠(yuǎn)高于瀝青混合料(8～10kN)，聚氨酯的熱固特性賦予彈性混凝土十分優(yōu)異的力學(xué)性能。還可以看出，其流值超過10mm，遠(yuǎn)大于瀝青混合料(3～5mm)，這是因?yàn)楦咝阅芫郯滨椥曰炷辆哂袃?yōu)異的變形能力，在馬歇爾試件受壓達(dá)到破壞點(diǎn)時(shí)，其變形較大。

2.3 高低溫性能

考察高性能聚氨酯彈性混凝土的抗車轍性能，試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 高性能聚氨酯彈性混凝土車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表6可以看出，高性能聚氨酯彈性混凝土的車轍動(dòng)穩(wěn)定度超過60000次/mm，車輪跡不明顯且車轍深度幾乎為零，表現(xiàn)出極為優(yōu)異的抗高溫車轍變形能力，能承受高溫及重載通車條件。高性能聚氨酯彈性混凝土屬于熱固性材料，在高溫條件下不會(huì)軟化變形，因此具有十分優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，這也是該類材料非常突出的優(yōu)勢所在。

考察高性能聚氨酯彈性混凝土的低溫小梁彎曲性能，試驗(yàn)溫度為-10℃，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 高性能聚氨酯彈性混凝土低溫三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表7可以看出，高性能聚氨酯彈性混凝土的變形量特別大，但破壞力相對較小，其抗彎應(yīng)變特別高，超過80000με，抗彎強(qiáng)度較小，勁度模量很小，表現(xiàn)非常優(yōu)異的低溫抗裂性能，能承受極端低溫的服役條件。

2.4 抗沖擊性能

考察高性能聚氨酯彈性混凝土的抗沖擊性能，觀察試件是否出現(xiàn)裂縫，試驗(yàn)溫度為-29℃、0℃和70℃，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 高性能高性能聚氨酯彈性混凝土抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果

從表8可以看出，在三個(gè)試驗(yàn)溫度下，高性能聚氨酯彈性混凝土均未出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗沖擊性能，能有效抵抗外界的沖擊負(fù)荷。

2.5 與混凝土粘結(jié)性能

采用高性能聚氨酯膠結(jié)料作為粘結(jié)劑，考察聚氨酯彈性混凝土與水泥混凝土及瀝青混凝土的粘結(jié)性能，試驗(yàn)溫度為25℃和60℃，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 高性能聚氨酯彈性混凝土與混凝土拉拔試驗(yàn)結(jié)果

從表9可以看出，高性能聚氨酯彈性混凝土與水泥混凝土的常溫拉拔強(qiáng)度高達(dá)2.0MPa以上，與瀝青混凝土的常溫拉拔強(qiáng)度也超過1.5MPa。溫度會(huì)顯著影響體系的粘結(jié)性能，隨著溫度升高，粘結(jié)強(qiáng)度隨之衰減。60℃下，高性能聚氨酯彈性混凝土與水泥混凝土的拉拔強(qiáng)度依然可達(dá)1.0MPa以上，拉拔破壞面集中在層間及拉拔頭脫落。高溫對聚氨酯彈性混凝土與瀝青混凝土拉拔強(qiáng)度的影響更為顯著，這是因?yàn)闉r青混凝土自身強(qiáng)度較低且溫感性較強(qiáng)，高溫下破壞薄弱面主要出現(xiàn)在混合料內(nèi)部。整體而言，高性能聚氨酯彈性混凝土與混凝土具有良好的粘結(jié)性能。

3 結(jié)論

高性能聚氨酯彈性混凝土的彈性恢復(fù)率高達(dá)98%以上，具有良好的彈性恢復(fù)能力；馬歇爾穩(wěn)定度可達(dá)30kN以上，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能；60℃車轍動(dòng)穩(wěn)定度超過60000次/mm，-10℃低溫抗彎應(yīng)變達(dá)到80000με以上，表現(xiàn)出與路用混凝土優(yōu)異的高低溫性能；與水泥混凝土的常溫拉拔強(qiáng)度高達(dá)2.0MPa以上，與瀝青混凝土的常溫拉拔強(qiáng)度超過1.5MPa，表現(xiàn)出良好的粘結(jié)性能。高性能聚氨酯彈性混凝土具有良好的綜合性能，可勝任橋梁無縫伸縮縫的使用要求，不但提高了行車舒適性，而且使得橋梁連續(xù)美觀，同時(shí)延長了橋梁無縫伸縮縫的使用壽命，具有良好的應(yīng)用前景。