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基于有限元分析的简支梁桥桥面防水粘结层力学响应研究

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市政技术 2024年第1期42卷 49-54页

作者：王国军王亚博王飞邹远棋易军艳辽宁省交通规划设计院有限责任公司辽宁沈阳110000 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 沈阳公路建设有限公司辽宁沈阳110000

防水粘结层被破坏是导致简支梁桥桥面铺装出现病害的主要原因。通过数值模拟对不同简支梁桥桥型进行防水粘结层力学响应分析,明确防水粘结层在不同桥型结构中的受力状态,总结沥青铺装层模量和厚度对防水粘结层力学响应指标的影响。研究... 详细信息

防水粘结层被破坏是导致简支梁桥桥面铺装出现病害的主要原因。通过数值模拟对不同简支梁桥桥型进行防水粘结层力学响应分析,明确防水粘结层在不同桥型结构中的受力状态,总结沥青铺装层模量和厚度对防水粘结层力学响应指标的影响。研究结果表明,简支梁桥桥型对防水粘结层力学响应的影响不大;增加沥青铺装层模量对控制防水粘结层最大拉应力和沥青铺装层变形能起到较好的作用;增加沥青铺装层厚度能有效控制防水粘结层法向拉应力和分散车轮荷载。研究结果能够为桥面铺装的结构设计提供理论基础,提高简支梁桥的服役寿命。

关键词：简支梁桥桥型防水粘结层数值模拟力学响应

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聚氨酯类钢桥面铺装中防水粘结层抗剪性能研究

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市政技术 2024年第3期42卷 18-27页

作者：欧子蘅范钟亓代一诺叶宇杰吕欣芃北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 中公高科养护科技股份有限公司北京100095

聚氨酯钢桥面铺装材料具有优异的综合路用性能,使用该材料有望解决传统沥青类钢桥面铺装材料在钢桥严苛的使用环境下耐久性差、使用寿命短等问题,但目前针对其适宜的防水粘结层材料的研究很少。因此,针对聚氨酯铺装层下的2种防水粘结层... 详细信息

聚氨酯钢桥面铺装材料具有优异的综合路用性能,使用该材料有望解决传统沥青类钢桥面铺装材料在钢桥严苛的使用环境下耐久性差、使用寿命短等问题,但目前针对其适宜的防水粘结层材料的研究很少。因此,针对聚氨酯铺装层下的2种防水粘结层材料(聚氨酯胶粘剂、环氧树脂粘结剂)进行剪切强度试验,分析了结构的层间剪切性能在防水粘结剂涂覆量、防水粘结层材料、碎石撒布量和养生时间影响下的变化规律。研究结果表明,聚氨酯防水粘结层的抗剪切性能均显著优于环氧树脂防水粘结层,增加防水粘结剂的涂覆量可以增加界面的粘结面积,但防水粘结层过厚会导致抗剪强度在达到峰值后下降;防水粘结层在表干时成型的试件抗剪强度最好,未表干时最差;碎石撒布量也会影响防水粘结层的抗剪强度,故在满足施工条件的前提下,应尽量减小碎石撒布量。

关键词：聚氨酯钢桥面铺装防水粘结层抗剪性能

聚氨酯钢桥面铺装防水粘结层剪切疲劳性能研究

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市政技术 2024年第5期42卷 181-186,206页

作者：范钟亓单浩睿王子晗吕欣芃北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 中公高科养护科技股份有限公司北京100095

聚氨酯混合料桥面铺装材料具有优异的综合路用性能,有望解决传统沥青类钢桥面铺装材料在钢桥严苛使用环境下耐久性差、使用寿命短等问题,但目前对与之相匹配的防水粘结层材料的研究还很少。因此,针对2种防水粘结层材料(聚氨酯、环氧树脂... 详细信息

聚氨酯混合料桥面铺装材料具有优异的综合路用性能,有望解决传统沥青类钢桥面铺装材料在钢桥严苛使用环境下耐久性差、使用寿命短等问题,但目前对与之相匹配的防水粘结层材料的研究还很少。因此,针对2种防水粘结层材料(聚氨酯、环氧树脂)进行剪切疲劳试验,以分析温度和应力对防水粘结层剪切疲劳寿命的影响。研究结果表明:在-10~70℃的温度区间内,2种防水粘结层的剪切疲劳寿命均呈现缓慢—快速—缓慢下降的趋势。在相同应力比和温度下,聚氨酯防水粘结层的剪切疲劳寿命是环氧树脂防水粘结层的1.02~1.40倍,表明聚氨酯防水粘结层抗剪切破坏能力更强,更适宜作为聚氨酯钢桥面铺装结构的防水粘结层。在不同温度下,2种防水粘结层的剪切疲劳寿命均随着应力比的增加而下降,且中温区(10~25℃)和高温区(50~70℃)剪切疲劳寿命对应力作用的敏感性要显著高于低温区(-10~0℃)。

关键词：聚氨酯钢桥面铺装防水粘结层剪切疲劳寿命

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钢箱梁桥面防水粘结层最佳材料配比设计与性能评价研究

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福建建设科技 2024年第2期 93-96页

作者：池善庆福州市城乡建总集团有限公司福建福州350007

为了研究防水粘结层中粘结层、防水层和防腐层中材料用量对其防水粘结体系性能的影响,对钢桥面粘结层、防水层和防腐层最佳材料用量进行了研究。研究发现丙烯酸防腐底涂层用量约150g/m^(2)时涂刷后的强度增强较为明显;当甲基丙烯酸树脂... 详细信息

为了研究防水粘结层中粘结层、防水层和防腐层中材料用量对其防水粘结体系性能的影响,对钢桥面粘结层、防水层和防腐层最佳材料用量进行了研究。研究发现丙烯酸防腐底涂层用量约150g/m^(2)时涂刷后的强度增强较为明显;当甲基丙烯酸树脂防水层单层湿膜厚度为1.2mm时材料用量最接近中值且成品外观均匀性较好;丙烯酸树脂粘结剂用量在175g/m^(2)时较为合适且能够全部覆盖且无堆积,经过研究得到了较为满意的施工标准用量,可为类似工程提供一定的参考。

关键词：钢桥面铺装防水粘结层最佳用量粘结剂

钢桥面耐久型含氟丙烯酸酯-环氧树脂防水粘结层的制备与性能

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5057-5069页

作者：夏慧芸卢昌杰杨浩田张佃康宋莉芳牛艳辉长安大学材料科学与工程学院西安710064

钢桥面铺装层由于防水粘结层失效导致其使用寿命远远低于桥梁结构的使用年限。为了延长钢桥面铺装层的使用寿命,改善层间粘结状况,制备了一种耐久型聚合物防水粘结层。利用自由基溶液聚合法合成了一系列含氟量不同的聚丙烯酸丁酯-甲基... 详细信息

钢桥面铺装层由于防水粘结层失效导致其使用寿命远远低于桥梁结构的使用年限。为了延长钢桥面铺装层的使用寿命,改善层间粘结状况,制备了一种耐久型聚合物防水粘结层。利用自由基溶液聚合法合成了一系列含氟量不同的聚丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸十二氟庚酯-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯嵌段共聚物,将上述共聚物与双酚A型环氧树脂E-51物理共混得到5种自分层防水涂料,再将其涂覆于钢桥面板表面静置干燥即可得到防水粘结层。通过傅里叶变换红外光谱、静态接触角测试、扫描电子显微镜研究了涂料在固化阶段的自分层行为,利用表面能理论对自分层行为进行了理论验证。最后研究了不同含氟量粘结层的高低温性能、力学性能、不透水性能、粘结强度及紫外老化耐久性。结果表明:当含氟量为20wt%时,其拉伸强度与断裂伸长率达到最大值,分别可达到7.04 MPa,128.9%;同时表现出最佳的粘结强度与紫外老化耐久性,综合性能达到最优。

关键词：钢桥面铺装防水粘结层含氟丙烯酸树脂自分层环氧树脂

聚氨酯类钢桥面铺装防水粘结层剪切破坏性能研究

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聚氨酯类钢桥面铺装防水粘结层剪切破坏性能研究

作者：吕欣芃北京建筑大学

学位级别：硕士

目前沥青混合料是主流的钢桥面铺装材料,但是由于沥青类材料高温易变形、低温易开裂的固有材料特性,在钢桥严苛的荷载与环境耦合作用下,铺装结构往往在短期内即出现开裂、拥包、脱空及坑槽等病害,而铺装层与钢板之间粘结的抗剪性能不足... 详细信息

目前沥青混合料是主流的钢桥面铺装材料,但是由于沥青类材料高温易变形、低温易开裂的固有材料特性,在钢桥严苛的荷载与环境耦合作用下,铺装结构往往在短期内即出现开裂、拥包、脱空及坑槽等病害,而铺装层与钢板之间粘结的抗剪性能不足是造成使用寿命过短的重要原因。聚氨酯混合料因其良好的高低温及疲劳性能,有望成为钢桥面铺装材料极具前景的选择之一,而聚氨酯混合料与钢板之间良好的层间粘结不仅能充分发挥聚氨酯混合料优良材料性能,还是保证钢桥面铺装结构整体使用寿命的关键。因此,本论文针对聚氨酯钢桥面铺装防水粘结层材料的选择及其抗剪切性能进行研究,测试并分析防水粘结层材料、涂覆量、碎石洒布量、养生时间、温度和应力等不同因素对两种层间剪切破坏(剪切强度破坏和剪切疲劳破坏)的影响,并提出设计判据,为建立相应的设计标准奠定基础,有助于促进钢桥面聚氨酯混合料铺装结构的推广和应用。首先,提出采用基于性能平衡的设计方法对聚氨酯混合料的配合比进行设计,以50℃时0.3%析漏损失率和不出现“花白料”分别作为初拟胶石比的取值范围,通过马歇尔试验测定的体积指标和抗滑摩擦系数BPN=60确定最佳胶石比的上下限,并对聚氨酯混合料进行高温、低温和水稳定性验证,考虑经济性,最终确定聚氨酯混合料的最佳胶石比为6.9%。其次,针对初拟的聚氨酯和环氧树脂防水粘结层材料,分析防水粘结层涂覆量、碎石洒布量和防水粘结层的养生时间这3个因素对防水粘结层抗剪强度的影响。结果表明,聚氨酯防水粘结层的抗剪强度显著优于环氧树脂防水粘结层。随防水粘结层涂覆量的增加,抗剪强度存在峰值,原因是在轮撵压实的过程中,过厚的防水粘结层的均匀性会遭到破坏。洒布碎石会影响界面粘结,因此碎石洒布量的增加会导致抗剪强度的持续下降。表干时成型的防水粘结层在试件养生过程中可以继续充分粘结铺装层底部,因此防水粘结层表干时成型的试件抗剪强度最好。3种因素的影响本质上是对界面粘结面积大小的影响。再次,针对聚氨酯和环氧树脂防水粘结层材料,分析温度、应力、防水粘结层涂覆量和碎石洒布量这4个因素对防水粘结层剪切疲劳性能的影响。结果表明,聚氨酯防水粘结层的剪切疲劳寿命同样显著优于环氧树脂防水粘结层,其剪切疲劳寿命随温度的升高而下降,原因是聚氨酯在0～70℃温区内出现了由玻璃态向高弹态转变的过程,导致聚氨酯模量的显著变化。两种防水粘结层材料的剪切疲劳寿命均随应力的升高而下降,防水粘结层涂覆量和碎石洒布量对剪切疲劳寿命的影响与剪切强度试验所得结论相同,本质上是影响了界面的粘结面积大小,最终建立了-10～70℃温区内两种防水粘结层材料的剪切疲劳寿命方程。最后,本研究分析了聚氨酯类钢桥面铺装结构防水粘结层基于抗剪性能的设计标准,结果表明:如果以规范给出的抗剪强度作为设计指标,聚氨酯和环氧树脂防水粘结层均满足设计要求,但如果以剪切疲劳寿命满足15年作为设计标准,环氧树脂防水粘结层达不到要求,建议在规范中增加以层间剪切疲劳性能作为设计指标,以避免层间脱空等病害。聚氨酯防水粘结层涂覆量宜在0.3～0.7kg/m内,环氧树脂防水粘结层涂覆量宜在0.5～0.7kg/m内,防水粘结层的养生时间应控制在表干时间附近。在钢桥面铺装结构实际施工中,碎石洒布量应越少越好,但应结合试验路铺筑时防水粘结层的粘轮情况综合判定。

关键词：钢桥面层间剪切性能防水粘结层聚氨酯

水性环氧乳化沥青桥面防水粘结层材料性能研究

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化工新型材料 2022年第11期50卷 240-244页

作者：何丽红张博马悦帆何帆赵智博重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室重庆400074 重庆交通大学材料科学与工程学院重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为了提高桥面铺装结构中防水粘结层的性能,利用环氧树脂高粘结性能,以水性环氧树脂为改性剂,采用一次冷混合法制备水性环氧乳化沥青防水粘结层材料,研究了水性环氧乳化沥青的基本性能,成型模拟桥面铺装结构型式拉拔、剪切复合试件,分析... 详细信息

为了提高桥面铺装结构中防水粘结层的性能,利用环氧树脂高粘结性能,以水性环氧树脂为改性剂,采用一次冷混合法制备水性环氧乳化沥青防水粘结层材料,研究了水性环氧乳化沥青的基本性能,成型模拟桥面铺装结构型式拉拔、剪切复合试件,分析了温度、浸水以及洒布量对水性环氧乳化沥青层间粘结性能的影响。结果表明,水性环氧树脂能显著提高乳化沥青耐热性、拉拔强度及剪切强度;随着水性环氧树脂掺量的增加,其层间粘结强度得到明显改善,水性环氧树脂掺量为15%时,25℃复合件拉拔强度、剪切强度较普通乳化沥青分别提高了68.0%、73.4%,60℃提高了216.9%、110.1%,浸水2d后仅下降7.5%、5.5%,说明水性环氧树脂的掺入能够提高乳化沥青水稳定性;层间粘结强度随着水性环氧乳化沥青洒布量的增加先增加后减少。综合材料性能和经济性,推荐水性环氧树脂掺量为15%,水性环氧乳化沥青洒布量为0.8kg/m^(2)。

关键词：水性环氧树脂乳化沥青防水粘结层拉拔强度剪切强度洒布量

基于自分层效应的钢桥面防水粘结层的制备与性能研究

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基于自分层效应的钢桥面防水粘结层的制备与性能研究

作者：卢昌杰长安大学

学位级别：硕士

防水粘结层(WAL)作为桥面板与沥青铺装层之间的中间层,不仅需要将桥面板与沥青铺装层粘结为一个整体,还需防止桥面积水以及腐蚀性物质渗透到桥面板,故性能优异的WAL对钢桥面的安全使用有重要影响。针对现有钢桥面WAL耐久性和柔韧性不佳... 详细信息

防水粘结层(WAL)作为桥面板与沥青铺装层之间的中间层,不仅需要将桥面板与沥青铺装层粘结为一个整体,还需防止桥面积水以及腐蚀性物质渗透到桥面板,故性能优异的WAL对钢桥面的安全使用有重要影响。针对现有钢桥面WAL耐久性和柔韧性不佳、施工成本高、施工周期长等问题,本文将自分层效应引入到钢桥面WAL的设计开发中,制备得到3种钢桥面WAL,并对其基本性能和路用性能进行了详细研究,结合表面能理论对自分层机理进行了探讨,最后将3种最佳组成的自制WAL与目前钢桥面使用的环氧树脂WAL进行综合性能对比,验证其实际使用性能,具体研究内容如下:(1)以丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及苯乙烯(St)为单体,采用自由基溶液聚合法合成了P(BA-MMA-St)嵌段聚合物,再将其与双酚A型环氧树脂E51在共溶剂(二甲苯和正丁醇)中以一定比例进行混合形成防水涂料,最后将其均匀刮涂于钢板表面,待溶剂自然挥发形成PA/E51WAL。采用差示扫描量热仪(DSC)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重分析仪(TGA)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段表征了P(BA-MMA-St)的玻璃化转变温度、分子量、热稳定性和化学组成。通过改变聚丙烯酸树脂与环氧树脂的质量比,制备得到5种WAL。研究了上述两种树脂比例对WAL性能的影响。通过FT-IR、静态接触角测试、SEM等测试结果,结合利用表面能理论对自分层行为进行了探讨。结果表明:当聚丙烯酸树脂与环氧树脂的比例为3:7时,性能最佳,且满足不透水性要求。此外,通过测试WAL在不同喷涂量下的拉拔强度,确定最佳喷涂量为0.71～0.82 kg/m。5种自分层WAL在固化阶段均发生自分层行为。(2)针对现有WAL耐久性不佳的问题,将化学键稳定的C-F键引入至上述树脂中,即以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)、BA、MMA以及St为单体,通过调控DFHMA的组成,经自由基溶液聚合法合成5种含氟量不同的P(BA-MMA-St-DFHMA),再将其分别与环氧树脂E51混合形成防水涂料FPA/E51。系统研究了不同含氟量(5%、10%、15%、20%以及25%)组成对自分层WAL基本性能及路用性能的影响规律,最后对该类涂层的耐久性机理进行了详细探讨。结果表明:当含氟量为20%时,WAL的拉伸强度与断裂伸长率达到最大值,分别可达到7.04 MPa,128.9%;同时表现出最佳的粘结强度(6.55 MPa);此外,对不同含氟量防水粘结层进行了老化耐久性试验,经过10d的老化试验,力学性能仅仅下降了10%左右。(3)如何提高WAL的柔韧性,以满足其对行车荷载时对桥梁变形追随性能的需求,一直是该领域急需解决的关键问题之一。通过在丙烯酸树脂结构中引入长链烷基来改善WAL的柔韧性。即以丙烯酸异辛酯(EHA)、BA、MMA以及St为单体,通过调控各单体的配比,自由基溶液聚合法合成了4种玻璃化温度不同的P(BA-MMA-St-EHA),将其与环氧E51进行共混得到系列EPA/E51自分层WAL。研究了不同玻璃化温度对桥面WAL抵抗变形能力的影响规律。结果表明:在力学性能测试中,防水粘结层的断裂伸长率平均可以达到150%,具有优异的抵抗变形能力与变形协调性。此外,随着玻璃化温度的升高,拉拔强度表现出先增大后减小的趋势,最大可以达到8.35 MPa。防水粘结层的不透水性也满足规范要求。当P(BA-MMA-St-EHA)玻璃化温度为-15℃时,WAL表现出最佳性能。玻璃化温度的改变对于自分层行为无影响。(4)将上述3种WAL体系的最优配方与目前钢桥面使用的环氧树脂WAL进行了综合性能对比。研究表明自制WAL与环氧树脂WAL高温性能相当,低温性能更佳。此外,断裂伸长率高达157%,而环氧树脂WAL仅为89%,且粘结强度和不透水性需满足规范要求。本文制备的WAL具有良好的性能优势与使用前景。

关键词：防水粘结层自分层环氧树脂钢桥面铺装低温性能

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桥面防水粘结层材料优选与适配性研究

桥面防水粘结层材料优选与适配性研究

作者：赵曦长安大学

学位级别：硕士

防水粘结层是桥面铺装结构中的重要组成部分,为桥面板提供一个无渗透性屏障,在铺装结构中承担防水和粘结作用,是确保桥梁结构使用性能的有效措施之一。目前我国对于桥面防水粘结层的研究虽取得一些进展,但还不够完善,桥面铺装结构病害... 详细信息

防水粘结层是桥面铺装结构中的重要组成部分,为桥面板提供一个无渗透性屏障,在铺装结构中承担防水和粘结作用,是确保桥梁结构使用性能的有效措施之一。目前我国对于桥面防水粘结层的研究虽取得一些进展,但还不够完善,桥面铺装结构病害中由于防水粘结层破坏导致的剪切、滑移病害仍然比较严重。因此,针对桥梁结构的防水粘结层材料研究具有重要实际意义。本文选取溶剂型沥青粘结材料Cati Coat、热熔沥青防水材料Fresh Coat与溶剂型沥青粘结材料的复配材料C+F、甲基丙烯酸甲酯防水材料MMA和环氧沥青EA四种防水粘结层材料进行研究,评价其高低温性能、拉伸性能、不透水性、耐腐蚀性及耐老化性等;采用Posi Test拉拔仪及万能试验机对四种材料的粘结及抗剪切性能进行研究,推荐适宜的涂布量范围,分析各因素对防水粘结层材料粘结及抗剪切性能的影响;建立多目标智能灰靶决策模型,确定目标效果的靶心距离,优选出适合钢桥面和水泥混凝土桥面的最佳防水粘结材料。研究结果表明:四种防水粘结层材料均具有较好的拉伸性能、耐高温、低温、腐蚀、老化性能及不透水性;不同防水粘结材料使用时存在最佳涂布量,C推荐涂布量在0.5～0.7kg/m;C+F推荐涂布量在1.0～1.3kg/m,MMA推荐涂布量在2.5～3.0kg/m,EA推荐涂布量在0.5～0.7kg/m;界面粗糙程度的增加可有效增强防水粘结层材料的抗剪切强度,钢桥面推荐撒布0.1kg/m硅砂,水泥混凝土桥面推荐采用拉毛处理;高温、浸水、冻融循环、化学腐蚀、老化均会导致防水粘结层材料的路用性能不同程度降低。多目标智能灰靶决策模型分析表明,不同防水粘结层材料应用于钢桥面时环氧沥青EA综合性能最优,应用于水泥混凝土桥面时溶剂型沥青粘结材料Cati Coat综合性能最优。

关键词：桥面铺装防水粘结层层间粘结剪切强度拉拔强度