中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 公路工程论文 > 环氧沥青钢桥面铺装材料评价与应用试验研究

环氧沥青钢桥面铺装材料评价与应用试验研究

时间:2015-12-24 16:45来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是公路工程论文,本文分别从微观结构状态和宏观试验评价两方面对环氧沥青及混合料进行研究分析;并依据组合铺装结构功能层设计和铺装一体化设计思想对―SMA+环氧沥青混凝土

第一章 绪论


1.1 研究背景及意义
大跨径钢箱梁桥面铺装是一个棘手的技术难题,我国特殊的气候、交通等原因使得该问题尤为突出,钢桥面铺装的早期病害与维修对桥梁的交通功能影响非常严重[1]。我国钢桥以钢箱梁结构居多,加之我国的高温多雨气候环境条件,我国钢桥面铺装解决难度较大,而且不能简单借鉴国外经验。我国工程技术科研人员在过去的 30 余年的时间里不断开展课题攻关,努力解决钢桥面铺装技术难题,在材料开发应用、铺装结构设计、施工维修养护技术等方面取得一定成果[2]。由于我国钢桥面铺装技术应用时间不长,大部分工程仍然需要经过长期检验,目前应用的部分技术也不够成熟,还需进一步总结已有的工程经验,针对具体问题开展相关的研究课题,以期更好的解决这些工程难题[3]。环氧沥青混合料是一种性能优良的钢桥面铺装材料,具有较好的的耐高温、高韧性、抗疲劳等性能,尤其对重载交通具有较强的适应性。国外对环氧沥青混凝土的研究和推广始于上世纪 60 年代,日本、美国系统深入地研究了环氧沥青混凝土铺装结构在大跨径钢桥面铺装中的应用情况。相比与国外,国内在这方面的研究起步较晚,但近年发展迅速,从 2000 年南京长江二桥的环氧沥青钢桥面铺装取得较好成效以来,国内一些大跨径钢桥桥面陆续采用环氧沥青铺装结构。我国 10 余年不同类型的环氧沥青钢桥面铺装使用情况反映出,综合性能方面热拌环氧沥青钢桥面铺装表现较好,而且施工相对简便,施工的质量控制也相对比较容易;冷拌环氧沥青对于环氧沥青铺装的局部病害维修具有施工方便、设备要求简单等优点。国外对于环氧沥青关键技术大都申请专利或技术保密,环氧沥青材料技术的复杂性和高昂的进口价格,在一定程度上影响了当前我国环氧沥青材料的应用推广和大跨径钢箱梁桥面铺装技术的发展,为此有必要开展环氧沥青材料的研究[4]。另一方面,环氧沥青铺装维修和普通沥青混合料相差很大,维修难度也很大,我国部分环氧沥青钢桥面铺装出现病害,影响了大跨径桥梁的交通安全畅通[5]。维修中如采用进口材料存在价格高、采购复杂、到货周期长等问题,不利于钢桥面铺装的及时维修研究,为此有必要研究国产环氧沥青铺装维修材料,为我国大跨径钢箱梁桥面铺装的维修养护提供良好材料和技术基础[6]。同时需要对新型的组合铺装结构的层间性能进行设计和试验评价研究。
.......


1.2 钢桥面铺装常用材料与结构
经过多年的发展,我国逐渐形成了多种类型铺装方案,总体上可分为―三种主要铺装材料、三种铺装结构。其中,三种主要铺装材料分别为沥青玛蹄脂 SMA、浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土[7];三种钢桥面铺装结构分别是同质双层铺装结构、同质单层铺装结构和异质双层铺装结构。SMA 沥青玛蹄脂碎石混凝土,SMA 混凝土的设计初衷为降低沥青路面永久变形,后来在使用过程中发现其同时还具有较强的低温抗裂性能和抗水损害性能。SMA 作为一种断级配的沥青混合料,其粗骨料含量非常大,接近于 70%-80%,同时矿粉的含量也较高,而细集料含量低。SMA 作为一种典型的骨架密实型结构,大量的粗集料紧密嵌挤形成骨架结构,沥青砂浆充分填充于粗集料骨架的空隙中。稳定良好的结构形式决定其具有良好的高温抗车辙性能、防水性能和较好的耐久性能,此外,由于其结构表面粗糙,抗滑性能也较好。浇注式沥青混凝土起源于德国,英文名为 GussAsphal(tGA),其含义为―流动路面。该混凝土材料本身具有一定流动性,摊铺时通常无需经过碾压,仅通过一定的摊铺整平就能达到施工效果。此外,通过在浇注式沥青混凝土上层撒布石屑可提高铺装层力学性能和稳定性。由于具有较好的防水、抗老化、抗疲劳性能,其被大量运用于建筑物防水层和路面工程中。欧洲是浇筑式沥青混凝土被较广泛应用于钢桥面铺装的地区,超过 80%的桥梁使用这种材料[8]。
.........


第二章 环氧沥青的微观结构


2.1 环氧沥青在荧光显微镜下的微观形貌
将环氧沥青样品载玻片置于荧光显微镜下观察,利用荧光显微镜发出紫外线使物质中不同颗粒结构反射不同颜色荧光的原理,观察不同掺量比例的环氧沥青中环氧树脂和基质沥青的整体分布状况,研究随着掺量比例提高,环氧沥青中环氧树脂相和基质沥青相的变化。从而分析环氧沥青微观结构及固化反应机理。荧光显微镜是以紫外线为光源,照射被检样品使其发出一定的荧光,由于不同材料对荧光的反映特性不一样,从而能够在显微镜下观察样品的形状及具体位置。荧光显微镜是一种能够对物质进行定性和定量研究的有效工具。在蓝光(波长 488nm)下,环氧树脂会强烈激发,所以不需要添加荧光指示剂就可以直接观察环氧树脂在环氧沥青的分布情况。首先,对环氧树脂和固化剂进行 60℃恒温预热约 1h,再将两者按照一定比例混合并手动搅拌约 3min;其次,将混合完全的环氧树脂固化物按一定比例与 165℃基质沥青进行混合并放置于电炉上加热边搅拌;最后,用玻璃棒沾取少量混合均匀的环氧树脂固化物与基质沥青的混合物置于载玻片上,盖上盖玻片并适当用力将该混合物压平整均匀。通过以上步骤,制备混合树脂(环氧树脂与固化剂的混合物)与环氧沥青的比例依次为 0%、10%、20%、30%、40%、50%的混合物样品,并将该样品放入 60℃恒温烘箱中放置 4 天,室温下放置 1 天。
......


2.2 环氧沥青在 SEM 下的微观形貌
将制作好的环氧沥青截面样品置于扫描电子显微镜(SEM)下观察,利用 SEM 发出的高能电子束轰击样品表面激发出各种物理信息,观察环氧沥青截面的微观形貌。同时,将经过甲苯刻蚀后(甲苯溶解环氧沥青的沥青成分,仅剩环氧树脂固化物)的样品置于 SEM 下观察,利用同样的实验原理观察环氧沥青中环氧树脂固化后的三维空间结构。结合荧光显微镜试验结果分析环氧沥青微观结构及固化反应机理。扫描电子显微镜(SEM)是利用聚焦得非常细的高能电子束轰击样品表面,从而激发出各种物理信息。通过对这些物理信息进行接受、放大和显示成像处理,能够对样品的表面微观形貌进行详细观察[36]。高能量的入射电子束能够与固体样品的原子核和核外电子发生反应,并产生多种物理信号,此时通过不同的探测器检测这些信号便能够获取样品的相关信息。本次试验所采用的仪器配备了 X 射线能谱仪和电子背散射衍射分析系统,除了观察微观形貌,还可以进行微区成分的定点分析以及线面分布分析,同时进行微区物相晶体结构、晶体取向和取向分布等分析。不同比例的环氧沥青在扫描电子显微镜下观察结果分别如图 2-13(0%)、图 2-14(10%)、图 2-15(20%)、图 2-16(30%)、图 2-17(40%)和图 2-18(50%)所示。试验结果显示,基质沥青的断面 SEM 图和 10%掺量比例的环氧沥青断面 SEM 图趋近光滑平面,仅有少量沥青脆断的微裂痕。20%掺量比例的环氧沥青断面 SEM 图呈凹凸不平状,出现少量的环氧树脂固化颗粒;30%掺量比例的环氧沥青断面 SEM 图上凸出的圆点增多,出现较多的环氧树脂固化颗粒,颗粒相互间的间隙较小;40%掺量比例的环氧沥青断面 SEM 图上凸出的圆点大小不一,尺寸差别较大,表明环氧树脂固化颗粒尺寸差异性变大,基本形成了空间网络结构形式;50%掺量比例的环氧沥青断面 SEM图上凸出圆点分布均匀,表明颗粒分布均匀,已形成了均匀的空间网络结构形式。
.......


第三章 热拌环氧沥青混合料性能评价研究 .........27
3.1 原材料选择及级配组成设计 .........27
3.2 环氧沥青混合料在 SEM 下的微观形貌.....30
3.3 热拌环氧沥青混合料性能试验研究....32
3.4 热拌环氧沥青混合料施工性能试验研究.........41
3.5 本章小结.....47
第四章 冷拌环氧沥青混合料性能试验评价研究........49
4.1 冷拌环氧沥青性能及材料比例选择.....49
4.2 原材料选择及级配组成设计 ....54
4.3 冷拌环氧沥青混合料性能试验研究.....56
4.4 本章小结.....62
第五章 组合铺装结构粘结层体系试验研究 .........63
5.1 组合铺装结构的设计....63
5.2 粘结层试验方法 ....65
5.3 粘结层性能影响试验研究 .......70
5.4 本章小结.....79


第五章 组合铺装结构粘结层体系试验研究


钢桥面铺装结构作为直接承受车辆荷载的结构层,不仅需要满足一般路面使用性能的要求,还需具有与其结构特点及使用条件相适应的技术性能。近年也出现了一些新型组合铺装结构,本章研究铺装下面层采用环氧沥青材料、上面层采用改性沥青混合料的组合结构钢桥面铺装,此组合结构钢桥面铺装方案具有施工方便、性能优良、造价相对降低、便于维修等特点。研究评价该组合结构的适用性,重点解决改性沥青混凝土与环氧沥青铺装层间的相容、粘结、抗剪等问题,通过拉拔和剪切试验评价不同粘结层材料、不同层间接触状态和粘结层用量对粘结层性能的影响,总结粘结层性能变化规律,为铺装结构的选择和施工提供参考依据。


5.1 组合铺装结构的设计
由于钢桥面铺装结构具有与其结构特点及使用条件相适应的特殊技术性能要求,铺装方案设计时不仅需要考虑结构的功能层设计研究,同时也要注意整个铺装结构的一体化设计研究。综合以上要求,评价“上面层(SMA)+下面层(环氧沥青混凝土)”组合结构钢桥面铺装方案。现阶段钢桥面铺装结构多用双层铺装结构,双层结构体系可以针对上、下层不同的使用性能要求进行差异化设计,从而能够更好的适应钢桥面铺装较高的性能要求。一方面,从钢桥面铺装路用性能要求来看,上面层铺装结构作为承重的磨耗层,直接暴露在行车荷载与外界环境下,要求材料具有较高的抗疲劳、高温抗车辙等性能,具有较强的耐久性及一定的低温抗裂性能,以及必要的平整度及抗滑性能,以保证行车舒适性和安全性;而下面层铺装结构作为与钢桥面板直接接触的保护层,则应具备较强的抗剪能力与良好的变形追从性,并具备良好的防水性能[55]。铺装材料的高温性能与低温性能、抗滑性能与抗疲劳性能以及粘结层的粘结能力与应力吸收能力等需要平衡,仅强调一个方面可能影响另一方面。通过对钢桥面铺装结构进行双层差异化设计,使用不同的铺装材料,充分利用不同材料性能,以满足铺装综合性能要求。


..........


结论


环氧沥青钢桥面铺装研究和设计需要考虑铺装材料与铺装结构综合因素,本文分别从微观结构状态和宏观试验评价两方面对环氧沥青及混合料进行研究分析;并依据组合铺装结构功能层设计和铺装一体化设计思想对―SMA+环氧沥青混凝土钢桥面铺装组合结构的粘结层结构体系进行了系统试验研究评价。得出结论如下:
1)环氧沥青的荧光显微镜照片、环氧沥青截面的 SEM 照片分析表明,表明,当环氧树脂掺量低于 30%时,环氧沥青中沥青为主相,环氧树脂以黄色小胶粒的形式均匀分布于基质沥青中,且小胶粒的密度与环氧树脂掺量成正比。当环氧树脂掺量高于 40%时,环氧沥青中环氧树脂为主相,沥青以分散相均匀分散在环氧树脂中,表明在环氧沥青在环氧树脂掺量 30%-40%之间为发生相反转。
2)31%-40%不同比例环氧沥青经刻蚀样品微观形貌观察结果表明,在达到形成空间网络结构的掺量比例后,随着掺量比例增大,空间网络结构的间隙变小并趋向均匀分布,空间网络结构也更加紧密。试验测试表明,37%环氧树脂含量为所测试环氧沥青形成空间网络结构的临界值。
............
参考文献(略) 

(责任编辑:gufeng)
顶一下
(2)
100%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容