树脂沥青组合体（精选六篇）
树脂沥青组合体 篇1
EBCL层在钢桥面板喷砂除锈后直接施工, 不仅作为防水粘结层使用, 同时兼具了钢桥面板的防腐功能, 对整个铺装体系来讲相当重要。本文结合具体条例对EBCL防水粘结层的施工技术进行介绍。
1 工程概况
嘉兴至绍兴跨江公路通道起自嘉兴 (秀洲) , 接常熟经苏州至嘉兴高速公路, 于黄湾跨钱塘江, 止于绍兴沽渚, 接杭甬和上三高速公路, 全长69.462 km。其中嘉绍大桥北起海宁尖山围垦区, 跨钱塘江水域, 至上虞九六围垦区, 全长10.137 km, 采用双向八车道高速公路标准。嘉绍大桥由主航道桥、北副航道桥、水中区引桥及陆地区引桥组成。其中主航道桥为世界上首座六塔独柱四索面分幅钢箱梁斜拉桥, 其跨径布置为70+200+5×428+200+70=2 680 m。钢桥面铺装主体设计方案采用树脂沥青组合体系钢桥面铺装, 其结构为EBCL+RA05+SMA-13 (简称ERS) , 施工面积共计101 665 m2, 为目前世界上面积最大的钢桥面铺装。
2 EBCL胶料的材料性能
EBCL胶料由EBCL-A及EBCL-B 2种组分组成, 施工过程中, EBCL-A及EBCL-B按照1∶1的比例进行混合, 采用专用搅拌设备搅拌2 min, 制备成成品EBCL胶料。然后采用刮涂的方式, 按照0.9~1.1kg/m2的计量, 均匀刮涂在喷砂除锈完成的钢板上;刮涂完成后, 及时撒布一层粒径为3~5 mm、用量为2.5~3.0 kg/m2的碎石, 使其与EBCL胶料同步固化。
固化后的EBCL胶料及所撒布的碎石应满足如表1、表2所示的性能指标。
3 EBCL防水粘结层的施工
3.1 EBCL防水粘结层施工工艺流程
具体施工流程:施工准备→喷砂除锈→现场配料→涂布EBCL胶料→撒布碎石→养护检测。
3.2 施工准备
1) 喷砂前, 应首先检查钢桥面板的外观, 确保表面无焊瘤、飞溅物、针孔、飞边和毛刺等, 否则必须通过打磨加以清除, 锋利的边角必须处理成半径2 mm以上的圆角。
2) 用清洁剂或溶剂清洗桥面板表面的油污、盐分及其他脏物。
3) 用高压清水清洁, 直至无油污、污垢为止。
3.3 喷砂除锈
1) 经过除油、除盐及补焊打磨等处理, 并经检验合格且干燥的表面方可进行喷砂作业。
2) 采用吸尘装置的移动式自动真空无尘打砂机, 彻底去除桥面车间底漆以及钢材表面锈迹、油污、尘土、污水等一切脏物, 确保在涂漆前表面清洁、干燥。喷砂除锈处理, 如图2所示。
3) 采用多台喷砂机并行直线连续抛丸的方式进行喷砂作业。每次行走距离不超过50 m, 往返多次, 直至将整个需除锈范围抛丸完毕;两幅抛丸搭接处应互相搭接5~10 mm。在进行最后一遍喷砂除锈时, 应换用清洁干燥磨料, 禁止使用回收磨料。
4) 对于打砂机无法施工的区域或边缘, 采用手提式打磨机作业, 确保该部位的清洁度与粗糙度满足设计要求。
3.4 EBCL层施工
1) 首先将存在于桥面的尘埃、杂物等清除干净, 然后仔细清洁洒布作业面, 确保作业面干净、无污染。
2) EBCL胶料须在施工现场配制。在配制EBCL胶料时, 现场应铺设防止污染的帆布, 并配备混合用的胶桶、电动搅拌器、电子称、量杯和刮涂用的刮刀等器具。EBCL胶料A、B两组分混合使用前应先用电动搅拌器将A、B各自组分搅拌均匀, 防止材料长时间堆放后产生分层或不均匀。A、B料按比例称量后采用电动搅拌机搅拌均匀, 搅拌时间以混合均匀为标准, 一般不少于2 min。
3) EBCL施工采用画方格网人工刮涂方式涂布于钢板表面, 涂布要求均匀、无堆积、无流淌, 涂布量为0.9~1.1 kg/m2。刮涂操作人员应用刮刀反复刮涂胶料, 使胶料均匀地分布在方格网内。已刮涂好胶料表面, 除撒布碎石的人员外, 禁止其他任何人员进入。现场胶料刮涂如图3所示。
4) EBCL涂布完毕后, 在胶料表面撒布一层3~5mm粒径的石子。单粒径碎石撒布要求干燥、清洁、均匀、无堆积, 石子的撒布量为2.5~3.0 kg/m2, 使之与EBCL胶料一起固化, 形成粘结牢固的EBCL抗滑表层。碎石撒布应由有经验的操作工人手工完成, 撒布量应先做好标准样板, 碎石撒布要求达到满布面积的80%。施工参照标准样板控制验收。碎石撒布如图4所示。
9) EBCL施工过程中成型EBCL胶料拉剪试件和拉拔试件, 与桥面板EBCL同等条件养生, 检测胶料的拉剪强度和拉拔强度。
3.5 注意事项
3.5.1 钢桥面板基层处理要求
钢桥面板采用真空无尘打砂的除锈方法, 要求喷砂除锈后钢板表面的清洁度达Sa 3.0级, 粗糙度达到Rz 80~100μm。
3.5.2 EBCL层的施工
1) 在钢桥面板喷砂除锈表面处理后, 应在1 h内进行EBCL层的施工, 以防止桥面板的氧化及返锈。其中横坡上游侧左路肩1 m宽度及下游侧右路肩2m的宽度范围在EBCL层施工前应进行环氧封闭底漆和电弧喷锌铝合金处理。在EBCL层的施工中要注意安全、保持清洁, 施工过程禁止吸烟。操作人员要穿防护衣和鞋套, 注意做好已完成桥段的表面清洁保护, 防止二次污染。
2) EBCL施工结束后, 立即用专用清洗液将各种量具和涂刷工具清洗干净, 以备下次施工时用。接头部位施工可以在第二天喷砂处理时打去部分EBCL, 形成干净面, 然后进行施工。
3) 刮涂胶料和碎石撒布施工应严格按照天气预报进行安排, 当天气预报在胶料初始固化前可能有雨的情况下不得安排EBCL的施工作业, 以免胶料固化前淋雨, 影响EBCL层的质量。对于尚未固化被淋雨的EBCL层必须铲除, 重新抛丸、刮涂和撒布碎石。
4) EBCL层施工时要求天气干燥、气温不得低于10℃, 有雾、下雨或相对湿度大于90%时不得施工。
5) EBCL施工过程中要严格控制EBCL胶料各组分比例, 配料过程中要设置专人进行复核。
4 EBCL防水粘结层的质量检验
钢桥面EBCL防水粘结层施工完成后, 按照表3进行相关质量检验。
5 结语
钢桥面EBCL防水粘结层, 作为一种新型的钢桥面铺装防水体系, 因EBCL胶料与钢桥面板良好的粘结, 已被成功应用于浙江嘉绍大桥、宁波象山港大桥等钢桥面铺装。由于该结构层在作为防水粘结层的同时, 兼具了铺装体系抗滑层的功能, 有一定的推广应用前景。
摘要：ERS (EBCL防水粘结层+RA05树脂沥青混凝土+SMA-13沥青混凝土) 树脂沥青组合体系正广泛应用于钢桥面铺装。EBCL层作为防水粘结层, 具有变形追随能力强、热稳定性高、与钢板粘结强度好等优点, 该结构层同时兼具钢桥面板防腐的功能, 可有效保证钢桥面板的耐久性和使用安全性。本文介绍了ERS树脂沥青组合体系在嘉绍大桥钢桥面铺装中的应用。
关键词：ERS,钢桥面,铺装,桥梁施工,树脂沥青组合体系
参考文献
[1]杨崇国, 刘小勇.明州大桥钢桥面铺装层ERS施工技术[J].桥梁建设, 2012, 42 (2) :115-119.
树脂沥青组合体 篇2
关键词：探地雷达,无损检测,Delaunay三角剖分,三维建模
探地雷达(Ground Penetration Radar,简称GPR)是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术[1]。随着近年来大型桥梁、特殊结构桥梁越来越多地出现,桥面铺装层结构的设计也在材料、结构层厚度、施工方法等方面发生了许多变化,特别是钢箱梁桥面等特殊结构层之上、超大载荷结构物之上的铺装层设计为了满足高强度、高粘结度(牢度)、高耐疲劳性等一系列要求,更多地采用了RA树脂组合桥面铺装等一些新工艺,为了在RA树脂组合桥面铺装厚度检测中确保数据的准确性,在利用探地雷达采集的路面层厚度图像的基础上,采用Delaunay三角剖分,利用计算机三维仿真重构处桥面层,弥补了探地雷达单方面技术的不足,实现了所见即所得高清晰的计算机仿真模型。本次检测的工程项目为浙江省某桥桥面铺装层,本次桥面层质量探地雷达无损检测的主要内容有:检测桥面层厚度及桥面层缺陷(桥面层结构松散、破碎、脱空、沉陷、高含水区域及软弱体等病害检测)。
1 桥面层三维数字化仿真实现
1.1 基于GIS的三维可视化仿真的基本原理
GIS是近年发展起来的一门介于地球科学和信息科学之间的交叉学科,是在地学学科与数据库管理系统、计算机图形学、计算机辅助设计、计算机辅助制造等与计算机相关学科相结合的基础上发展起来的。
三维可视化仿真(Three-Dimensional Visual Simulation,3DVS)是计算机仿真技术和系统建模技术相结合后形成的一种新型仿真技术,其实质是采用图形或图像方式对仿真计算过程的跟踪、驾驭和结果的后处理,同时实现仿真软件界面的三维可视化。
GIS与3DVS的结合[2,3]可发生在原始数据采集及仿真计算数据的可视化表达这两个阶段。二者有两种结合方式:1)融合式:尽管这种集成方式的数据传递方便高效、操作简便,但开发费用高、周期长;2)通过建立二者的扩展模块来实现彼此间数据相互交换和信息共享。此方式开发简便、费用低廉,而且由于二者的相对独立性及可扩展性,便于系统的维护及进一步开发。本文采用第二种方式实现GIS与3DVS的结合。
1.2 数据的标准化研究与数据库建设
三维仿真建模在数据库选用何种商业软件时,应考虑空间数据的非结构化、多源等特征,也就是能在传统的关系数据库模型中加入支持面向对象的功能,如支持类、方法、属性等。
1.2.1 数据表组织
GIS数据具有明显的专业分类与从属关系,这种关系体现在各类数据信息之间的关联,通过这种关联建立数据信息之间的层次关系。在设计数据表和图形属性表中,采用约束条件实现表与表之间和表与图元之间的关联和信息传递。GIS信息在内容上主要包括空间数据和属性数据:在空间上,主要体现以图形数据为主线,通过图元与属性数据的关联,来表达图形数据的实体特征;在关联关系上,描述空间图元的属性信息可以是一个简单的属性表,也可以是并列的多个属性表和具有从属关系的链状表,即图元和数据表的一对一或一对多关系。
1.2.2 数据表访问
本文数据库拟在以太网内部采用C/S结构,便于其他专业工作的开展。作为用户而言,希望从数据库中取得的数据都是以对象的方式存在的,这些对象的信息一般分布在各数据表中,见图1。
根据勘察资料提供的钻孔信息,将其数据入库管理,其中钻孔表记录桥面层信息,主要内容有桥面层编号、钻孔编号、岩土名称、层底深度、地层厚度等,“钻孔基本信息表”记录钻孔或勘察点的信息,主要内容有钻孔编号、X坐标、Y坐标、孔口标高等,它们是三维建模所需的基础数据表。也可以通过钻孔数据文件直接记录建模所需信息,主要包括桥面层控制点个数、桥面层数、钻孔数、控制点编号、点的三维坐标、桥面层厚度、与桥面层的相邻关系、钻孔编号等信息。
2 工程应用与实践
2.1 虚拟钻孔数据的提取
图2为探地雷达在桥面层检测后的处理图像,由图中可以清楚地看到桥面铺装层的分层情况,在拟控制断面布置虚拟钻孔。
许多学者都从事钻孔数据结构的建立和基于离散点信息建立地质模型的研究工作[4,5]。从钻孔柱状图中将不同层的分界点取出作为建模数据源,该数据源是本文三维桥面层建模的数据基础,采用二分拓扑数据结构来描述钻孔信息,如图3所示。
2.2 桥面铺装层三维数字模型的建立
在三维GIS构模法中以表面构模法、块段构模法、线框实体构模法的应用最为广泛,与之相应的基于面的数据模型及基于体的数据模型也就成为当前三维GIS数据模型与结构的研究热点。许多学者[4,5,6,7]在三维地层方面有相应的研究,比如有学者提出以广义三棱柱为基本体素来表达三维地层体,与之相对应的数据模型为广义三棱柱(GTP)模型。GTP是专门针对实际地质钻孔出现偏斜而提出的一种可以不受三棱柱棱边平行(即钻孔垂直)限制的体元构模方法,并将GTP构模称为其特例。而且,基于TIN边退化和TIN面退化,可以由GTP导出Pyramid模型和TEN模型。 GTP构模原理是:用GTP的上下底面的三角形集合所组成的TIN面来表达不同的地层面,然后利用GTP侧面的空间四边形面来描述层面间的空间关系,用GTP柱体来表达层与层之间内部实体。
基于钻孔的三维建模方法分为两个主要步骤,即首先由钻孔孔口坐标点做Delaunay三角剖分形成表面TIN,然后将TIN 中的每个三角形沿钻孔向下扩展生成三棱柱。具体生成三维桥面层如图4所示。
2.3 与属性数据库的交互
在建立空间数据库与属性数据库的过程中,将各个构筑物分配唯一的ID号,这样就将面向实体和面向工程的概念统一起来,且通过唯一的ID 号进行连接。在属性数据库中根据相应图层中的图元来查找与之相对应的属性,使用条件查询可根据特定的逻辑表达式作为查询条件,查询符合该图元分布的逻辑条件,条件查询语言可表达如下:select from database where 列名=“”。
3 结语
以GIS结合三维可视化仿真技术(3DVS),实现新型RA树脂桥面层模型重构是本文的研究重点。本文利用CAD图形平台,结合探地雷达扫描图像结果,实现了桥面层三维模型直观描述和信息的高效应用与科学管理,而且提供了实用的应用模型,并实现了设计成果的可视化表达,给桥面层设计与决策提供了一个科学、形象、直观的辅助分析手段,有助于推动桥面层设计与管理工作的可视化、数字化发展。本文在重构时着重利用虚拟钻孔,另外还可以发展利用探地雷达二维剖面图像重构三维桥面层结构,此项研究正在进行当中,具有广阔的发展空间。
参考文献
[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994.
[2]Elvins T T.A Survey of Algorithms for Volume Visualization[J].Computer Graphics,1992,26(3):209-214.
[3]钟登华,宋洋.大型水利工程三维可视化仿真方法研究[J].计算机辅助设计与图形学学报,2004,16(1):121-128.
[4]方海东,刘义怀,施斌,等.三维地质建模及其工程应用[J].水文地质工程地质,2002(3):52-55.
[5]柴贺军,黄地龙,黄润秋.地质结构面三维扩展模型研究[J].水文地质工程地质,1999(4):101-103.
[6]朱合华,郑国平.基于钻孔信息的地层数据模型研究[J].同济大学学报,2003,31(5):535-539.
树脂沥青组合体 篇3
1 环氧沥青的改性原理
环氧沥青就是选择合适的化学改性剂,对普通沥青进行化学改性,从而改变它跟环氧树脂的相容性;然后再加入合适的固化剂、促进剂及其他添加剂,混和均匀得到环氧改性沥青的A组分。选择合适的环氧树脂作为环氧改性沥青的B组分。将A、B组分混和制成改性沥青结合料,环氧树脂与固化剂反应后,沥青分子分散于环氧树脂形成的网状结构中,形成不可逆的固化物,从而赋予沥青优良的物理、力学性能。用环氧沥青拌制的沥青混合料,其路用性能比普通沥青混合料优异得多。
黄坤[7]在加入增容剂的条件下,通过对环氧沥青固化物的提取,确定了沥青在固化过程中不与环氧树脂或者固化剂发生反应,沥青以微米级球形颗粒分散在环氧树脂、增容剂和固化剂组成的连续相中。
张翔等人[8]则认为,沥青界面形成可以分为两个阶段:第一阶段是环氧树脂与沥青的接触与润湿,当石油沥青的表面张力减低或者具有极性基团时,由于吸附作用和极性基团作用,沥青和环氧树脂达到均匀分布;第二阶段是环氧树脂固化过程,环氧树脂和固化剂之间通过化学反应,逐步形成空间结构,使其分子处在能量降低、结构最稳定的状态,形成固定的界面,两个过程是同步进行的。
亢阳等人[9]先把沥青用顺丁烯二酸酐改性,酸酐与沥青发生Dies-Alder反应,在催化剂的作用下,顺酐化的沥青和其他的酸酐固化剂的酸酐键打开形成羧酸负离子,然后环氧基被羧酸负离子打开,形成氧负离子,氧负离子继续和环氧基反应。因为这两种反应几乎同时发生,产物相互叠加、缠绕,最终形成一种立体互穿的聚合物网络。王治流等人[10]通过红外分析也认为催化剂与二元羧酸反应形成羧酸负离子,在此基础上再与环氧基反应。
2 环氧沥青生产和应用过程中的问题
目前,美国、澳大利亚和日本等国生产环氧沥青的工艺非常成熟,性能优良,占据了我国的绝大部分市场,并且由于过去财力的限制以及相关技术资料的空白,我国在研究环氧沥青生产工艺上仍然存有一些技术难题。
2.1 环氧树脂和沥青的相容性
由于环氧树脂、沥青以及固化剂组分之间存在着化学结构、极性、表面张力、分子量(黏度)上的巨大差异,使得它们会不相容,产生离析现象。虽然在机械混和下能达到一定的相容性,但是这种相容不是热力学相容,而是微观或亚微观结构上的一种多相体系。在材料储存过程中,相容性差的材料会发生上下分层现象,从而导致材料性能发生变化。为增进环氧树脂与沥青的相容性,可采取在沥青中添加介质的办法,介质的选择也就成为配制环氧沥青的技术关键。
亢阳等[11]用过量马来酸酐改性沥青,虽然提高了沥青和环氧树脂的相容性,并且大大提高了国产环氧沥青的强度,但是马来酸酐高温升华会带来刺激性气味;而贾辉等[12]采用加入脂肪族多元醇的方法,中和了改性沥青中过量的马来酸酐,但是石油沥青经过马来酸酐改性之后,沥青分子质量增大,会导致沥青结块或者黏度剧增,给沥青与环氧树脂的共混过程中带来一些潜在的麻烦。
2.2 固化剂的选择
环氧沥青最大的优势就是从根本上改变了沥青本身的热塑性,使得材料最终具有热固性产物的种种特性。而热固性材料的性能优劣取决于材料与固化剂发生固化之后所得到的产物的性能,因此固化剂的选择尤为重要。
固化剂在反应过程中的初凝时间是以沥青混合料黏性开始明显降低为依据的。黏性降低,混合料和易性降低,造成压实困难。有的固化剂在高温下初凝时间短,无法进行施工;有的固化剂在高温下初凝时间长,但冷却后却不能继续固化或者固化相当缓慢,几个月都无法形成强度,不利于使用。所以初凝时间是选择固化剂的重要指标。
2.3 适用期和施工固化时间的控制
混合料的温度控制,以能保证在45 min的运输时间内能充分起化学反应,但未硬化、不影响摊铺和碾压为准。在环氧沥青混凝土的施工中,从拌和到摊铺,环氧沥青的黏度随时间是不断变化的,在该变化过程中,如果过早地进行卸料、摊铺和碾压,此时结合料黏度较低,则容易导致混合料出现离析等现象;反之,如较晚进行施工,此时结合料的黏度过大,又会导致摊铺困难和碾压不密实。因此,了解和掌握其固化时间、在何种条件下能够达到完全固化,以及如何控制其固化程度,有着极为重要的实际意义。
另外,选择固化剂的时候还需要充分考虑固化物的性能要求,诸如脆性、抗拉强度等;同时,为了保证施工过程的可行性,还必须了解固化剂发生固化反应时的温度和速度;此外,固化剂与环境的友好性也是考虑因素之一。所以,配制完成环氧沥青与实际应用可能还有很大的距离。
2.4 裂缝问题
环氧沥青为环氧树脂体系与沥青的混合物,由于普通基质沥青必须在加热至100℃以上才能熔化,所以所选的环氧树脂固化体系必须为中温固化体系。环氧树脂体系的高温性取决于固化物的热变形温度和热氧化稳定性。前者决定了高温下的力学性能(强度、模量、蠕变等),后者决定了极限使用温度(分解温度)。这些都取决于树脂及固化剂的分子结构和相互的反应性。一般说来,固化物中交联点间的距离愈短,交联密度愈大,分子链上芳环、脂环、杂环等耐热刚性基团愈多,热变形温度愈高,高温力学性能愈好,耐热性愈好,但是脆性也愈大。脆性大会使强度降低,故通常要进行增韧。
由于环氧树脂的脆性,固化后内应力较大,产生收缩应力,并在荷载作用下产生裂缝。这就有必要提高环氧树脂的韧性和弹性,减少环氧树脂因固化和低温条件下引起的收缩导致的开裂,减缓裂缝的产生和增长。
2.5 配置工艺和施工要求
环氧沥青混合料的配置工艺比较复杂,施工中对时间和温度的要求也十分严格,施工难度较大;如对桥梁所在地的气候环境(温度)、交通荷载等因素考虑不足而设计失误或是施工控制不严,或铺摊压实不佳引起稳定性不好,以及铺装后养护时间不够,这些都会导致环氧沥青铺装路面或桥面的使用性能下降。近10年来,国内数座大桥虽然使用了性能优良的进口环氧沥青,但是由于施工或养护处理不当导致了桥面的使用性能不佳。例如白沙洲大桥,使用了美国进口的环氧沥青,却面临10年来24次的维修,除了常年超载,还因赶工期,施工用了“土办法”:在没有等到混凝土自然干透的情况下,采取高温油炉烘干,从而使沥青粘合强度、硬度都大打折扣,导致桥面“短寿”。
如上所述,整个环氧沥青体系主要是由环氧树脂、沥青、中间介质和恰当的固化剂所构成,其最终优异的性能除了需要各组成部分之间的优化组合,还需要配合严格的施工操作。
3 环氧沥青的研究方向
作为一种新型高性能材料,环氧沥青正越来越受到各国研究者的重视。例如,大跨度的钢桥桥面铺装,长隧道中铺设耐久且又具有吸音避噪功能的铺面,以及集装箱转运站、机场停机坪等,都需要使用高强铺面材料。环氧沥青混凝土是一种高强铺面材料,将会得到更多的开发应用,针对环氧沥青材料生产和应用过程中的问题、难题,提出以下建议:
1)针对环氧沥青相容性不好的问题,可以采用以下增容办法:(1)共溶剂法,采用与环氧树脂和石油沥青相容性都较好的第三相,降低环氧树脂和石油沥青的界面张力,在二者混合时,促进沥青的分散,阻止沥青颗粒的凝聚,并且强化沥青颗粒和环氧树脂大分子的粘结。用于环氧树脂和沥青的增容剂可以为焦油类或化学合成物。(2)引入极性基团法,即在沥青的结构中引入诸如羧基极性基团等,从而增加与环氧树脂的反应性,达到混容目的。(3)聚合物化学改性沥青,通过交联[13]、酸化反应[14]提高沥青的极性,减少沥青和环氧的极性差。(4)添加增容剂。
2)环氧树脂的选择。环氧树脂的种类主要有双酚A型环氧树脂、缩水甘油醚类环氧树脂、脂环族环氧树脂、酚醛环氧等,考虑到成本和来源,可选择双酚A环氧树脂。
3)因为环氧树脂和固化剂固化后形成一个网状的立体结构,呈热固性,必须通过增韧来加强环氧沥青的韧性。可采取的增韧方法有:(1)优先使用带有长链的固化剂固化环氧树脂,在交联网络中引入柔性链段,提高网链分子的柔顺性,达到增韧。(2)环氧树脂改性,用带有活性基团的聚合物接枝到环氧树脂的环氧基上,以消掉一部分的环氧基来达到增韧。(3)添加增韧剂或增塑剂。(4)在环氧基体加入橡胶弹性体或热塑性树脂等分散相来增韧。
摘要：介绍了高性能环氧树脂改性沥青材料的改性原理,并对环氧沥青生产和应用过程中的问题,如环氧树脂和沥青的相容性、固化剂的选择、试用期和施工固化时间的控制等进行了分析,最后针对这些问题提出了建议。
树脂沥青组合体 篇4
1实验部分
1.1原料
本研究采用的基质沥青为中石油生产,主要性能指标如表1所示。SBS改性剂选择了星型结构。增容树脂为一种极性支链接枝聚合物,不仅保持了聚合物的强度和耐热性,而且引入极性化合物后可降低改性沥青混合相的界面能,提升相容性,增容树脂的主要性能指标见表2。
1.2试验过程
将基质沥青加热到120 ℃左右,加入改性剂SBS,先低速剪切10 min,然后升温至185 ℃,在搅拌速度为3 000 r/min的条件下混合分散60 min,在SBS改性剂充分溶胀的基础上再加入增容树脂,在同样的条件下混合分散60 min,制得SBS与增容树脂共混改性沥青。
1.3测试方法
1.3.1常规性能测试
改性沥青的软化点按GB/T 4507—2014《沥青软化点测定法环球法》的要求检测,针入度按T 0604— 2011《沥青针入度试验》的要求进行,力延度的测试参考文献[1]。
1.3.2黏度测试
选用Brookfield CAP2000+锥板黏度计,在固定剪切速率下分别测定了不同温度下改性沥青的黏度。
2结果与分析
2.1 SBS含量对SBS改性沥青性能的影响
SBS含量对SBS改性沥青物理性能的影响如表3所示。从表3可以看出,随着SBS含量的增加,改性沥青的软化点逐渐升高,针入度逐渐降低,延度逐渐减小。当SBS含量低于6%时,其对改性沥青软化点的提升速度较快,SBS含量高于6%时,其对改性沥青软化点的提升速度较慢。分析原因可能是当SBS含量为6%左右时,SBS改性沥青体系中的相态发生了变化:SBS含量低时,基质沥青为连续相,SBS为分散相;SBS含量高时,基质沥青为分散相,SBS为连续相,SBS本身的性能得到了充分体现。因此,选取SBS含量为6%进行后续试验研究。
2.2增容树脂含量对共混改性沥青性能的影响
为了确定增容树脂含量对共混改性沥青性能的影响,在SBS含量为6%的SBS改性沥青中分别加入不同含量的增容树脂,其对共混改性沥青物理性能的影响见表4。从表4可以看出,随着增容树脂含量的增加,共混改性沥青的软化点逐渐升高,针入度逐渐降低,延度逐渐降低。同时,当增容树脂含量高于1% 时,共混改性沥青体系会出现胶凝现象,严重影响SBS的分散效果。故综合考虑,确定增容树脂的含量为1%。
确定增容树脂用量为1%,将其加入到SBS含量不同的改性沥青中制得共混改性沥青,共混体系各项物理性能的变化如表5所示。从表5可以看出,增容树脂的含量为1%时,其加入后对SBS改性沥青软化点的提升值相当于SBS含量每增加1%的效果;其对针入度的降低值比SBS含量每增加1%的效果更好; 延度变化不是很明显。因此,增容树脂可部分等量替代SBS,使基质沥青的软化点得到提升,针入度显著降低,而延度变化不大,对低温性能的影响也不大。
2.3 SBS与增容树脂共混改性沥青的力延度分析
力延度是测定共混改性沥青在拉伸过程中所施加的压力与样品拉伸长度之间的关系,SBS与增容树脂共混改性沥青力延度的测试结果如表6所示。
从表6可以看出,改性沥青力延度的最大力值随着SBS含量的增加而增加,达到最大值后又降低,力延度的最大力值突变点为SBS含量为6%时。基质沥青、SBS含量为6%的SBS改性沥青、SBS与增容树脂共混改性沥青(改性剂总量为6%)的力延度曲线分别如图1、图2、图3所示。从图1可以看出,在拉伸试验初期,基质沥青的拉力随着拉伸长度的增加而迅速增加,在达到最高值A点后急剧下降,降到B点后,拉伸长度继续增加,拉力大小几乎不变。而SBS改性沥青、SBS与增容树脂共混改性沥青的力延度曲线几乎相同但与基质沥青存在较大差异。从图2和图3可以看出,随着拉伸长度的增加,拉力迅速增加至A点,但并不是最大值;随着拉伸长度继续增加, 拉力先减小到B点,之后试件出现很大的变形直至断裂,最大力值出现在C点。最大拉力和最大拉力出现的位置这两个指标体现了改性沥青的低温弹性和抗变形能力。其中,弹性用曲线中OABD的面积来表示;韧性用曲线中BDHC的面积来表示,是外力对改性沥青在发展大变形阶段所做的功,是改性效果的体现,一般认为韧性和改性沥青相容性有关[2];黏韧性为曲线所包围的面积,其物理意义为破坏沥青试件所需要的能量。结合图1、图2、图3可以看出,SBS与增容树脂共混改性沥青的力延度曲线中OABD的面积、BDHC的面积和力延度曲线所包围的面积都要明显大于SBS改性沥青力延度曲线中相应的面积,说明SBS与增容树脂共混改性沥青的弹性、韧性及黏韧性均大于SBS改性沥青。再比较试样断裂时的拉力从大到小依次为:SBS与增容树脂共混改性沥青> SBS改性沥青>基质沥青,说明增容树脂与SBS共混可显著提升SBS和基质沥青的相容性,并提升改性效果。
2.4增容树脂对共混改性沥青温度敏感性的影响
黏度法研究改性沥青是一种简单而准确的手段[3],对改性沥青黏度现象的研究,可以提供反映改性沥青结构特点的信息,分析和认识这些信息,对于进一步研究改性沥青的性能有很大的帮助。本研究采用Brookfield CAP2000+锥板黏度计,在固定剪切速率下分别测定了不同温度下共混改性沥青的黏度,具体实验数据如表7所示。
m Pa·s
根据表7数据,采用阿伦尼乌斯方程建立黏-温方程,具体方程形式如下:
式中,η 为黏度,m Pa·s;A为阿伦尼乌斯常数;ΔE为黏流活化能,k J/mol;R为气体常数,k J/(mol·K);T为温度,K。由1/T与lnη作图得到线性直线(图4、图5),线性相关指数R2均大于0.99,表明线性拟合度较好。 由直线的斜率可求得黏流活化能 ΔE,表征了黏度对温度的敏感性,其值分别为5 110.34和5 056.54;由直线的截距可求得ln A,其值分别为4.835和5.027。
从以上分析可以得出,SBS与增容树脂共混改性沥青的黏流活化能 ΔE要小于SBS改性沥青的黏流活化能,说明SBS与增容树脂共混改性沥青的温度敏感性小于SBS改性沥青,所以增容树脂的加入改善了共混改性沥青的感温性能。
2.5共混改性沥青微观结构分析
荧光显微成像技术可用于改性沥青微观结构的表征,其原理为对于聚合物改性沥青,在蓝光区段,沥青少有被激发的荧光出现,而聚合物却有明显黄绿色荧光被激发出来,因此可以选择蓝光滤光片组作为激发光,在荧光显微镜下就可以清楚地分辨出聚合物相(黄绿色)和沥青相(黑色),而且由于是反射光场,不会破坏聚合物在沥青中的形态,因此可以清晰地观察到改性沥青的真实形态结构[4]。故本研究对SBS改性沥青、SBS与增容树脂共混改性沥青进行荧光显微镜分析,结果如图6所示。从图6可清楚看出,当SBS改性剂含量较低时,SBS以类似球状粒子形态分布在沥青中;随着SBS含量的增大,SBS在沥青中的分布形态相继发生明显变化,SBS颗粒之间逐渐互相连接而形成丝状、朵状、云片状、云絮状;当SBS含量达到6%时逐步形成改性剂为网络状连续相的连续体系。 同时也发现,改性沥青体系中SBS相与沥青相界面明显,表明SBS与基质沥青相容性较差;但加入增容树脂共混以后,SBS颗粒粒径明显变小,并且与沥青之间相界面变模糊,表明增容树脂提升了SBS与沥青的相容性。结合增容树脂本身结构分析可能原因是增容树脂具有一定极性,其与非极性SBS共混后会降低共混体系中相界面能;同时其因带有的某些官能团与沥青、SBS发生物理和化学作用,改善了两者的相容性,进而提升了共混改性沥青的物理性能指标。
3结论
树脂沥青组合体 篇5
近年来, 通过外掺水溶性环氧树脂改善乳化沥青的黏结力国内已开展了一些研究, 庞世华[1]研究了环氧乳化沥青及其冷补混合料的路用性能, 何远航[2]研究了水性环氧树脂改性乳化沥青及其微表处路用性能。然而, 这些研究缺乏定量的路面性能评价, 只能用常规试验定性评价掺加环氧树脂的技术效果。为此, 本研究在通过室内试验确定水溶性环氧树脂最佳掺量的基础上, 进一步采用“主驱动轮式路面材料加速加载试验系统”[3], 对不同微表处进行室内加速加载模拟试验评价, 定量研究环氧树脂对微表处混合料抗滑性、抗剥落性衰减速率的影响, 并建立数学模型, 为设计长寿命微表处混合料奠定良好的基础。
1 试验方法与流程
1.1 水溶性环氧树脂最佳掺量的确定
为保证操作的方便、安全、环保, 并使环氧树脂与乳化沥青更充分地融合, 试验采用水溶性环氧树脂。它通过将环氧树脂分散在水中配制而成, 仍具有环氧树脂原来良好的性能, 且稳定好、高固含量、低黏稠度、黏结性能强, 是一种亲水性的高分子聚合物[2]。
采用人工物理拌合方法, 向改性乳化沥青中分别掺加0%、1%、3%、5%、10%、15%、25% (相对于改性乳化沥青质量的百分数) 水溶性环氧树脂, 待其在40℃烘箱中放置4 h充分反应后, 测定7种混合物的蒸发残留物含量及蒸发残留物针入度、软化点与延度并分析其变化规律。结果如表1及图1。
由以上数据分析得出以下结论:
(1) 随掺量增加, 混合物的蒸发残留物含量逐渐降低, 这是因为水溶性环氧树脂自身有一定水分;
(2) 随掺量增加, 混合物的蒸发残留物的5℃延度存在峰值, 软化点温度增高, 针入度降低, 这些趋势与其它改性沥青一致;
(3) 当水溶性环氧树脂掺入量大于5%时, 蒸发残留物含量和蒸发残留物5℃延度两项指标不满足《微表处和稀浆封层技术指南》[4]对乳化沥青的技术要求。
综合考虑各项指标, 本研究确定水溶性环氧树脂最佳掺量为3%。
1.2 室内加速加载实验
1.2.1 主驱动轮式路面材料加速加载试验系统
以往对于路面表面功能的评价多基于试验路段, 无法实现室内模拟, 不能快速定量地评价其使用效果。本研究采用华南理工大学开发的“主驱动轮式路面材料加速加载试验系统”, 如图1。该系统处于一个密封室中, 通过照射紫外线灯以模拟日照老化过程, 调整控制舱内温度和湿度以模拟实际路面温湿环境, 控制试件表面的淋水量以模拟实际降雨情况, 加载轮通过摩擦力驱动试件轮 (大轮) 转动以模拟实际路面与轮胎间的相互作用。此外, 该系统可同时装载8个试件 (平面尺寸为30 cm×30 cm) , 有助于路面工艺和材料的优化设计。因此, 这是一个全天候的路面表面功能加速加载模拟试验系统[5,6]。
1.2.2 模拟试验方法与流程
本研究所选用的改性乳化沥青和集料技术指标及要求见表2和表3。事先预制8个水泥混凝土弧形板底模, 选其中4个分两组作为微表处实施载体, 之所以选用水泥质底模是为了使微表处的评价条件更为严酷。分别确定两组微表处混合料配合比并拌合, 分组进行摊铺, 具体分组情况见表4, 摊铺时注意防止混合料离析。待乳化沥青破乳后, 在试件安装前对试件进行人工碾压30次, 方向与试件所受轮载作用一致, 使微表处混合料在试验前有一定压实, 并消除由于摊铺原因造成的混合料剥落。完成后试件如图3所示。
测试试验前试件 (图2) 的重量、构造深度 (TD) 、摩擦系数 (BPN) 后安装试件。模拟实际路面受载情况, 将试验条件设置为:轮胎接地压力0.7MPa、轮胎荷载225 k N、运行速度1 550 ms/r、温度20℃[6]。然后运行系统进行加速加载模拟, 当轮胎作用次数达到为0.5万次、1万次、3万次、5万次、7万次、11万次时, 分别测试各试件的质量、构造深度 (TD) 和摩擦系数 (BPN) 。
结论:本次检验结果均符合《微表处和稀浆封层技术指南》 (2006) [4]表3.1.1“改性乳化沥青技术要求”。
2 试验结果及分析
2.1 抗滑性能评价
按《公路路基路面现场测试规程》 (JTG E60—2008) [7], 测得不同作用次数后试件的摩擦系数 (BPN) 与构造深度 (TD) 如图3、图4。
由试验结果可以看出:
(1) 随轮载作用次数增加, 微表处抗滑性能表现出逐渐下降的趋势;
(2) 在0~30 000次之间, 抗滑性下降速率较大, 而后变得缓慢, 这是因为在这期间, 在轮胎作用下微表处混合料首先被压实压密, 该过程中微表处混合料抗滑性衰减较快, 抗滑性能的下降趋于平缓[6];
(3) 掺加3%水溶性环氧树脂后, 微表处混合料的初始摩擦系数 (BPN) 略低于未掺加的试件, 但随作用次数增加, 其摩擦系数 (BPN) 下降速度相对较缓慢, 11万次轮胎作用后, 其摩擦系数 (BPN) 明显高于未掺加水性环氧树脂的微表处试件;
(4) 掺加3%水溶性环氧树脂后, 微表处初始构造深度 (TD) 较大, 但二者相差不大。可认为掺加环氧树脂与否对构造深度的影响不是非常大, 但相对而言, 掺加3%水溶性环氧树脂后, 试件构造深度表现稍好;
(5) 综合分析认为, 环氧树脂的掺加可减缓微表处抗滑性能衰减速率, 延长其使用寿命。
2.2 抗剥落性能评价
在加速加载试验中, 试件受到轮胎压力、摩擦力以及离心力三者合力作用的共同影响, 表面易产生剥落[6]。通过测定在规定轮胎作用次数后水泥混凝土弧形板的质量及其自身质量, 计算微表处混合料在不同轮胎作用下的质量损失率, 由此分析混合料抗剥落性的变化规律。结果见图5。
由图可知, 随轮胎作用次数增加, 质量损失越来越大, 但速率逐渐减缓。与抗滑性能相一致, 在轮胎作用0~30 000次之间, 质量损失较快。掺加环氧树脂可有效降低微表处的质量损失率, 提高抗剥落性。
2.3 微表处性能模型研究
2.3.1 性能模型及其特性
大量试验和数据表明, 路面性能衰减规律遵循“S”型函数特征[5,8], 模型的特点是路面初期和临界状态时性能衰减缓慢, 二者之间衰减速率较大, 与实际情况较符合, 可用于预测对路面长期性能。其方程如式 (1) 所示:
式 (1) 中:SPPI为路面性能指标值;δ为SPPI最大值;α为SPPI最小值与最大值的差值;β、γ为模型参数, t为路龄 (按月份算) 或累计标准轴次 (单位:104) 。
该模型以t为唯一变量, 两个参数β、γ根据路面使用性能确定, 以摩擦系数 (BPN) 为例, 二者对模型影响如图6。由图分析认为β代表路面摩擦系数 (BPN) 前期衰减情况, 其绝对值越大, 前期衰减越慢;γ代表路面摩擦系数 (BPN) 中长期衰减速率, 其绝对值越大, S曲线越陡, 即衰减速率越大。
2.3.2 性能模型的建立与分析
根据试验结果建立摩擦系数 (BPN) 、构造深度 (TD) 、质量损失的预测模型, 结果见表5。各性能模型中, 设定BPN>42、TD>0.55 mm或质量损失>10%, 微表处性能失效。掺加环氧前后微表处各衰减模型如图7、图8、图9。
综合三方面预测模型, 可知掺加环氧树脂后, 微表处性能衰减速率减缓;前期衰变减少;中长期衰减速率减小;最大轮载作用次数增加, 故认为环氧树脂的掺加大幅提高了微表处的使用寿命, 增强其耐久性。
3 结论
根据以上试验及结果, 主要结论如下:
(1) 水溶性环氧树脂的掺量对改性乳化沥青的性质影响较大, 表现为:随掺量增大, 蒸发残留物含量降低;蒸发残留物的5℃延度先增大后减小, 掺量越大, 变化显著;软化点明显变大, 针入度明显减小。可认为环氧树脂的掺加可增强沥青材料的高温稳定性、低温抗裂性和黏结性。
(2) 综合考虑, 确定微表处混合料中的水溶性环氧树脂掺量为3%。
(3) 掺加少量环氧树脂可以有效提高微表处抗剥落性, 减小其抗滑性、抗剥落性衰减速率, 延长其使用寿命。
(4) 利用“S”型函数模型, 预测掺加环氧树脂微表处可增加其承受车轮作用次数, 相当于延长了其使用寿命。由此认为, 该研究为长寿命微表处的设计和进一步研究奠定了良好基础。
参考文献
[1] 庞世华.环氧乳化沥青冷补混合料及应用研究.西安:长安大学, 2013Pang Shihua.Research on cold repair mixture of epoxy emulsified asphalt.Xi’an:Chang’an University, 2013
[2] 何远航.水性环氧树脂改性乳化沥青及其微表处路用性能研究.广州:广东工业大学, 2008:12—69He Yuanhang.Study on water-epoxy-resin modified asphalt emulsion and its pavement property of micro-surfacing.Guangzhou:Guangdong University of Technology, 2008:12—69
[3] 王端宜, 雷超旭.一种主驱动轮式路面材料加速加载测试方法及装置:中国, 200910038827.0.2009-09-16Wang Duanyi, Lei Chaoxu.A method and device for pavement materials accelerate test of main drive wheel type:China, 200910038827.0.2009-09-16
[4] JTG/T F40-02—2005.微表处和稀浆专封层技术指南.北京:人民交通出版社, 2006JTG/T F40-02—2005.Technical guidelines for micro-surfacing and slurry seal.Beijing:China Communication Press, 2006
[5] 雷超旭.路面表面功能加速加载系统研究.广州:华南理工大学, 2010Lei Chaoxu.Study on pavement surface function accelerated loading system.Guangzhou:South China University of Technology, 2010
[6] 蔡旭, 王端宜, 张吉庆, 等.微表处混合料室内加速加载试验.浙江大学学报 (工学版) , 2012;46 (5) :791—797Cai Xu, Wang Duanyi, Zhang Jiqing, et al.Indoor accelerated loading test on micro-surfacing mixture.Journal of Zhejiang University (Engineering and Technology Edition) , 2012;46 (5) :791—797
[7] JTG E60—2008.公路路基路面现场测试规程.北京:人民交通出版社, 2008JTG E60—2008.Field test methods of subgrade and pavement for highway engineering.Beijing:China Communication Press, 2008
树脂沥青组合体 篇6
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择我院口腔科2005年1月至2009年6月门诊中-深度楔状缺损 (未穿髓) , 无其他部位的龋坏, 无牙髓及牙周疾病的病人100例 (150颗牙) , 其中男68例, 90个牙;女32例, 60个牙;年龄29~52岁, 平均40.5岁。全部患牙随机分为Dyract复合体组与光固化复合树脂组2种, 每组各75颗牙。Dyract复合体组深龋患牙共100颗, 光固化树脂组深龋患牙共84颗牙。
1.2 材料
Dyract复合体 (美国登士柏牙科材料公司生产) 及与之相配套的Prime&bond NT粘结剂。光固化树脂 (美国登士柏牙科材料公司生产) 及与之相配套粘结剂。
1.3 方法
所有患牙常规制备Ⅴ类洞 (Black洞型分类法) 。清洁每一颗患牙去除表面污物及软垢, 脱脂棉球隔湿, 加压空气吹干, 复合体充填者, 选择与患牙色泽相近的Dyract复合体, 将Dyract子弹形充填材料经专用枪直接填入洞内, 再用器械填压紧密, 分层充填, 每层厚度不超过3mm, 每层光固化20~40s, 最后修整外形, 打磨、抛光。复合树脂充填者, 用配套酸蚀剂酸蚀30s, 配以吸引器及水枪加压冲洗吸水, 更换脱脂棉, 涂配套粘结剂、光照、充填卡瑞斯玛复合树脂, 雕刻成型, 再光照40s。Dycal (美国产的Ca (OH) 2制剂) 垫底, 涂布粘接剂, 轻轻用气枪吹匀。
1.4 疗效评定
成功:在过渡修复期间复合树脂纤维桩核与根管、牙体壁密和, 桩核无松动、折裂、脱落;基牙无松动、折裂、龋坏, 能承担咀嚼功能, 患者无主观症状。失败:在行永久修复前复合树脂纤维桩核松动、折裂、脱落;基牙松动、折裂、龋坏, 不能承担咀嚼功能, 患者有主观症状 (自发痛或咬合痛) 。
1.5 统计分析
采用SPSS 11.5软件进行分析, 采用卡方检验。
2 结果
2.1 2种充填方法成功率比较
Dyract复合体组的成功率为90.67% (68/75) , 光固化复合树脂组的成功率为64.0% (48/75) , 2组的成功率比较, 差异有显著性 (P<0.05) , 见表1。
2.2 2种充填方法失败原因比较
Dyract复合体组的失败原因主要为充填体脱落 (部分或完全) (占4颗牙) , 而光固化树脂组的失败原因主要为继发龋 (占15颗牙) 。其余常见原因比较见表2。
2.3 2组深龋经Dycal垫底复合体充填治疗后效果比较
Dyract复合体组深龋患牙共100颗, 光固化树脂组深龋患牙共84颗牙, 2组深龋经Dycal垫底复合体充填治疗后效果比较, 见表3。
Dyract复合体组深龋经Dycal垫底复合体充填治疗后有效率明显高于光固化树脂组, 差异有显著性 (P<0.05) 。
3 讨论
Dyract复合体与牙面的粘结机制属于化学性结合, 其高分子电解质可与不经酸蚀的牙釉质和牙本质粘结, 通过材料的亲水性羧基与牙齿钙离子以离子键和氢键相结合[1], 其使用的Prime&bond NT粘结剂与牙本质的剪切粘结强度超过20Mpa, 接近光固化复合树脂对牙釉质的粘结强度。Dyract复合体对于牙釉质及牙本质均有较强的结合力, 具有良好的边缘封闭性, 由于无需酸蚀牙面, 简化了操作, 避免了唾液的二次污染。
本研究结果显示, Dyract复合体组修复的成功率 (90.67%) 明显高于光固化复合树脂组的成功率为64.0% (48/75) , 2组的成功率比较, 差异有显著性 (P<0.05) , 说明Dyract复合体具有操作方便、与牙体组织结合力强等优点, 是修复楔状缺损的一种理想的充填方法, 值得临床推广和应用。
摘要：Dyract复合体组深龋经Dycal垫底复合体充填治疗后有效率明显高于光固化树脂组, 差异有显著性 (P<0.05) 。Dyract复合体具有操作方便、与牙体组织结合力强等优点, 是修复楔状缺损的一种理想的充填方法 , 值得临床推广和应用。
关键词：Dyract复合体,光固化复合树脂组,修复,楔状缺损
参考文献
[1]赵信义, 康彪, 李峰.光固化复合树脂分层充填固化物的力学性能[J].牙体牙髓牙周病学杂志, 2005, 15 (11) :617～620.