劉 攀

(重慶市智翔鋪道技術工程有限公司 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，伸縮縫是橋梁結構中最易遭到破壞而又難以修補的部位，降低了整個橋梁的使用壽命。并且由于其數(shù)量大、破壞周期短、不容易更換、更換時需要中斷交通等特點，已成為高速公路管理部門最為頭痛的橋梁養(yǎng)護工作內容[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性，能自流平成型，無需碾壓即能達到規(guī)定的密實度和平整度。聚氨酯彈性混凝土空隙率接近零，且內部空隙不連通，具有良好的防水、耐化學腐蝕性，變形能力強，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)評價其使用性能。

1 實驗部分

1.1 試驗原材料

聚氨酯彈性混凝土的性能主要由聚氨酯膠結料(性能指標見表1)決定，可以看出，高性能聚氨酯膠結料具有優(yōu)異的拉伸性能、彈性恢復能力及抗老化性能。從圖1可以看出，常溫下高性能聚氨酯膠結料的凝膠時間可達30min以上，隨著溫度升高，其凝膠時間逐漸變短。從圖2可以看出，隨著養(yǎng)護時間的延長，高性能聚氨酯膠結料的拉伸強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6h后，其拉伸強度即可達到1.7MPa，有利于及時開放交通；常溫養(yǎng)護7d后，即可形成最終強度5.7MPa。

表1 高性能聚氨酯膠結料的性能指標

圖1 高性能聚氨酯膠結料凝膠時間測試結果

圖2 高性能聚氨酯膠結料拉伸強度測試結果

采用0～3mm玄武巖集料(技術指標見表2)和磨細石灰?guī)r礦粉(技術指標見表3)。

表2 0～3mm玄武巖集料的基本技術指標

表3 礦粉的基本技術指標

1.2 試驗方法

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7d即可形成最終強度。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行馬歇爾試驗、抗沖擊試驗、高溫車轍試驗、低溫三點彎曲試驗、彈性恢復試驗及拉拔試驗等，系統(tǒng)評價其綜合性能。

2 結果與討論

2.1 彈性恢復能力

測試高性能聚氨酯彈性混凝土的拉伸彈性恢復率和壓縮彈性恢復率，試驗溫度為23℃，測試結果見表4。

表4 高性能聚氨酯彈性混凝土彈性恢復試驗結果

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率和壓縮彈性恢復率高達98%以上，表現(xiàn)出良好的彈性恢復能力，在使用過程中能夠在發(fā)生應變(受壓或受拉)后快速恢復原形，可滿足橋面變形。

2.2 力學性能

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

表5 高性能聚氨酯彈性混凝土馬歇爾試驗結果

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30kN以上，遠高于瀝青混合料(8～10kN)，聚氨酯的熱固特性賦予彈性混凝土十分優(yōu)異的力學性能。還可以看出，其流值超過10mm，遠大于瀝青混合料(3～5mm)，這是因為高性能聚氨酯彈性混凝土具有優(yōu)異的變形能力，在馬歇爾試件受壓達到破壞點時，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，試驗溫度為60℃，試驗結果見表6。

表6 高性能聚氨酯彈性混凝土車轍試驗結果

從表6可以看出，高性能聚氨酯彈性混凝土的車轍動穩(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，試驗溫度為-10℃，試驗結果見表7。

表7 高性能聚氨酯彈性混凝土低溫三點彎曲試驗結果

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，其抗彎應變特別高，超過80000με，抗彎強度較小，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，試驗溫度為-29℃、0℃和70℃，試驗結果見表8。

表8 高性能高性能聚氨酯彈性混凝土抗沖擊試驗結果

從表8可以看出，在三個試驗溫度下，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荷。

2.5 與混凝土粘結性能

采用高性能聚氨酯膠結料作為粘結劑，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性能，試驗溫度為25℃和60℃，試驗結果見表9。

表9 高性能聚氨酯彈性混凝土與混凝土拉拔試驗結果

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度高達2.0MPa以上，與瀝青混凝土的常溫拉拔強度也超過1.5MPa。溫度會顯著影響體系的粘結性能，隨著溫度升高，粘結強度隨之衰減。60℃下，高性能聚氨酯彈性混凝土與水泥混凝土的拉拔強度依然可達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度的影響更為顯著，這是因為瀝青混凝土自身強度較低且溫感性較強，高溫下破壞薄弱面主要出現(xiàn)在混合料內部。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性能。

3 結論

高性能聚氨酯彈性混凝土的彈性恢復率高達98%以上，具有良好的彈性恢復能力；馬歇爾穩(wěn)定度可達30kN以上，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能；60℃車轍動穩(wěn)定度超過60000次/mm，-10℃低溫抗彎應變達到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度高達2.0MPa以上，與瀝青混凝土的常溫拉拔強度超過1.5MPa，表現(xiàn)出良好的粘結性能。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，同時延長了橋梁無縫伸縮縫的使用壽命，具有良好的應用前景。