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      探討鋼橋面鋪裝高性能封層預防性養(yǎng)護技術

      2022-09-18 06:45:14
      交通科技與管理 2022年18期
      關鍵詞:金剛砂封層環(huán)氧

      鄭 彬

      (貴州省公路建設養(yǎng)護集團有限公司,貴州 貴陽 550001)

      0 引言

      封層預防性養(yǎng)護技術有多種,其施工簡便、技術成熟,已經在瀝青路面養(yǎng)護工程中廣泛應用[1]。傳統(tǒng)的霧封層技術主要是將改性的乳化瀝青作為鋪裝材料,以實現(xiàn)對細小裂紋的密封,提高道路的密水性。但它在路面上形成的一層油膜,會降低結構層的厚度,從而導致其早期的抗滑能力衰減[2]。含砂的霧封層主要是在路面上加入微細骨料,如金剛砂等,在路面上形成一種較粗的界面,從而改善其抗滑性能,但是由于其附著力的限制,使金剛砂容易脫落,造成了后期路表抗滑能力的下降[3]。因此,為了解決含砂霧封時金剛砂容易脫落的問題,該文選用了一種新型的水性環(huán)氧樹脂膠黏劑,以改善其黏合性能、使用壽命,形成了高性能、高耐磨的封層預防性養(yǎng)護技術。

      1 高性能封層原材料性能

      以環(huán)氧樹脂、固化劑、乳化瀝青為主要原料,采用以下方法合成高性能的膠黏劑。

      1.1 水基環(huán)氧樹脂

      所選擇的水性環(huán)氧樹脂的各項性能參數(shù)如表1所示。

      表1 水性環(huán)氧樹脂性能

      1.2 固化劑

      所選擇的樹脂環(huán)胺類固化劑的各項性能參數(shù)如表2所示。

      表2 固化劑性能

      1.3 乳化瀝青

      乳化瀝青的主要原料是SK70號瀝青,使用的是陽離子性的乳化瀝青,其技術參數(shù)如表3所示。

      表3 改性乳化瀝青性能

      2 高性能封層膠結料摻量優(yōu)選

      高性能封層聚合物,根據(jù)其本身的特點,對其力學性能、凝膠性能、相結構性能進行了研究,最后得出了合適的配比[4]。

      2.1 力學性能

      2.1.1 黏結性能

      通過外摻法,研究不同用量的環(huán)氧樹脂水性溶液對改性后的乳化瀝青的性能的影響,其摻配比例見表4。

      表4 不同試樣組水性環(huán)氧樹脂摻量配比

      在25 ℃、45 ℃的環(huán)境下進行了拉伸實驗,實驗設備示意圖見圖1,測試結果和分析如表5所示。

      圖1 黏結強度測試示意

      從表5可以看出,在相同的溫度下,隨著環(huán)氧含量的增加,拉拔強度也隨之增加,聚合物比例在5∶5時,拉拔強度達到了3.62 MPa,比5∶1時的拉拔強度提高了3倍;在45 ℃下,隨著環(huán)氧含量的增大,拉拔強度比5∶1時提高了7倍。這是由于環(huán)氧樹脂加入量的增大,導致聚合物的內部分子結構發(fā)生變化,黏結附著力得到較大的改善。

      表5 拉拔強度測試結論(平均值)

      2.1.2 拉伸強度

      用萬能試驗機對水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的斷裂伸長和抗拉強度進行了測試,其試驗結論見圖2。

      圖2 拉伸試驗結果

      從圖2可以看出,環(huán)氧的用量對聚合物的拉伸性能有很大的影響,盡管聚合物的抗拉強度隨環(huán)氧含量的增加而提高,但斷裂伸長率則顯著降低,這一結果表明聚合物的韌性隨環(huán)氧含量的增大而迅速下降。如圖2所示,2#與3#樣品組的數(shù)據(jù)變化線坡度最大,應同步協(xié)調考慮材料的抗張強度和斷裂伸長率,所以應以5∶2~5∶3為好。

      2.2 膠體性質

      用膠體時間自動測試儀對不同溫度下的環(huán)氧樹脂乳化瀝青的膠凝性能進行了測試。其試驗結論見表6。

      表6 凝膠試驗結論

      通過對表6的分析,發(fā)現(xiàn)在相同的溫度下,隨著環(huán)氧含量的增加,凝膠的時間縮短;在相同的環(huán)氧混合比例下,隨著溫度的升高,聚合物的固化時間也會加快。鑒于現(xiàn)場施工時間的限制,聚合物的固化時間必須在30 min以上,而我國夏天的極端氣溫通常在40 ℃以上,所以要確保在極高的高溫下,聚合物的充足作業(yè)時間,所以環(huán)氧混合比不宜超過5∶3。

      2.3 相結構

      在室溫(25 ℃)條件下,用均膠儀將乳化瀝青與水基環(huán)氧樹脂均勻涂覆于載玻片上,利用熒光顯微鏡觀察其顯微組織。

      從觀察到的特定圖象中可以看出:當環(huán)氧樹脂摻量增大時,聚合物從單相連續(xù)轉變?yōu)閮上嘟徊孢B續(xù)結構,當比例為5∶3時,其相反轉,以乳化瀝青為分散相,以水溶液為連續(xù)相。所以從實際應用的角度來看,乳化瀝青和水性環(huán)氧樹脂的配比不宜大于5∶3[5]。

      3 高性能封層共混物性能分析

      在以上試驗結論數(shù)據(jù)的基礎上,通過對高性能封層的配比設計,并分析耐磨性能、黏結性能、鹽霧試驗以及環(huán)境溫度等方面的性能,得出了適合于高性能封層的預防性養(yǎng)護方案。

      3.1 高性能封層聚合物制備

      根據(jù)上述實驗結果,乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的混合比不應大于5∶3。在高性能封層配合比的設計中,金剛石的用量是影響其性能的重要因素。

      在設計高性能封層配合比時,應保證乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的比例不大于5∶3,金剛砂比例為25%、35%、45%、55%,其具體組分如表7所示。

      表7 高耐磨SCS高性能封層配比

      3.2 高性能封層路用性能分析

      3.2.1 黏結性試驗

      將高性能的封層共混材料涂覆于瀝青混凝土試件上,在溫度25 ℃以下的環(huán)境養(yǎng)護24 h后,進行拉伸試驗。主要測定氣溫在25 ℃、60 ℃時的黏結強度,試驗結論數(shù)據(jù)見表8。

      表8 高性能封層共混物黏結強度

      從表8可見,采用高性能密封層方案后,隨著金剛砂含量的增加,與原有道路的結合強度呈現(xiàn)先增后減的趨勢,而在3#樣品中,金剛砂含量為35%時,其結合強度最高,因此,金剛砂用量不宜超過35%。

      3.2.2 耐磨性能的評定

      采用磨耗實驗對磨損特性進行評定,以1.0 kg/m2的金鋼砂材料和25 ℃的實驗溫度,選擇500轉,1 000轉,1 500轉,各平行試驗3次,對檢定數(shù)據(jù)進行平均值計算,試驗結論見表9。

      表9 磨耗試驗結論數(shù)據(jù)

      由表9可知,在聚合物中添加金剛砂后,其抗磨能力先增后減,金剛砂用量為25%時,抗磨損能力最高,而3#樣品則稍有下降,因此,金剛砂用量應控制在25%~35%之間。

      3.2.3 防滑性的評估

      瀝青路面的抗滑移能力可用結構深度、擺式摩擦儀等實驗室測試手段進行評估[6],但由于金剛砂在瀝青路面上形成了粗糙的界面,因此難以用構造深度進行表征。該文應用摩擦系數(shù)法對其進行了評估。為了評估SMA-13混凝土板的抗滑性,首先將SMA-13混凝土板按1.0 kg/m2的用量進行高性能涂層的涂刷,測試結果如表10所示。

      表10 不同配比的BPN值

      從通過表10的抗滑性測試,發(fā)現(xiàn)在使用高性能封層后,金剛砂的用量對抗滑性有很大影響,且金剛砂用量越大,抗滑性越好。但在5#試樣中進行高性能封層抗滑試驗,其抗滑性雖較好,但其表層仍有大量分散的金剛砂,故應以25%~45%為宜。

      4 高性能封層養(yǎng)護時間

      高性能封層養(yǎng)護將干燥過程分成兩個階段:1)表面干燥,用手指觸摸材料表面,感覺有點黏稠,但是沒有附著在手指上;2)完全干燥,把過濾紙鋪在被涂過的物料表面,然后用手擠壓[7]。完全干燥后,可以很輕易地把過濾紙拿下來,而且不會把未干燥的瀝青帶走。

      采用軟毛刷將所選定的最佳配比的高性能封層材料,根據(jù)抗滑測試所得的加入量,在車轍試件上進行涂刷,分別在室溫25 ℃和60 ℃條件下進行試驗檢測,并以10 min為一次,測試其固化度。檢測結果顯示:1)在AC-13基面上,室溫下(25 ℃)的高效密封層的固化時間為150~180 min;2)在SMA-13基面上,室溫下(25 ℃)的高效密封層的固化時間為90~140 min;3)SMA-13的表面構造深度較大,容易進行高效的滲透,所以SMA-13的固化時間比AC-13要短。

      5 結論

      綜上所述,該文提出常規(guī)的鋼橋面板鋪裝層養(yǎng)護方案,其乳化瀝青的黏附力有限,且金剛砂容易脫落,針對此質量病害問題,提出了鋼橋面鋪裝采用高性能封層的預防性養(yǎng)護技術。通過試驗分析,得出的主要結論包括:1)對高性能膠結料的力學性能、凝膠性能、相結構性能等進行了測試,得出乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的最佳配比為5∶3;2)通過對高耐磨、高性能密封材料的黏結、耐磨、抗滑移等性能的分析,得出金剛石用量應控制在25%~35%之間;3)通過測試高耐磨高性能封層的養(yǎng)護時間,發(fā)現(xiàn)在AC-13基面上的固化時間為150~180 min,而在SMA-13基面上的固化時間為90~140 min。

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