高分子弹性体无缝式伸缩装置研究讲述.docx

高分子弹性体无缝式伸缩装置研究 一、 研究背景 在生活品质日益提升的今天，越来越多的国内城市希望通过建造高架路、构筑立体公路交通网来缓解拥堵，与此同时人们在生活中更加注重行车噪音、行车舒适性等方面的影响，对桥梁建设也提出了更高的要求，桥面无缝化一直是桥梁建设者追求的目标，但目前在位移量较小的高架道路上使用的伸缩缝，主要是型钢或者梳齿板缝，由于路面始终存在明缝，车辆在通过伸缩缝时不可避免地会产生频繁的颠簸和噪音，引起车内乘客和居住在道路两旁居民的不适；再者国内公路交通流量较大，而且普遍存在超载现象，由于车辆的不断冲击，伸缩缝及其周边回填混凝土经常出现损坏的情况，影响了行车的舒适性，严重时甚至会导致交通事故，危及生命安全；伸缩缝的胶条等防水部件，由于维护不到位，桥面漏水的现象也很常见，会导致梁体下部的一些设施受水侵袭，影响使用寿命。 迄今为止，国内路面无缝化的解决方案基本上是使用上世纪八十年代从欧洲引进的高聚物及填料改性沥青填充式伸缩缝（即弹塑体伸缩缝），这种伸缩缝有较好的降噪性能，并且设计简单、安装快捷方便，能够满足位移量在50mm以内小型桥梁的使用需要。但在实际使用中，但由于沥青基填充材料本身的特性，这种伸缩缝也会遇到很多问题：低温下，填充材料变硬、开裂，造成局部渗漏，桥梁在设计时也需考虑此时因材料模量变大而带来的反力增大；高温时，材料变软并且易产生塑性变形，无法恢复；如果车流量较为密集，沥青填充式伸缩缝与其相邻的路面的使用寿命可能会不足5年。因此在欧洲的高速公路、车辆频繁加速和制动的路段（如公交站、红绿灯处）以及有砟轨道铁路桥上是不允许使用沥青填充式伸缩缝的。 在欧洲，近几年出现了一种新型的高分子弹性体无缝式伸缩装置，这种伸缩缝使用聚氨酯弹性体材料填充缝区，只需要很少量的钢结构件和较少的人工，便可以完成安装，安装后路面无明缝，行车舒适性好，聚氨酯弹性体材料本身具有耐磨、耐蚀、耐候、弹性好、粘接性能优良等特点，可以起到良好的防漏水、减噪等作用，显著提高伸缩缝及周边路面的的使用寿命，是目前实现桥面无缝化的最佳解决方案。 二、 研究内容 本项目主要是针对位移量在100mm以内的市政、高速公路高架桥等桥梁，研究能够满足路面无缝化要求、减振降噪、可靠耐用、施工便捷的高分子弹性体无缝式伸缩装置。通过对国外技术的调研，拟定了以下几方面的研究内容： 1. 材料研究 用于填充伸缩装置槽区的材料，是以聚氨酯为基础，加入填料和辅料构成的高分子弹性体，在施工前为液态原料，施工时在现场将不同的组份按一定配比进行混合后浇入槽区内，材料发生化学反应后固化为固态的弹性体。在本研究中，需要对胶料的一些性能进行控制： a) 液态原料按比例混合后的粘度在一定时间内应处于便于施工操作的范围内，浇筑时最佳的操作状态应类似于水泥砂浆，在浇筑完后较短的时间内材料能够固化至可通车的状态； b) 固化后材料的拉伸强度、撕裂强度、伸长率、硬度应该满足伸缩变形及路面 承载的使用要求； c) 材料与路面材料及金属结构件表面的粘结应当牢固可靠； d) 使用环境中的温度变化不应对材料的性质产生过大的影响； e) 材料应具有优良的耐老化性能。 2. 结构研究 结构研究的目的主要是为了改善胶体的受力情况，避免应力过度集中，并且保证其在工作中不过度变形，需要注意以下两点： a) 伸缩装置于路面层的粘结部位不应承受太大的应力 b) 伸缩装置在伸缩方向受压时，在垂向不会因失稳而产生过大变形。 3. 施工工艺研究 因为本项目所研究的伸缩装置，并不是以成品的形态出厂，而是在施工现场完成成型，所以施工质量对于最后成品的质量起着决定性的作用。整个施工过程中的工序、操作方法、材料器具、注意事项必须详细明确并严格执行，在劳力上也应尽量合理分配，最大程度降低用工成本。 4. 运营效果研究 通过工程应用验证伸缩装置的减振降噪、密封、耐用等综合性能。 三、 关键技术及解决方案 1. 填充材料的力学性能和经济性 填充材料的力学性能主要取决于配方，通过前期的调查研究，宜将材料熟化后的邵氏硬度控制在A65～A70范围内，拉伸强度不低于10MPa，断裂伸长率不小于600%，撕裂强度不小于15N/mm。以上指标对于纯聚氨酯胶料比较容易实现，但是当材料用作伸缩装置填充物时，用量比较大，必须在胶料中掺入无机填料以降低成本，因此在配方上需要综合考虑多元醇、多异氰酸酯、交联剂、扩链剂、无机填料等的比例，进行反复实验，在材料性能和材料成本之间找到平衡。此外，使用聚醚多元醇可以增强材料的耐水性，添加轻质碳酸钙、炭黑等无机填料可以增强材料的抗紫外线性能。 2. 填充材料的粘结性能 填充材料与路面层、金属构件的粘结效果很大程度上决定了伸缩装置的正常使用寿命，其中与沥青路面的粘结拉伸强度不小于2MPa，与金属的粘结剥离强度不小于7N/mm