【正文】 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 38 ③ 柔韌性能測試 ◆拉伸性能試驗 拉伸性能包括三個方面的內(nèi)容：拉伸強度、斷裂伸長率和楊氏模 量。其中，拉伸強度是衡量固化體系自身內(nèi)聚強度的指標，斷裂伸長率是衡量固化體系柔韌性（延展性）的指標，楊氏模量是衡量固化體系剛度的指標。作為鋼橋面粘接層材料、不僅要求較高的粘接和剪切性能，還要求具有較高的內(nèi)聚強度和低溫性能。按照 所述試驗方法測試，測試結(jié)果列于表 。 表 不同 AP1 用量時 A、 B 雙組分固化體系斷裂伸長率試驗結(jié)果 項 目 AP1 用量 拉伸強度（ MPa） 斷裂強度（ MPa） 楊氏模量（ MPa） 斷裂伸長率（ %） 0 5% 10% 15% 20% 為了更直觀地反映增韌劑 AP1 對該固化體系與鋼板高溫剪切性能的影響，將上表數(shù)據(jù)繪制成“拉伸強度 —— AP1 用量”坐標圖、“楊氏模量 —— AP1 用量”坐標圖和“斷裂伸長率 —— AP1 用量”坐標圖（如下圖）。 0123456789100 5 10 15 20 圖 1 AP1 用量對固化體系拉伸強度影響關系圖 AP1 的用量， % 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 39 0501001502002503000 5 10 15 20 圖 1 AP1 用量對固化體系楊氏模量影響關系圖 051015202530350 5 10 15 20 圖 1 AP1 用量對固化體系楊氏模量影響關系圖 表 測試結(jié)果表明，隨著 AP1 用量增大，拉伸強度與楊氏模量都發(fā)生了較大幅度的下降，而斷裂伸長率得到了不同程度的提高，表明增韌劑 AP1 的加入，對固化體系的內(nèi)聚強度和剛度是不利的，但有利于提高固化體系自身的柔韌性能； 當 AP1 用量小于 10%時，斷裂伸長率增加迅速，而當 AP1 的用量超過10%時，斷裂伸長率的增加速度變的比較緩慢，說明此時繼續(xù)增加 AP1 的用量已無多大意義，反而會降低整個固化體系的內(nèi)聚強度。 ◆低溫彎曲試驗 由于實際鋼橋面鋪裝中，環(huán)氧粘接層的鋪裝厚度約為 ，為了使室內(nèi)試驗盡可能與實際工程相吻合，我們在室內(nèi)也制作同樣厚度的 A、 B 雙組分環(huán)氧試塊，待其完全固化后，放入冷凍室冷凍一天。讓試件在該溫度下沿直徑為 20 ㎜楊氏模量 MPa AP1 的用量， % AP1 的用量， % 斷裂伸長率， % 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 40 的圓筒彎曲 90O，觀察環(huán)氧膠的裂紋狀況。進行低溫彎曲試驗，測試結(jié)果見表。 表 不同 AP1 用量時 A、 B 雙組分固化體系低溫彎曲試驗結(jié)果 溫 度 AP1 用量 10℃ 20℃ 0 有少許裂紋 有較多裂紋 5% 無任何裂紋 有少許裂紋 10% 無任何裂紋 無任何裂紋 15% 無任何裂紋 無任何裂紋 20% 無任何裂紋 無任何裂紋 從表 的試驗結(jié)果可以看出，隨著增韌劑 AP1 用量的增大，增韌改性的A、 B 雙組分固化體系的低溫抗裂性也隨之得到了提高。當 AP1 用量達到 10%時，該固化體系在 10℃和 20℃環(huán)境溫度下彎曲 90o 并未出現(xiàn)任何裂紋，表明此時其 低溫性能良好。 水穩(wěn)性能研究 粘接性能 考慮到這種固化體系將用做粘接層，故有必要研究這種固化體系的水穩(wěn)性。因為在整個鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)層中，粘接層將作為單獨的一層而獨立存在。如果其水穩(wěn)性不夠好，一旦雨水進入，將直接破壞粘接層，而導致整個鋪裝的脫層或推移等早期病害，故粘接層良好的水穩(wěn)性同樣是至關重要的。在本研究中，我們除了測試該固化體系的常溫粘接強度外，還要測試其水穩(wěn)性。我們采用水煮法來測定水穩(wěn)性，即把試件放入 180℃的烘箱中，并立即關閉烘箱，讓其自然冷卻，取出試件，再放入 60℃的水浴中 保溫 96 小時，然后在規(guī)定的試驗條件下測試粘接性能。把常溫粘接強度列于表 ，把未經(jīng)水煮高溫粘接強度的測試結(jié)果列于表 ，把經(jīng)過水煮的測試結(jié)果列于表 。 表 AP1 增韌 A、 B 雙組分固化體系常溫（ 25℃ ）粘接性能測試結(jié)果 試件 編號 拉力， kN 粘接強度， MPa 破壞位置 平均值 MPa 1 60%粘接層被拉起 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 41 2 50%粘接層被拉起 3 50%粘接層被拉起 4 11 80%粘接層 被拉起 5 85%粘接層被拉起 *鋪裝結(jié)構(gòu)：新噴砂鋼板 +粘接層 , 表 AP1 增韌 A、 B 雙組分固化體系高溫粘接性能測試結(jié)果 試件 編號 拉力， kN 粘接強度，MPa 破壞位置 平均值 MPa 1 主要在粘接層與鋼板界面 2 主要在粘接層與鋼板界面 3 主要在粘接層與鋼板界面 4 主要在粘接層與鋼板界面 *鋪裝結(jié)構(gòu)：新噴砂鋼板 +粘接層 , *測試條件：經(jīng)歷 180℃熱作用，自然冷 卻后，再 70℃保溫 2 小時測試 表 經(jīng)水煮后， 10%AP1 增韌 A、 B 膠高溫（ 70℃）粘接性能測試結(jié)果 試件編號 拉力， kN 粘接強度， MPa 破壞位置 平均值， MPa 1 主要在粘接層與鋼板界面 2 主要在粘接層與鋼板界面 3 主要在粘接層與鋼板界面 4 主要在粘接層與鋼板界面 5 主要在粘接層與鋼板界面 *鋪裝結(jié)構(gòu)：新噴砂鋼板 +粘接層 表 ～表 測試結(jié)果表明， 經(jīng) AP1 增韌改性的 A、 B 雙組分環(huán)氧體系在常溫和高溫（ 70℃）時仍然具有優(yōu)良的粘接性能，經(jīng) 60℃水浴保溫96 小時后，其殘留的高溫粘接性能仍能保持 75%左右。 剪切性能 同樣地，我們也分別測試了常溫和高溫下，固化體系在經(jīng)過水浴保溫 96 小時前后的剪切性能，并把測試結(jié)果分別列于表 、表 和表 。 表 10%AP1 增韌 A、 B 雙組分體系常溫（ 25℃）剪切性能測試結(jié)果 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 42 試件 編號 剪切應力 N 剪切面積 ㎜ 2 剪切強度 Mpa 平均值 Mpa 備注 1 2500 457 單搭接 測試方法 2 2500 452 3 2500 498 4 2500 428 *剪切強度太大，儀器的電機不能負荷，未能測出。 表 10%AP1 增韌 A、 B 雙組分體系高溫（ 70℃）剪切性能測試結(jié)果 試件 編號 剪切應力 N 剪切面積 ㎜ 2 剪切強度 Mpa 平均值 MPa 備注 1 1580 445 單搭接 測試方法 2 1520 461 3 1790 483 4 1480 435 *測試條件：經(jīng)歷 180℃熱作用，自然冷卻后，再 70℃保溫 2 小時測試 表 經(jīng)水煮后， 10%AP1 增韌 A、 B 雙組分體系剪切性能測試結(jié)果 試件 編號 剪切應力 N 剪切面積 ㎜ 2 剪切強度 MPa 平均值 MPa 備注 1 2500 常溫測試 2 2500 3 2500 4 1200 70 ℃測試 5 1150 *先經(jīng)歷 180℃高溫， 60 ℃水浴保溫 96 小時，單搭接測試方法 表 ～表 的測試結(jié)果表明，與 A、 B 雙組分固化體系相比，經(jīng) AP1增韌改性的 A、 B 雙組分環(huán)氧體系的剪切強度有所下降，但仍然滿足鋼橋面鋪裝的要求；經(jīng) 60℃水浴保溫 96 小時后， AP1 增韌 A、 B 雙組分固化體系仍能保持很高的剪切性能，說明 AP1 增韌 A、 B 雙組分固化體系具有優(yōu)良的水穩(wěn)性。 以上研究表明， AP1 增韌 A、 B 雙組分固化體系在常溫和高溫下都具有較安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 43 優(yōu)良粘接性能、剪切性能和水穩(wěn)性，并滿足鋼橋面鋪裝粘接層的技術要求。 緩沖層材料研究 從鋪裝結(jié)構(gòu)的功能角度講，環(huán)氧粘接層和緩沖層加起來屬于鋪裝的防水層，再與鋪裝下層一起，起到防水隔離層的作用。 在鋼板噴砂除銹后涂布 200～ 300g/㎡環(huán)氧樹脂，撒 ～ 細砂（ 300～400g/㎡）固化后清除未粘接石料，用高壓空氣吹干凈，在干燥狀態(tài)下涂布第二層環(huán)氧樹脂 500～ 600g/㎡撒布 ～ 碎石 500～ 800g/㎡，固化后清除未粘接碎石，形成粘接層，環(huán)氧層厚度共約 1mm，再在其上進行緩沖層的施工。 在粗糙的環(huán)氧粘接層上直接鋪筑鋪裝層（ SMA10），或者涂布溶劑型 粘接劑后直接鋪筑鋪裝層，似乎鋪裝層 SMA混合料中骨料更有利于和粘層的粗糙面直接接觸，層間具有更好的抗剪能力。但實際上，層間抗剪強度并不高，在反復彎曲疲勞中很容易脫層，同時由于 SMA 混合料粗集料含量高，與任何接觸界面均存在較大空隙，粘接層與鋪裝層間的空隙會使水滲透流動而導致層間的水損害脫層。 在環(huán)氧粘接層與鋪裝層間必須使用緩沖層，緩沖層可以采用改性瀝青、改性瀝青卷材及橡膠瀝青砂膠幾種形式。緩沖層主要起到以下作用： 1〉與環(huán)氧粘接層一起組成防水層，確保對鋼板的保護（封閉）。 2〉填充粘接層粗糙面與 SMA 鋪裝層底 面空隙，使其致密、粘接牢固。 3〉保護粘接層在鋪裝層攤鋪碾壓中不被損壞（不產(chǎn)生碾壓開裂）。 4〉起到荷載緩沖作用，即在荷載振動（橋面板振動）作用下，以其良好韌性消減振動能量，確保鋪裝層與鋼板間不脫層。 綜上所述，要求緩沖層既要有較高的強度，能抵抗高溫下的抗剪要求，又有優(yōu)良的韌性。本研究中，主要針對橡膠瀝青砂膠緩沖層進行了材料組成及性能研究，它是由特制的改性瀝青與細集料按照一定的油石比熱拌而成。通過對比試驗，研究改性瀝青的綜合性能（針入度、軟化點、延度、老化性能等），確定用做緩沖層的改性瀝青的最佳配方；并研究 了油石比的變化對緩沖層高、低溫性能的影響。 改性瀝青的性能研究 考慮到安慶長江大橋所處地區(qū)的氣候特征，緩沖層的改性瀝青不僅應具有優(yōu)安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 44 良的高溫穩(wěn)定性，而且還應具有低溫柔韌性；同時，由于改性瀝青與填料的拌和是在很高的溫度下拌和的，因此緩沖層的改性瀝青還應具有優(yōu)良的抗老化性能。通過對比試驗，研究了六種配方的改性瀝青的綜合性能，相關測試結(jié)果列于下表。 表 改性瀝青編號 K11 K12 K13 K14 K15 K16 針入度 （ 100g,5s ）℃ 28 25 21 21 延度（ 5cm/min） cm5℃ 回彈率 %(20cm,30min)25℃ 92 97 96 在 處斷裂 在 13cm處斷裂 軟化點 ℃ 下垂 89 96 98 88 100 94 下垂 96 102 93 106 100 終點 100 108 107 98 107 106 220℃旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化 質(zhì)量損失 % 針入度比 % 5℃延度 cm 回彈率 % 63. 以上測試結(jié)果表明， K11 的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗老化性能都較差，不能用做緩沖層的改性瀝青； K1 K15 和 K16 的低溫性能很差，不能用做緩沖層的改性瀝青。 K12 和 K13 的綜合性能相對較好，仔細比較這二者的性能，我們發(fā)現(xiàn)，盡管 K12 和 K13 都有著 優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性（低溫變形能力），但前者的抗老化性能稍差，特別是經(jīng)過 220℃旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化歷程之后，其 5℃延度下降幅度很大，表明 K12 經(jīng)過老化試驗之后低溫性能較差， 這對于緩沖層的耐久性和低溫抗裂性是非常不利的，故 K12 也不宜做緩沖層的改性瀝青。因此，我們選定 K13 作為緩沖層的改性瀝青。 緩沖層油石比的確定 我們通過測定不同油石比時緩沖層的貫入度及貫入度增量，并繪制出“貫入安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗研究報告 45 度－油石比”和“貫入度增量－油石比”兩條曲線（如下圖所示），借以分析緩沖層的貫入度及貫入度增量隨著油石比的 變化趨勢，并綜合考慮緩沖層的拌和及施工工藝，確定出緩沖層的最佳油石比。 不同油石比的緩沖層貫入度 表 40℃時 不同油石比的緩沖層貫入度試驗 試件 荷載時間 貫入度 貫入度 增量 10m讀表 1m 2m 3m 4m 5m 10m 20m 30m 60m 18％ 10 139 163 178 188 197 225 250 266 288 266 22 20％ 37 234 274 299 315 329 370 411 436 480 436 44 22％ 28 282 325 349 367 381 426 470 44 24％