关键词:
HEC
粘结机理
疲劳寿命
快速修补
施工技术
摘要:
伸缩缝装置是桥梁结构中重要且易受损坏的构件,一旦发生破坏,不仅影响行车安全,还会危害桥梁结构,所以对其修复显得尤为重要。传统的修复材料大都以水泥基修补材料为主,具有变形能力较差、早期强度低及造价较高等缺点。已有研究表明,环氧树脂混凝土具有早期强度高、收缩变形小、粘结力强、耐水性能好、极限变形能力大以及快速凝固等优点。因此,将其应用于桥梁伸缩缝的修补,具有重要的实践意义。本研究以宁波天意钢桥面铺装工程有限公司生产的NPEL128(E51)型环氧树脂为胶凝材料,通过室内试验及相应的数据分析,得到了适用于桥梁伸缩缝修补的高性能环氧树脂混凝土(High performance epoxy concrete,简称HEC),主要研究内容及结论如下:(1)确定了HEC最优配合比的控制参数参照沥青混合料SMA-13的配合比设计方法,在集料最优级配(级配曲线尽可能接近规范要求的中值曲线)的情况下,以1d抗压强度为控制指标,探究了不同胶石比及促凝剂含量对HEC力学性能的影响,其中胶石比为胶凝材料质量与各档集料总质量的比值。结果表明:当胶石比为8%时,抗压强度达到最大值,极限破坏应变能达到31000με以上;当促凝剂用量为1%时,1d强度能提升了22.6%,若继续增加促凝剂用量,强度虽然还有进一步提升,但初凝时间将缩短至30min以内,故选取1%的促凝剂用量。(2)建立了HEC与既有混凝土之间的界面粘结模型通过室内试验,将HEC和既有混凝土作为一个整体研究,制备小型构件,选用劈拉试验分别对不同粗糙度、不同旧混凝土强度及不同界面处理方式的修复构件进行测试。结果表明:在一定范围内,随着灌砂深度的增加,新旧混凝土之间的粘结强度也随之增大,但当界面的灌砂深度超过17mm时,粘结强度值变化不大且有一定的下降趋势;随着旧混凝土强度的增加,粘结强度也随之增大;当修补面涂有环氧树脂界面剂时,粘结强度相对于未涂界面剂的试件更低。基于以上试验结果,建立了HEC的界面粘结模型。(3)得到了HEC及修复构件的疲劳寿命方程借助疲劳试验机,采用应力控制模式,得到了不同应力水平下试件的疲劳寿命;基于疲劳试验所得到的应力应变曲线,利用ORIGIN软件中的积分功能,得到了每一个试件破坏时所消耗的总能耗;对试验数据进行拟合分析,发现采用单对数疲劳寿命方程去拟合HEC及修复构件的疲劳试验数据具有较好的线性关系,相关系数分别能达到0.99及0.95以上;且两者的疲劳寿命与累积能耗在双对数坐标轴上有着较好的线性关系,相关系数均能达到0.98以上。因此,基于试验数据所建立的疲劳寿命方程能较好的预测两者的疲劳寿命。同时,与水泥混凝土相比,修复构件在高应力水平的情况下,由于薄弱区的存在使得其疲劳性能低于水泥混凝土,而HEC的综合疲劳性能则优于水泥混凝土。(4)验证了桥梁伸缩缝修复完成1d后开放交通的安全性通过室内试验,得到了新旧混凝土之间及HEC与伸缩缝之间的本构关系;利用ABAQUS建立了修复完成后的桥梁伸缩缝模型,借助弹簧单元模拟了HEC的粘结作用,并通过DLOAD子程序实现了移动荷载的模拟;最后将模拟结果与试验结果进行比较,发现汽车通过刚修复完成后1d的桥梁伸缩缝时,新旧混凝土以及HEC与伸缩缝之间的粘结应力均小于修复构件发生粘结破坏时的最大应力值。因此,桥梁伸缩缝修复完成1d后开放交通是安全的。(5)制定了HEC的施工技术基于HEC的制备方法、粗糙度和界面处理方式对HEC粘结性能的影响以及HEC的养护方式,并结合传统桥梁伸缩缝修复技术方案,制定了HEC修复桥梁伸缩缝的施工技术,可为实际工程提供参考。