冯亮洪，邵华，卢彭真

（1.义乌市交通工程质量安全监督管理站，浙江 义乌 322000；2.浙江工业大学，浙江 杭州 310014）

硅酮密封剂在桥梁伸缩缝中的应用研究

冯亮洪1，邵华2，卢彭真2

（1.义乌市交通工程质量安全监督管理站，浙江 义乌 322000；2.浙江工业大学，浙江 杭州 310014）

桥梁伸缩缝是桥梁结构的重要构件之一，因长期暴露于大气及并受到车辆荷载作用，极易受到破坏且维修存在较大困难［1-5］。文章分析总结了桥梁小变形伸缩缝的结构特点及其存在的病害问题，阐述了弹塑体伸缩装置与异型钢单缝式伸缩装置的结构特点，对比分析了其优缺点，并指出了它们在使用中出现的病害问题。分析了硅酮密封剂国内外研究的现状，对硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中应用的可行性进行了分析，并对硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中的优化设计及应用提供了建议。

桥梁伸缩缝；硅酮密封剂；小变形；应用

1 桥梁小变形伸缩缝的结构特点及其存在的病害问题

1.1 弹塑体伸缩装置的结构特点

弹塑体伸缩装置又称为埋入式伸缩缝、无缝伸缩缝。弹塑体伸缩装置其在伸缩缝位置附近一定宽度范围内，使用一种特殊的粘结料与碎石骨料组成的混合料替换桥面铺装层，粘结料具备良好的塑性变形能力、较强的粘结性能、较高的弹性变形恢复性能，而骨料具有良好的力学承载性能，因此粘接料与骨料拌合后，既能与包括沥青、钢材、水泥混凝土在内的底面材料粘结良好，又能抵抗外部传来的交通车辆荷载作用，其结构简图如图1所示。

图1 典型弹塑体伸缩装置

弹塑体伸缩装置结构主要特点有：①弹塑体伸缩装置主体是弹塑体与骨料的混合料，这种混合料既作为伸缩装置的承重构件，又作为位移构件与密封构件，集多种功能于一身。其适用于水平位移 5cm以内的桥梁小变形伸缩缝。高粘附性、高阻尼性、高承载力、高密封性、高塑性变形能力满足公路桥梁三向伸缩变形要求，同时噪音更小，更有利于桥梁抗振。②伸缩缝结构简单，施工方便快速。与其他伸缩缝装置相比，省去了预埋钢筋或其他构件的步骤，大大提高了安装效率。同时安装设备简单，操作方便，大大降低了对安装人员的技能要求。混合材料全部在现场搅拌制作完成，各项工程质量检测指标均能得到有效控制。③弹塑体伸缩伸缩缝只适用于水平位移在5cm以内的小变形桥梁伸缩缝，并且其施工不宜在大风、大雨、低温等恶劣天气条件下进行［4，6-10］。

1.2 异型钢单缝式伸缩装置的结构特点

“单缝”是指和梁端伸缩缝相对应所设置的只有一对边梁（一个间隙）的伸缩装置。JT/T 327-2004行业标准将模数式伸缩装置中伸缩量小于 80mm的形式分类成“异型钢单缝”，其结构简图如图2所示。

图2 典型异型钢单缝式伸缩缝

异型钢橡胶伸缩缝结构特点：①异型钢单缝伸缩装置由整体热轧成型异型钢，密封橡胶条，锚固体系组成，结构简单合理，可充分发挥橡胶材料的弹性性能；②弹性锚固的异型钢单缝伸缩装置埋深浅，与铺装层较好的锚固，动力特性好；③异型钢单缝伸缩装置由于结构简单尺寸较小，节约了材料用量，经济性好；④橡胶条因暴露在外易发生老化，异物或石块可能刺破密封条，使其他碎屑尘土随雨水向下渗漏积存，造成恶化；⑤由于锚固钢筋的存在，必定造成浇筑过程中出现空隙孔洞，密实程度不够等情况，在长期车辆荷载作用下造成隐患［3，11，12］。

1.3 桥梁小变形伸缩缝存在的病害问题

弹塑体伸缩装置存在的主要病害：①伸缩装置产生裂缝，拌合物填充料开裂，无法满足胀缩要求，雨水渗入使得填充料与混凝土铺装层间粘结力减小，在车轮荷载作用下，二者相互分离，部分填充料会从伸缩缝槽口抛出，造成桥梁结构破坏。一般多分布于刚性跨缝板两端对应的顶面，或柔性跨缝板中心对应的顶面，或沿行车方向。②弹塑体伸缩装置表面出现车辙、混合料局部沉降与突起，造成跳车现象。在高密度重载车轮荷载反复作用下，重载车轮长期碾压致使拌合物填充料产生局部变形或挤压移动，弹性不能恢复，出现车辙或局部凹陷与突起。③弹塑体伸缩装置粘结料出现局部粘结失效，可能原因有粘结性能达不到要求，或施工操作出现严重失误，如集料清洁干燥有问题，拌合不均匀等［4，13-15］。

异型钢伸缩缝存在的主要病害：①橡胶条老化开裂；②伸缩缝伸缩量超过设计容许值，造成的橡胶条拉断或脱落；③伸缩装置标高与两侧路面沥青混凝土标高偏差，造成的跳车现象；④型钢或焊接构件因焊接质量差引起的过大变形或断裂现象，在车轮荷载作用下，伸缩装置三向受力，若焊接质量不达标将导致力无法顺利传递，导致过大变形位移甚至型钢梁的直接断裂；⑤锚固混凝土出现孔隙孔洞现象，因锚固钢筋布置稠密无法进行充分振捣，导致混凝土密实度和强度不足，造成伸缩缝破坏［7，16，17］。

2 建筑用硅酮密封剂国外研究

Swanson，Brian J等［18］研制了一种硅酮密封剂，并进行了多种实验室试验以评估该密封剂的张拉强度、压缩强度、温度效应、应力松弛、蠕变性能以及对包括钢、沥青、混凝土和聚合物混凝土在内的各种衬底材料的粘结性能。并将该密封剂应用到分别位于四个州的伸缩缝中，连续监测温度、降水和密封剂自身状况1年以上。基于这些测试得出结论，该硅酮密封剂安装简单并经济耐用。

Mirza等［19］研究和评估了现场成型密封胶于寒冷气候水坝中使用的原位性能。基于广泛的实验室研究选择包括：聚氨酯、聚硫化物、硅酮密封剂进行评估。这些选择的密封剂安装于魁北克水电大坝不同位置的横向、竖向、斜向接缝中。经过1～4年定期检查其原位性能。研究结果表明：硅酮密封剂在魁北克水电大坝接缝中的安装使用效果良好，建议在恶劣气候条件下大坝中使用。

Ihara，Takeshi等［20］进行了由硅酮密封胶与聚异丁烯密封胶组成的双重密封剂的疲劳强度试验。本研究表明，双重密封剂的疲劳强度与总密封厚度以及各密封胶的相对运动密切有关。此外，本试验截面尺寸也为今后具有更好疲劳强度的密封剂界面尺寸设计提供了参考。

KESHAVARAJ，R等［21］针对结构密封剂受到包括阳光、湿度、风、臭氧氧化、建筑物活荷载等作用，对密封剂的性能存在潜在损坏的情况进行了研究试验。试验数据表明，单独水分作用可以触发硅酮密封剂的交联，但若水分与太阳辐射同时作用则可能是有害的。

3 建筑用硅酮密封剂国内研究

史小萌等［22］研究了填料对硅酮改性聚氨酯密封胶的力学性能和流变性能的影响。他们改变硅酮密封胶填料的添加量、粒径、种类和配比，对其拉伸强度、断裂伸长率和硬度等力学性能和流变性能进行了测试。通过实验结果的比较，找到了填料对硅酮改性聚氨酯密封胶性能的影响规律。填料种类的不同对硅酮改性聚氨酯密封胶的性能影响较大，此外填料粒径越小，硅酮改性聚氨酯密封胶的弹性和触变性越好。合理的填料可以增大硅酮改性聚氨酯密封胶的拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率和模量。

张海龙、张燕青等［23］研究了不同环境因素和机械应力作用下硅酮结构密封胶老化前后力学性能的变化情况，对比了不同厂家生产的硅酮结构胶粘结强度的衰减速率，得到了不同种类的硅酮结构胶老化过程中力学性能衰减速率存在差异，研究表明通过此方法预测硅酮结构密封胶使用寿命较为科学合理。

冯培等［24］研究了施工因素因素对双组分硅酮结构密封胶性能的影响，从混合比例与施工温度两个方面分析了施工不当对双组分硅酮结构密封胶性能的影响。李万勇，谢真等［25］研究了固化比例和养护温度对双组分硅酮结构密封胶性能的影响，通过调节固化比和养护温度，考察了双组分硅酮结构密封胶的主要性能指标，指出过剩的固化剂和较低的使用温度对密封剂性能产生不良影响，这些为硅酮密封剂的实际施工和应用过程提供了参考。

4 硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中应用的可行性

硅酮密封剂作为桥梁小变形伸缩缝的密封材料，具有以下特点：①耐久性：在车辆荷载作用和恶劣的气候条件下，仍能在较长时间保持良好的使用性能，有效粘结混凝土桥面，同时良好的位移变形能力也能满足小变形伸缩缝的防水需求。②耐候性与耐腐蚀性：具有良好的耐候性与耐腐蚀性，相对沥青或聚氨酯，硅酮密封剂受紫外线照射不会发生硬化、劣化，不易受到酸碱化学试剂侵蚀。③位移能力与变形回复能力：在温度及车辆荷载作用下，水平方向与竖直方向发生相应位移，现有道路用硅酮密封剂的模量即可达到+100%/-50%，其高变形回复性保证其不会因车辆碾压而剥离，也使得路面碎石嵌入伸缩缝的概率大大降低。④温度稳定性：硅酮密封剂具有良好的高温稳定性与低温变形能力，高温不流淌、低温不脆裂。能保证适应桥面热胀冷缩与车辆荷载作用所产生的位移。

硅酮密封剂已在高速公路水泥混凝土路面、机场混凝土路面接缝等类似情况得到顺利运用，并可为硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中的可行性提供参考。李海川等［26］研究了硅酮密封胶在机场混凝土道面灌缝中的应用，其在机场灌缝中的使用结果表明，接缝的水密性、粘结性能都很好。在该机场投入使用以来，没有发现接缝部位出现开胶、夹杂异物、积水、渗水等现象。张相杰等［27］研究了道路硅酮密封胶在高速公路水泥混凝土路面中的应用，从目前粤赣高速公路通车运营阶段硅酮道路密封胶的使用状况看，其性能良好，耐久性等路用性能也经历了长期的路用检验，硅酮道路密封胶用作水泥混凝土路面填缝料是适宜的。

综上，从硅酮密封剂自身性能与相似环境应用情况，说明了硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中应用的可行性。

5 硅酮密封剂桥梁小变形伸缩缝的优化设计及应用

基于硅酮密封剂具有良好耐久性、耐候性与耐腐蚀性、位移能力与变形回复能力、温度稳定性的特点，硅酮密封剂运用于桥梁小变形伸缩缝具有良好的前景，但是仍需进行相应的实验室试验与实桥监测，以对配合比与施工工艺进行相应的优化设计。为了评估硅酮泡沫密封剂的性能并进行相应的优化设计，需进行了如下实验室试验，包括抗拉性能、维修/改造、温度效应、盐水浸渍、模量时变效应、固化速率、冻结效应和密封渗水效果试验，以上结果均为硅酮密封剂优化设计和现场应用提供参考。

6 结 论

根据国内外硅酮密封剂与桥梁小变形伸缩缝研究的文献资料，本文对桥梁小变形伸缩缝的结构特点与病害问题进行了简要介绍，对硅酮密封剂的国内外研究进行了相关总结，对硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中应用可行性进行了分析，并对硅酮密封剂桥梁小变形伸缩缝的优化设计与应用提出了相关建议。目前常用桥梁小变形伸缩缝主要有弹塑体伸缩装置与异型钢单缝式伸缩缝，但因其结构自身特点，均会出现材料老化、接缝处跳车等现象。在对国内外研究现状的查阅和总结后，根据硅酮密封剂具有良好耐久性、耐候性、位移能力、温度稳定性等特点，总结了硅酮密封剂在桥梁小变形伸缩缝中应用的可行性，并对其优化设计及实验室试验重点内容提出了建议。

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U445.4

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1007-7359（2016）02-0126-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.043