本发明属于高分子和建筑工程
技术领域：
，具体涉及一种聚氨酯弹性体，以及包括该聚氨酯弹性体的桥梁伸缩装置。
背景技术：
：伸缩缝(Expansionandcontractionjoint)是指为适应材料胀缩变形需要而在桥梁上部结构中设置的间隙。通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上都设置有伸缩缝。为使车辆平稳通过桥面并满足桥梁上部结构变形的需要，在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶和钢材等构件组成的各种装置的总称，则为桥梁伸缩装置。伸缩装置中能够完成拉伸、压缩变形的部分称为伸缩体。桥梁伸缩装置按使用的材料和用途可分为纯橡胶式、板式、组合式橡胶伸缩缝和模数式伸缩缝、聚合物混凝土式伸缩装置：1)纯橡胶式：顾名思义，是由橡胶组成的，所用橡胶制品采用氯丁胶或天然橡胶。天然橡胶为伸缩体的伸缩装置适用温度为-40℃～60℃的地区。2)板式：是由橡胶、钢板或角钢组成，硫化为一体，适用于伸缩量≤60mm以下的普通公路桥梁。3)组合式：由橡胶板和钢托板组合而成，适用于伸缩量≤120mm以下的普通公路桥梁。4)模数式：包括承重系统、位移传动系统、锚固系统和密封系统，即由边梁、中梁、横梁、位移控制系统、密封橡胶带等构件组成。采用整体成型的异形钢材制成的模数式伸缩装置，具有结构简单，整体性好，安装、更换方便，抗弯抗压强度高，耐用、可靠，噪声低等特点，因此适用于伸缩量为160mm～2000mm的各种弯、坡、斜、宽桥梁。5)聚合物混凝土式：属于单缝伸缩装置，其采用聚合物(树脂)做黏结料，配以集料和其他材料所取得的聚合物(树脂)混合物，与异型钢及锚筋、橡胶密封带组合而成，适用于安装槽深度小于70mm，桥面铺装较薄、无预埋锚筋的单缝。可见伸缩体对桥梁伸缩装置的性能和适用范围有决定性的影响。如公开号CN105369734A、名称为“桥梁伸缩缝”的中国发明专利申请(公开日2016年3月2日)，公开了一种由聚氨酯弹性体制成的伸缩缝(实际应为“伸缩体”)。但是该专利文件并没有公开聚氨酯弹性体的具体组成及该聚氨酯弹性体与两侧钢结构的结合能力等重要的结构和性能参数。本领域技术人员无法获知该伸缩装置是否能够匹配混凝土桥梁设计100年以上的使用寿命。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供一种聚氨酯弹性体，以及包括该聚氨酯弹性体的桥梁伸缩装置及其安装方法。所述聚氨酯弹性体自身弹性好，且与型钢能够稳定地粘结而不脱粘。本发明的伸缩装置预制成型，无需组装，便于施工，维修方便，可有效避免现有混凝土桥梁伸缩装置存在的现场安装繁琐、与桥梁变形协调性差、且不易维修更换等不足。为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：一种聚氨酯弹性体，包括A组分和B组分,所述A、B组分的质量比为A:B＝1:2～1:4；所述A组分的原料包括：聚乙二醇10～40重量份，聚醚丙二醇50～90重量份，聚醚丙三醇10～50重量份和异氰酸酯10～25重量份；所述B组分的原料包括：聚乙二醇10～40重量份，聚醚丙二醇50～90重量份，聚醚丙三醇10～50重量份，醇类扩链剂3～15重量份，胺类扩链剂2～15重量份，催化剂0.01～0.05重量份，改性剂1～5重量份，轻质碳酸钙1～10重量份，重质碳酸钙1～5重量份，黑色浆0.5～3重量份，抗氧剂0.5～1.5重量份，紫外线吸收剂0.01～3重量份。优选的，所述A组分的原料包括：聚乙二醇20～30重量份，聚醚丙二醇60～80重量份，聚醚丙三醇10～15重量份，异氰酸酯15～20重量份。优选的，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯和二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或两种；更优选为甲苯二异氰酸酯。作为一个优选的实施方式，所述A组分的原料包括：聚乙二醇20～30重量份，聚醚丙二醇60～80重量份，聚醚丙三醇10～15重量份，甲苯二异氰酸酯15～20重量份。优选的，所述B组分的原料包括：聚乙二醇20～30重量份，聚醚丙二醇60～80重量份，聚醚丙三醇10～15重量份，醇类扩链剂5～10重量份，胺类扩链剂5～10重量份，催化剂0.03～0.04重量份，改性剂2～3重量份，轻质碳酸钙3～8重量份，重质碳酸钙2～4重量份，黑色浆1～2重量份，抗氧剂0.5～1.5重量份，紫外线吸收剂0.05～2重量份。优选的，所述醇类扩链剂选自乙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、1,6-己二醇和甘油中的一种或多种；更优选为乙二醇。优选的，所述胺类扩链剂选自乙二胺、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)和N,N-二羟基(二异丙基)苯胺(HPA)中的一种或多种，更优选为乙二胺。优选的，所述催化剂选自辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或两种。优选的，所述催化剂0.01～0.05重量份，其中辛酸亚锡0.001～0.049重量份，余量为二月桂酸二丁基锡。更优选的，所述催化剂0.03～0.04重量份，为辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡，其中辛酸亚锡为0.005重量份，余量为二月桂酸二丁基锡。优选的，所述烷基改性剂选自甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或两种。作为一个优选的实施方式，所述B组分的原料包括：聚乙二醇10～40重量份，聚醚丙二醇50～90重量份，聚醚丙三醇10～50重量份，乙二醇3～15重量份，乙二胺2～15重量份，催化剂0.01～0.05重量份，甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷1～5重量份，轻质碳酸钙1～10重量份，重质碳酸钙1～5重量份，黑色浆0.5～3重量份，抗氧剂0.5～1.5重量份，紫外线吸收剂0.01～3重量份；其中，所述催化剂为辛酸亚锡0.001～0.049重量份和余量的二月桂酸二丁基锡。作为一个更优选的实施方式，所述B组分的原料包括：聚乙二醇20～30重量份，聚醚丙二醇60～80重量份，聚醚丙三醇10～15重量份，乙二醇5～10重量份，乙二胺5～10重量份，催化剂0.03～0.04重量份，甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷2～3重量份，轻质碳酸钙3～8重量份，重质碳酸钙2～4重量份，黑色浆1～2重量份，抗氧剂0.5～1.5重量份，紫外线吸收剂0.05～2重量份；其中所述催化剂为辛酸亚锡0.005重量份和余量的二月桂酸二丁基锡。本发明所述紫外线吸收剂和抗氧剂选自选自本领域常用的试剂。如所述紫外线吸收剂可以选自酚基取代的苯并三唑类紫外吸收剂，如美国埃克森美孚1018HA，宜兴天使合成化学有限公司生产的紫外线吸收剂UV-326/UV-328、UV-9/BP-3、UV-531等；所述抗氧剂可以选自四季戊四醇酯、受阻酚类抗氧剂或受阻胺类抗氧剂中的一种或多种。本发明的另一个目的在于提供上述聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：I.原料准备按照所述重量份分别准备所述A组分和所述B组分的各原料；II.A组分的制备在装有搅拌器、温度计和冷凝装置的容器中加入计算量的聚乙二醇、聚醚丙二醇和聚醚丙三醇，搅拌并升温至110℃～120℃，保持温度继续搅拌1～2h；真空脱水至测定水分质量百分比含量＜0.05％时，停止抽真空，降温至50℃以下，加入计算量的所述异氰酸酯，通入氮气，75℃～85℃反应2.5～3h，当测定反应体系的-NCO含量达到理论值时停止反应，降至室温，真空脱气泡20～30min，即得所述A组分；III.B组分的制备将计算量的除催化剂之外的所述B组分的各原料置于装有搅拌器、温度计和冷凝装置的容器中，搅拌并升温至110～120℃，在该温度下继续搅拌1～2h，真空脱水至测定水分质量百分比含量＜0.05％时，停止抽真空，降温至50℃以下时，加入计算量的所述催化剂，混合均匀，即得所述B组分；IV.聚氨酯弹性体的制备将步骤II制备得到的所述A组分和步骤III制备得到的所述B组分，按照所述质量配比混合，搅拌均匀后浇筑成型，静置固化，即得所述聚氨酯弹性体。本发明还有一个目的在于提供上述聚氨酯弹性体作为桥梁伸缩装置的伸缩体的应用。因此，本发明还有一个目的在于提供一种桥梁伸缩装置，所述桥梁伸缩装置包括“L”形的型钢、底衬和伸缩体；所述“L”形的型钢为两个，并且对称连设置，所述底衬通过焊接钢筋固定连接两个型钢，使其形成凹形腔体，伸缩体设置于所述凹形腔体内，所述伸缩体为上述聚氨酯弹性体。优选的，所述型钢为多元合金渗透型钢，渗透深度≥50μm，耐中性盐雾500小时样板表面不出现红锈。优选的，所述多元合金选自Zn、Al、La和Fe中的一种或多种。本发明还有一个目的在于提供上述桥梁伸缩装置的安装方法，包括如下步骤：(1)将所述桥梁伸缩装置的“L”形型钢固定在梁体端部；(2)浇筑混凝土挡水台；(3)在两个“L”形型钢之间安装底衬，使两个型钢之间形成凹形腔体，在底衬上涂覆一层聚氨酯涂料或环氧树脂涂料；(4)将配制好的所述聚氨酯弹性体的A组分和B组分按照所述质量比混合搅拌均匀，浇筑在所述凹形腔体内，养护直至固化。附图说明下面结合附图，对本发明的桥梁伸缩装置做进一步说明。图1是实施例13的桥梁伸缩装置的结构示意图。具体实施方式以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的药材原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分试剂和原料购买情况如下：聚醚丙二醇(Tdiol-2000)、聚醚丙二醇(TDB-4000)、聚醚丙三(TEP-240)：天津石化三厂；聚乙二醇(TT-1200)：天津天泰精细化学品有限公司；甲苯二异氰酸酯(TDI-80)：沧州大化股份有限公司；二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)：亨斯迈国际化工有限公司；乙二醇：南京华立明科工贸有限公司；乙二胺：南京华立明科工贸有限公司；辛酸亚锡：南京华立明科工贸有限公司；二月桂酸二丁基锡(DY-12)：北京化工二厂；甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷：东莞市汇进美有机硅材料有限公司；轻质碳酸钙和重质碳酸钙：南京道润化工有限公司；抗氧剂1010：南京华立明科工贸有限公司，紫外线吸收剂UV-327：南京华立明科工贸有限公司。实施例1-7一种聚氨酯弹性体实施例1-7的聚氨酯弹性体分别都包括A组分和B组分，A组分和B组分的原料构成如表1所示，其中1重量份＝1kg；A组分和B组分的质量比为1:3。上述聚氨酯弹性体，通过如下方法制备：I.原料的准备按照表1所示，准备A组分和B组分的各原料；II.A组分的制备在装有搅拌器、温度计和冷凝装置的容器中加入聚乙二醇、聚醚丙二醇和聚醚丙三醇，搅拌并升温至110℃～120℃，保持温度搅拌1～2h；真空脱水至测定水分质量百分比含量＜0.05％时，停止抽真空，降温至50℃以下，加入计算量的所述异氰酸酯，通入氮气，75℃～85℃反应2.5～3h，当测定反应体系的-NCO含量达到理论值时停止反应，降至室温，真空脱气泡20～30min，即得所述A组分；III.B组分的制备将除催化剂之外的所述B组分的各原料置于装有搅拌器、温度计和冷凝装置的容器中，搅拌并升温至110～120℃，保持温度并继续搅拌1～2h，真空脱水至测定水分质量百分比含量＜0.05％时，停止抽真空，降温至50℃以下时，加入计算量的所述催化剂，混合均匀，即的所述B组分；IV.聚氨酯弹性体的制备将步骤II制备得到的所述A组分和步骤III制备得到的所述B组分，按照所述质量配比混合，搅拌均匀后浇筑成型，静置固化，即得所述聚氨酯弹性体。表1实施例1-7的聚氨酯弹性体的原料组成(单位：重量份)实施例8-12一种聚氨酯弹性体实施例8-12的聚氨酯弹性体分别都包括A组分和B组分，A组分和B组分的原料构成以及A组分和B组分的质量比如表2所示，其中1重量份＝1kg。上述聚氨酯弹性体，按照实施例1-8的方法和步骤制备，不同之处在于A组分和B组分混合的质量配比不同。表2实施例8-12的聚氨酯弹性体的原料组成(单位：重量份)对比例1-9一种聚氨酯弹性体对比例1-9的聚氨酯弹性体分别都包括A组分和B组分，A组分和B组分的原料构成和两组分的质量比，如表3所示，其中1重量份＝1kg。按照实施例1的制备方法制备得到对比例1-9的聚氨酯弹性体，不同之处在于A组分和B组分混合时的的质量配比按照表3所示。表3对比例1-9的聚氨酯弹性体的原料组成(单位：重量份)试验例1实施例1-12和对比例1-9的聚氨酯弹性体的性能测定1.测试项目及方法1.1弹性恢复率：测试方法参考GB/T13477.17-2002〈《建筑密封胶材料试验方法》第17部分弹性恢复率的测定〉弹性恢复率计算公式：R＝(W1-W2)/(W1-W0)式中R——弹性恢复率％W0——试件的初始宽度mmW1——试件拉伸后宽度mmW2——试件弹性恢复后的宽度mm1.2热处理后定伸粘结性按GB/T13477.10的A法处理后，试件放入80℃±2℃的烘箱中热处理168h±1h，取出标准试验条件下放置24h后，再按GB/T13477.10进行定伸粘结性测试。1.3-40℃拉伸强能：测试方法参考GB/T16777-2009《建筑防水涂料试验方法》，试验温度为-40℃，试样采用I型哑铃型试样，拉力机拉伸速度为500mm/min，试验进行前先将试样在试验温度-40℃下放置1h再进行试验。拉伸强度计算公式:P＝F/(B*D)式中P——试样强度(MPa)F——试样拉伸最大力(N)B——试样的宽度(mm)D——试样的厚度(mm)1.4-40℃拉伸模量：即为-40℃试样拉伸伸长率为100％时的强度。1.5破坏伸长率计算公式：E＝(L1-L0)/L0式中E——断裂伸长率％L0——试件起始标线间距离25mmL1——试件断裂时标线间距离(mm)1.6-40℃冻融循环定伸粘结性将处理后的试件放入23℃±2℃的蒸馏水中浸泡2d后，开始-40℃冻融循环定伸粘结性试验。第1天：先将试样放入23℃±2℃的有水容器中，恒温3h，然后取出擦干，放入-40℃±2℃的低温箱内，3h后在试验机上于相同温度下以(5-6)mm/min的拉伸速度拉伸至规定的宽度，然后用相应尺寸的定位垫块保持试样宽度并在相同温度条件下保持16h，检查试样粘结或内聚破坏情况。第2天-第20天：重复第1天的试验。试验结束后，试件在表面任何位置，如果粘结或内聚破坏深度超过4mm，则试件为“破坏”。三个试件中有两个试件“破坏”，则试验评定为“破坏”，若只有一个试件“破坏”，则试验评定为“无破坏”。1.7-40℃下振动疲劳粘结性按GB/T13477.10的A法处理后，将试件装入低温振动粘接试验机，将试件仓环境温度调至-40℃±2℃，并保持3h，然后将试件拉伸至规定量，并开始振动。振动频率30Hz，振幅±0.5mm，振动次数2000万次。试验结束后，试件在表面任何位置，如果粘结或内聚破坏深度超过4mm，则试件为“破坏”。三个试件中有两个试件“破坏”，则试验评定为“破坏”，若只有一个试件“破坏”，则试验评定为“无破坏”。1.8冷拉-热压后定伸粘结性按GB/T33477.13试验，试件的拉伸-压缩率和相应宽度见表4。表4试件冷拉-热压时的拉伸压缩幅度和相对宽度(初始宽度为12mm)拉伸-压缩幅度/％拉伸时宽度/mm压缩时宽度/mm±5018.06.0±2515.09.0除去试件上的隔离垫块，按选定的拉伸压缩幅度对试件进行下述试验：第一周：第1天：将试件放入-40℃±2℃的低温箱内，3h后在试验机上于相同温度拉伸试件至所要求的宽度，并在-40℃±2℃下保持拉伸状态21h。第2天：解除拉伸，将试件放入70℃±2℃的干燥箱内，3h后在试验机上于相同温度下压缩试件至所要求的宽度，并在70℃±2℃下保持压缩状态21h。第3天：解除压缩，重复第1天步骤。第4天：同第2天的步骤。第5天-第7天：解除压缩，将试件以不受力状态于标准试验条件下放置。第二周：重复第一周的步骤。试验结束后，试件在表面任何位置，如果粘结或内聚破坏深度超过4mm，则试件为“破坏”。三个试件中有两个试件“破坏”，则试验评定为“破坏”，若只有一个试件“破坏”，则试验评定为“无破坏”。1.9紫外老化后定伸粘结性按GB/T13477.10的A法处理后，试件放入符合GB/T14522-2008机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯的老化试验箱中处理3000h，取出标准试验条件下放置24h后，再进行定伸试验。试验结束后，试件在表面任何位置，如果粘结或内聚破坏深度超过4mm，则试件为“破坏”。三个试件中有两个试件“破坏”，则试验评定为“破坏”，若只有一个试件“破坏”，则试验评定为“无破坏”。2.测试结果：见表5。3.结论：本发明的各个实施例的聚氨酯弹性体的各项性能指标都好于对比例的聚氨酯弹性体。测试结果显示，本发明提供的聚氨酯弹性体具有突出的弹性，且性质稳定，耐久性和抗疲劳能力强。实施例13一种桥梁伸缩装置一种桥梁伸缩装置，具有如图1所示的结构，其中：包括“L”形的型钢1、底衬2和伸缩体3，所述“L”形的型钢1为两个，并且对称连设置，所述底衬2通过焊接钢筋21固定连接两个型钢1，使其形成凹形腔体，伸缩体3设置于所述凹形腔体内。所述的型钢为多元合金渗透“L”型钢，含有Zn、Al、La、Fe等元素，渗透深度≥50μm，耐中性盐雾500h样板表面不出现红锈，通过梁端预埋钢筋与混凝土梁形成良好的整体；所述两个“L”形的型钢1两侧中部分别通过锚固螺母42和连接螺帽41连接第一锚固钢筋4；“L”形的型钢1两侧底部分别连接第二锚固钢筋6，其中，所述第一锚固钢筋4通过支撑钢筋5连接第二锚固钢筋6，并通过横穿钢筋43固定。所述第二锚固钢筋6下部设置“J”形的型钢7。挡砟盖板8覆盖于所述凹形腔体上，所述挡砟盖板8通过定位钢管81和第一锚固钢筋4和第二锚固钢筋6固定。所述伸缩体3为实施例1制备的遇水膨胀聚氨酯弹性体。所述桥梁伸缩装置通过如下方法安装：(1)将所述桥梁伸缩装置的“L”形型钢固定在梁体端部；(2)浇筑混凝土挡水台；(3)在两个“L”形型钢之间安装底衬，使两个型钢之间形成凹形腔体，在底衬上涂覆一层聚氨酯涂料或环氧树脂涂料；(4)将配制好的所述聚氨酯弹性体的A组分和B组分按照所述质量比混合搅拌均匀，浇筑在所述凹形腔体内，养护直至固化。表5性能测定结果当前第1页1 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