专利名称：一种纤维增强复合材料桥面板及制备与安装方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维增强复合材料(FRP, Fiber Reinforced Polymer)桥面板及制备与安装方法，属于桥面板结构及制备与安装方法的技术领域。
背景技术：
钢筋混凝土的桥面板结构，自重较大，施工复杂、周期长，且由于长期暴露在自然环境中，腐蚀劣化问题非常严重，不仅影响结构的正常使用，还造成大量的安全和事故隐患。采用重量轻、强度高、耐腐蚀性好和易于安装等优点的纤维增强复合材料桥面板是一个很好的解决途径。目前，现有技术中的桥面板主要有以下类型1)面板一夹芯桥面板，由面板和芯材粘接而成；2)拉挤型材拼合桥面板，由拉挤型材拼接而成。这些桥面板都需要额外的增加打磨、粘接、缠绕或安装打孔等工序，这就造成以上桥面板的破坏失效多发生在胶结或打孔界面，使得纤维增强复合材料的高性能不能得到充分的发挥。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可在不破坏纤维增强复合材料性能的条件下，增大界面粘接力的纤维增强复合材料桥面板，以及该纤维增强复合材料桥面板的制备方法；同时还提供了该纤维增强桥面板的安装方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种纤维增强复合材料桥面板，包括纤维增强复合材料型材和与其上表面结合的表面处理材料；其特点为表面处理材料分为表面预处理材料和表面后处理材料；表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤一体成型为桥面基板；表面后处理材料为防滑砂或钢筋混凝土，其铺设于桥面基板上构成纤维增强复合材料桥面板。 上述纤维增强复合材料型材的长度为4 6m,宽度为475 550mm,厚度为40 60mm;所述表面预处理材料为尼龙66或聚四氟乙烯中任一种，其长、宽与所述纤维增强复合材料型材的长、宽相同；其厚度为O. 15 O. 2mm。上述纤维增强复合材料型材为一顶板和与其顶部相接的腹板层的组合体；该腹板层由若干丄形结构板沿所述顶板的宽向水平排布，丄形结构板的长度与所述顶板的长度相同；丄形结构板组合体的宽度与所述顶板的宽度相同；位于丄形腹板层宽向一端的丄形结构板为口朝外的U型企口凹槽，另一端的丄形结构板为U型企口凸榫，其余丄形结构板规格相同；相邻2个丄形结构板上垂直板之间的距离为42 50mm ;相邻2个平板端与端之间留有空隙，其空隙为23 26. 6mm。上述顶板的宽度为475 550mm,厚度为5 6mm ;丄形结构板的垂直板的高度为31 49mm ;平板宽度为24 28mm,该平板和与其中部相接的垂直板厚度相同，均为4 5mm ο为了实现上述目的，本发明还提供了一种上述纤维增强复合材料桥面板的制备方法，包括步骤如下
1)利用吨位>15T的拉挤机成型由表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤为一体构成的桥面基板；
2)撕掉桥面基板的表面预处理材料，在纤维增强复合材料型材的表面均匀喷洒与粘接剂混合后的防滑砂；其中，所述粘接剂为环氧树脂胶结剂；所述防滑砂为80 100目石英砂，防滑砂铺设厚度为2mm，铺砂量为180 200g/m2 ;制备成所述纤维增强复合材料桥面板。为了实现上述目的，本发明第二个技术方案是提供一种上述纤维增强复合材料桥面板的制备方法，包括步骤如下
1)利用吨位>15T的拉挤机成型由表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤为一体构成的桥面基板；
2)将桥面基板固装在桥体的结构梁上，撕掉桥面基板的表面预处理材料后，铺设表面后处理材料；
所述表面后处理材料以纵向600mm横向300mm的间距放置数块30mm高的混凝土块,然后在其上面放置ElO冷轧钢筋焊接网，最后浇筑混凝土构成；制备成所述纤维增强复合材料桥面板；
其中，所用的混凝土标号为C40、C45或C50中任一种，厚度为70 100mm。上述两种方法中步骤I)的拉挤机结构相同，由前至后依次设置有纱架、过纱板、导毡辊、浸溃装置、预成型装置、表面预处理材料导向装置、热成型模具、矫形工装、牵引装置和切割装置；其中，热成型模具的内腔为与桥面基板截面形状相同的型腔；矫形工装装于热成型模具出口的O. 5 O. Sm处；通过矫形工装对固化后的桥面基板进行矫形；热成型模具内设的高温固化温度为140 185°C ;牵引装置的牵引速度为O. 16 O. 32m/min。上述的矫形工装设有一矩形框架，矩形框架的上边框与下边框中间为矫形孔，矫形孔中含3个滚动装置，分设在该矩形框架的上边框的中部和下边框的两侧，每个滚动装置设置有2根与其固装边框垂直固接的螺杆和与螺杆内端相接的滚轴架，在滚轴架上装有滚动轮；桥面基板在该矩形框架横向中间通过3个滚动装置的中间空隙，调节3个滚动装置使与上边框固接的滚动轮作用在顶板中间位置，与下边框固接的2个滚动轮分别作用在桥面基板两端的两个丄形结构板平板外侧；通过框架上边框固定的滚动轮向下压接，下边框固定的滚动轮由两侧向上顶接，对所述桥面基板进行矫形。上述滚动轮的直径均为30mm ;位于上边框的滚动轮的长度为IOOmm ;位于下边框一侧的滚动轮长度为64mm ;位于下边框另一侧的滚动轮长度为69mm。为了实现上述目的，本发明第三个技术方案是提供了一种上述纤维增强复合材料桥面板的安装方法，其步骤如下I )按照桥面宽度取若干个所述纤维增强复合材料桥面板，相邻2块所述纤维增强复合材料桥面板通过其宽向两端分别设置的U型企口凹槽和U型企口凸榫形成的U型拼接企口相互拼接；II)将拼接完成的整体桥面板通过T型螺栓与桥体的结构梁固定连接；所述纤维增强复合材料桥面板的长度为4 6m，跨度为1. 5 2m ;III)将T型螺栓长度方向与纤维增强复合材料桥面板纵向一致，从纤维增强复合材料桥面板底部的相邻2个丄形结构板平板中间的空隙往上移动，T型螺栓的顶端超过丄型结构板平板的上平面，将T型螺栓旋转90°，螺栓的T型部位卡住丄型结构板的平板，T型螺栓的下端穿过结构梁预制的固定孔中，用螺母将丄形结构板的平板与结构梁紧固在一起，每块纤维增强复合材料桥面板与对应的每个结构梁至少3处用T型螺栓连接。由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下1)所用的纤维增强复合材料型材采用顶板与由若干丄形结构板水平分布构成的腹板层组合体的方式构成，可使纤维增强复合材料桥面板的抗剪和抗压性能显著提高，以此提高整个桥体的承载能力。2)在纤维增强复合材料型材的顶板与两边端部丄形结构板设置成U型拼接企口形式；拼接桥面板时，一块纤维增强复合材料型材的U型企口凹槽和一侧相邻的纤维增强复合材料型材的U型企口凸榫对接，该纤维增强复合材料型材的U型企口凸榫和另一侧相邻的纤维增强复合材料型材的U型企口凹槽吻接以传递荷载，一上一下搭合拼接，紧密配合嵌装为一体，可有效防止透缝，在承载时桥面板均匀受力，避免桥面板单元间分裂和桥面板局部受力过大造成桥面板组件的连接破坏现象；由纤维增强复合材料型材和表面预处理层构成的桥面基板与结构梁通过T型螺栓连接，避免桥面板在打孔时界面破坏失效，增加了桥面基板的力学性能利用率，提高桥面板的刚度。3)制备纤维增强复合材料型材选择原材料时，以玻璃纤维无捻粗纱和轴向纤维布为增强材料，增加复合材料型材腹板的抗剪性能及各向力学性能，避免桥面板受压应力板件发生局部屈曲而导致承载力丧失。4)在纤维增强复合材料型材成型的同时，加入表面预处理材料尼龙66或聚四氟乙烯一体拉挤成型为桥面基板，所用的表面预处理材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，并且具有耐撕裂性好、耐高温、有很好的脱模性的特点，适合在热成型模具高温固化，并且容易撕裂与纤维增强复合材料型材脱离，撕掉表面预处理材料后，型材表面清洁无污染物，形成平纹或斜纹效果，型材表面的粗糙度增加，增强型材界面的抗剥离性能及粘接力，可以显著提高复合材料型材与表面后处理材料的界面结合力，而且可 以省去打磨清理等步骤，提高生产效率。5)由于纤维增强复合材料型材结构为不对称结构，固化成型后顶板易发生弓背现象，U型企口凹槽和相邻的纤维增强复合材料型材的U型企口凸榫不能紧密嵌接，对该桥面板的拼接和铺设造成很大的影响；为此，在距热成型模具出模口的O. 5-0. Sm处加入一个矫形工装，通过内设的三个滚动轮对由热成型模具出来的桥面基板加以矫正，避免其顶板产生弓背现象，可有效保证本发明的桥面基板的完美拼接，有利于后续制备纤维增强复合材料桥面板和该桥面板的铺设。6)纤维增强复合材料桥面板的宽度为475-550mm,长度为4_6m,易于运输、拼装施工方便迅速，适用范围广，可用于快速建设永久性桥梁工程，也可以用于临时救灾抢险、军事战备、民用建筑、码头等各类结构领域中。
图
图
图
图
图
图
图
图1为本发明纤维增强复合材料型材与表面预处理材料组合结构示意图。2为本发明拉挤成型的工艺流程示意图。
3为本发明预成型装置平面结构示意图。
4为本发明表面预处理材料导向装置结构示意图。
5为本发明纤维增强复合材料型材矫形工装结构示意图。
6为表面粘接防滑砂的纤维增强桥面板结构示意图。
7为表面铺设混凝土层的纤维增强桥面板结构示意图。
8为桥面板与结构梁T型螺栓固定连接示意图。
具体实施例方式本发明的纤维增强复合材料桥面板主要由纤维增强复合材料型材与表面处理材料构成。表面处理材料分为表面预处理材料和表面后处理材料，表面预处理材料可以是尼龙66或聚四氟乙烯中任一种，表面后处理材料可以是表面粘接防滑砂也可以是钢筋混凝土；表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步通过拉挤成型工艺制备。下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。如图1所示，它包括表面预处理材料1、纤维增强复合材料型材2 —体成型为桥面基板；其中，纤维增强复合材料型材2的横截面结构包括顶板21，构成丄形结构板的平板22和垂直板23，U型企口凹槽24，U型企口凸榫25。若干水平排列的丄形结构板构成一丄形腹板层，垂直板23的顶部与顶板21垂直相接；本实施方式中，沿顶板21的宽度方向的规则布置有11个丄形结构板，其中中间9个丄形结构板结构相同，在顶板21的丄形腹板层的两端部的2个丄形结构板，分别设置为U型拼接企口形式，其一端为U型企口凹槽24，另一端为U型企口凸榫25。相邻两块纤维增强复合材料型材2相接时，第一块型材的U型企口凸榫25与另一块型材的U型企口凹槽24吻接以传递荷载，一上一下搭合拼接，紧密配合嵌装连接防止透缝。表面预处理材料I可以选用尼龙66和聚四氟乙烯的一种，其厚度为O. 15 O. 2mm。该表面预处理材料I具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，并且具有耐撕裂性好、耐高温、有很好的脱模性的特点，撕掉表面预处理材料I后，型材表面清洁无污染物，形成平纹或斜纹效果，型材表面的粗糙度增加，增强界面的抗剥离性能及粘接力，可以显著提高复合材料型材与表面后处理材料的界面粘接力，
本发明的纤维增强复合材料型材2为长方体,它的长度为4 6m,宽度为475 550mm,高度为40 60_，顶板21的宽度为纤维增强复合材料型材2的宽度，厚度为5 6_，丄形结构板中的垂直板23高度为31 49mm,相邻两个垂直板23之间的间距为42 50. 6mm ；丄形结构板的平板22的宽度为24 28mm,相邻两个平板端与端之间的空隙23 26. 6mm ；平板22与垂直板23的厚度相同，均为4 5mm。如图2所示，纤维增强复合材料型材2与表面预处理材料I同步通过拉挤工艺成型为桥面基板；成型时的固化温度为140 185°C,牵引速度为O. 16 O. 32m/min,纤维增强复合材料型材采用的纤维拉挤纱为无碱玻璃纤维无捻粗纱和中间玻璃纤维无捻粗纱中的任一种；采用的纤维织物为单轴向、双轴向或多轴向的纤维布中的一种或2种以上；采用的树脂为乙烯基树脂或环氧树脂中任一种。本发明的拉挤成型过程通过15T以上吨位的拉挤机实现，由液压驱动往复牵引；该拉挤机是在现有的拉挤机的基础上进行的改进。该拉挤机由前至后依次设置有纱架(图中未示)、过纱板A、导毡装置B、浸溃装置C、预成型装置D、表面预处理材料导向装置E、热成型模具F、矫形工装G、牵引装置(图中未示)和切割装置(图中未示)。 本实施方式中的纱架设置有4个，每个纱架上可以摆放120 150团，纱架上设置多个导线环来引纱，将从导线环引出的纤维拉挤纱按预先设计的走纱位置合理分布于过纱板上。浸溃装置选用3个浸胶槽Cl、C2、C3，均匀摆放在纱架和预成型装置D之间，纱架上摆放的纱团由牵引装置牵引下分别经3个浸胶槽Cl、C2、C3将纱架上的纤维拉挤纱分别浸溃完全后，引入预成型装置D ;每个浸胶槽的胶液可以浸160 200团纤维拉挤纱。导毡装置设置有4个，从上往下依次设为导毡架B1、B2、B3、B4 ;用12卷纤维织物分别装在4个导毡装置上，其中，导毡架BI放置有I卷纤维织物，通过预成型装置D走位于型材顶板21的最上层及U型企口凹槽24与U型企口凸榫25，导毡架B2上放置I卷纤维织物通过预成型走位于顶板21的中间，导毡架B3、B4上各自放置有5卷纤维织物，错位摆放;导毡架B3上的纤维织物依次进入丄形结构板的单数腹腔，导毡架B4上的纤维织物依次进入丄形结构板的双数腹腔，其中的单数、双数为从型材两侧端部丄形结构板任意一端开始；纤维织物的尺寸根据型材尺寸决定；所有纤维织物的走向均由牵引装置牵引实现。如图2、图3所示，预成型装置D为一厚度为Icm的矩形板，在矩形板的平面上设置有若干个过纱孔和固定纤维织物走向的过毡通槽，该过毡通槽分设有横向的平毡通槽和倒U型毡通槽；其分布形状与预成型的纤维增强复合材料型材的截面形状对应；其中，从上往下依次为第一层平毡通槽Dl、走导毡架BI导向的毡；第一层过纱孔D2走浸胶槽Cl浸溃的纤维拉挤纱；第二层平毡通槽D3走导毡架B2导向的毡；第二层过纱孔D4走浸胶槽C2浸溃的纤维拉挤纱；第三层水平间隔设有一排10个倒U型毡通槽D5走导毡架B3、导毡架B4导向的纤维织物；在10个倒U型毡通槽的两侧及下方设有一排与倒U型毡通槽对应的呈丄形排布的多个过纱孔D6，走浸胶槽C3浸溃的纤维拉挤纱。如图2、图4所示，表面预处理材料导向装置E为门形框架E1，门形框架El由2根竖杆和I个横梁构成，跨装于热成型模具F的中后段的外侧；2根竖杆焊接在拉挤机的工作台面上，其位置如图，其上方平行的位置处开有圆孔；横梁为圆形棒材，其两端穿设于竖杆上的两个圆孔中，通过螺栓与2个竖杆固定；横梁上套装有卷轴状的表面预处理材料I ;在表面预处理材料 I的两端分别设置有锥形固定件E2 ;2个锥形固定件E2的内端伸入至表面预处理材料I的两端轴心处；由螺栓固定；其中，固定锥形固定件E2所用的螺栓材质为45号钢，型号为M12 ;其余部件材质均采用Q235号钢。锥形固定件E2将表面预处理材料I固定在横梁上，并且定位表面预处理材料I的左右位置，以保证表面预处理材料I在热成型模具F中的走位。热成型模具F为采用现有热成型模具分模技术分模组装，型腔为与本发明的纤维增强复合材料型材的横截面形状相同；模具主体材料为40Cr ;在型腔的表面进行镀鉻处理，厚度彡O. 05mm ;型腔硬度为HRC50以上。模具的加热方式为电加热，将模具分段为三段加热，预热区、凝胶区、固化区，通过三组加热板进行加热，分布于热成型模具F的上下表面，左右表面放置多块加热板对模具进行保温，加热板形状为矩形，尺寸根据模具外形尺寸选取。在模具的侧壁中间设置热电耦，所述热电耦至少设三个，分别位于预热区、凝胶区、固化区，所述预热区热电耦设于距所述模具进口的1/6处，温度为140 160°C ;所述凝胶区热电耦设于距所述模具进口的1/2处，温度为170 185°C ;所述固化区热电耦设于距所述模具进口的5/6处，温度为160 175。。ο牵引装置的牵引速度为O. 16 O. 32m/min。如图2、图5所示，矫形工装G设置在距热成型模具F出口的O. 5-0. 8m处；矫形工装G设有矩形框架G4，矩形框架G4的两侧边框向外长于横向边框，两侧边框的下端与拉挤机的工作台面焊接；该矩形框架G4的上边框与下边框中间为矫形孔，矫形孔中含3个滚动装置Gl、G2、G3，分设在该矩形框架的上边框的中部和下边框的两侧，每个滚动装置设置有2根与其固装边框垂直固接的螺杆和与螺杆内端相接的滚轴架，在滚轴架上装有滚动轮；桥面基板在该矩形框架横向中间通过3个滚动装置的中间空隙，调节3个滚动装置使与上边框固接的滚动装置Gl作用在顶板中间位置，与下边框固接的2个滚动装置G2、G3，分别作用在桥面基板两端的两个丄形结构板平板22 ;通过框架上边框固定的滚动装置Gl上的滚动轮向下压接，下边框固定的滚动装置G2、G3上的滚动轮由两侧向上顶接，对桥面基板进行矫形。3个滚动轮的直径均为30mm ;位于滚动装置Gl上的滚动轮长度为100mm，作用在纤维增强复合材料型材截面形状顶板的中间部位；滚动装置G2上的滚动轮长度为64mm，作用在U型企口凸榫和丄形结构板平板的底部；滚动装置G3上的滚轮长69mm，作用在U型企口凹槽和丄形结构板平板的底部。滚动轮表面光滑，纤维增强复合材料型材出模后，通过螺杆两端的螺母转动上下移动，调整其螺杆端部焊接的滚轴架，调整三个滚动轮的位置，通过滚动装置G2、G3对型材向上的作用力和滚动装置Gl向下的作用力，将刚出模的桥面基板的顶板21矫平，避免形成弓背现象。通过矫形工装G的设置，解决了由于纤维增强复合材料型材的结构为不对称设置，在其固化 成型后顶板易产生弓背现象，影响桥面板的拼接和铺设的缺陷。通过矩形工装G矫形后的桥面基板，在牵引装置的作用下连续生产，按需求尺寸经切割装置定长切割。本发明的拉挤成型工艺的成型原理如下
如图2至图5所示，将从纱架引出的纤维拉挤纱均匀整齐排布通过过纱板A，将纤维织物放置于导毡装置B上，将表面预处理材料I放置于表面预处理材料导向装置E上，在牵引装置牵引力的作用下，纤维拉挤纱经浸溃装置C浸溃后与纤维织物同步进入预成型装置D，除去多余的树脂，排除气泡，逐步形成近似成型模腔形状和尺寸，然后进入热成型模具F中，经过常规的加热固化成型，并通过矫形工装G的矫正，在牵引装置的作用下连续生产，按需求尺寸定长切割。其中，所用的纤维拉挤纱为无碱玻璃纤维无捻粗纱和中碱玻璃纤维无捻粗纱中的任一种,重量含量为45% 60%。纤维拉挤纱合理布置于纱架上，按要求通过过纱板A，进入浸溃装置B中。本实施方式中，纱架设有4个，将所选用的无碱玻璃纤维无捻粗纱或中碱玻璃纤维无捻粗纱分布在4个纱架上，每个纱架上可以摆放120 150团，纱架上设置多个导线环来引纱，将从导线环引出的纤维拉挤纱按预成型设计的走纱位置合理分布于过纱板上。本实施方式中的浸溃装置选用3个浸胶槽Cl、C2、C3，均匀摆放在纱架B2、B3、B4和预成型装置D之间，纱架上摆放的纱团由牵引装置牵引下分别经3个浸胶槽C1、C2、C3将上述纤维拉挤纱浸溃完全后引入预成型装置D ;每个浸胶槽的胶液可以浸160 200团纤维拉挤纱。所用的纤维织物为单轴向、双轴向或多轴向的纤维布中的一种或两种以上混用，重量含量为15% 30%，放置于导毡装置B上。
本实施方式中用12卷纤维织物，4个导毡装置；将4个导毡装置从上往下依次设为B1、B2、B3、B4，其中，BI放置的I卷纤维织物通过预成型装置走位于型材顶板21的最上层及U型企口凹槽24与U型企口凸榫25，B2上放置I卷纤维织物通过预成型走位于顶板21的中间，B3、B4上分别放置5卷纤维织物，错位摆放，B3上的纤维织物依次进入丄形结构板的单数腹腔，B4上的纤维织物依次进入丄形结构板的双数腹腔，其中的单数、双数为从型材两侧端部丄形结构板任意一端开始；纤维织物的尺寸根据型材尺寸决定；
将浸溃胶液后的纤维拉挤纱和纤维织物合理过渡到与型材截面形状接近的形状，同时挤去浸胶后的纤维拉挤纱中多余的树脂，并排除带入材料中的气泡，以获得结构致密的拉挤制品。上述胶液中的树脂选用乙烯基树脂或环氧树脂中的任一种，以选用的树脂不同配制不同的胶液，放置于浸溃装置C中，胶液重量含量为25% 35%。选用乙烯基树脂时，其胶液的配比为取100重量份的乙烯基树脂，再加入各组分的重量份数为过氧化苯甲酰1. O 2. O份，过氧化苯甲酰叔丁酯O. 4 1. 2份，内脱模剂O. 6 1. 2份，填料5 30份，色浆O 4份；其中，所用的内脱模剂型号为GX-1。选用环氧树脂时，其胶液的配比为取100重量份环氧树脂，再加入各组分的重量份数为环氧树脂固化剂75 90份，环氧树脂促进剂I 4份，内脱模剂I 3份，填料5 30份，色浆O 4份。其中，所用的环氧树脂固化剂为甲基四氢苯酐，环氧树脂促进剂型号为DMP-30 ;所用的内脱模剂为美国艾克塞尔公司生产的型号为INT-1890M脱模剂。上述的填料为氢氧化铝，其它所用的原料均可由市场购置。本发明的表面预处理材料I选用尼龙66或聚四氟乙烯，呈卷轴状，放置于表面预处理导向装置E上在牵引作用下导入热成型模具F中。尼龙66或聚四氟乙烯材料均具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，并且具有耐撕裂性好、耐高温、有很好的脱模性的特点。 与纤维增强复合材料型材一体成型为桥面基板后，撕掉表面预处理材料I后，型材表面清洁无污染物，形成平纹或斜纹效果，型材表面的粗糙度增加，增强界面的抗剥离性能及粘接力，可以显著提高复合材料型材与表面后处理材料的界面粘接力，易于后续的表面处理。预成型导向装置E的设置可以保证表面预处理材料I在热成型模具F中的走位。本发明第二个目的是提供一种利用上述的桥面基板制备纤维增强复合材料桥面板的制备方法；
方法一包括步骤如下
O利用吨位> 15T的上述拉挤机成型由表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤为一体构成的桥面基板；
2)撕掉桥面基板的表面预处理材料，在纤维增强复合材料型材的表面均匀喷洒与粘接剂混合后的防滑砂；制备成纤维增强复合材料桥面板。如图6所示，纤维增强复合材料型材2与表面粘接的防滑砂3构成纤维增强复合材料桥面板；纤维增强复合材料型材2与表面预处理材料I通过拉挤工艺整体成型后，撕掉表面预处理材料I，将复合材料型材2通过自制的喷涂设备均匀喷洒粘接防滑砂3 ;其中，所用的粘接剂为环氧树脂胶结剂；所用的防滑砂为80 100目石英砂，防滑砂铺设厚度为2mm，铺砂量为180 200g/m2。方法二 包括步骤如下
1)利用吨位>15T的上述拉挤机成型由表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤为一体构成的桥面基板；
2)将桥面基板固装在桥体的结构梁上，撕掉桥面基板的表面预处理材料后，铺设表面后处理材料；制备成所述纤维增强复合材料桥面板。如图7、图8所示，纤维增强复合材料型材2与表面钢筋4和混凝土 5构成纤维增强复合材料桥面板。其中，复合材料型材2与表面预处理材料I通过拉挤工艺整体成型后，安装于结构梁6上，通过T型螺栓7连接；撕掉表面预处理材料I，在纤维增强复合材料型材2上以纵向600mm横向300mm的间距放置数块30mm高的混凝土块，然后在其上面放置ElO冷轧钢筋焊接网，最后浇筑混凝土，混凝土标号为C40、C45、C50中的一种，厚度为70 IOOmm0本发明的第三个目的是提供一种纤维增强复合材料桥面板的安装方法，其步骤如下
I )按照桥面宽度取若干个上述纤维增强复合材料桥面板，相邻2块纤维增强复合材料桥面板通过其宽向两端分别设置的U型企口凹槽和U型企口凸榫形成的U型拼接企口相互拼接；
II)将拼接完成的整体桥面板通过T型螺栓与桥体的结构梁固定连接；所述纤维增强复合材料桥面板的长度为4 6m,跨度为1. 5 2m ;
III)将T型螺栓长度方向与纤维增强复合材料桥面板纵向一致，从纤维增强复合材料桥面板底部的相邻2个丄形 结构板平板中间的空隙往上移动，T型螺栓的顶端超过丄形结构板平板的上平面，将T型螺栓旋转90°，螺栓的T型部位卡住丄形结构板的平板，T型螺栓的下端穿过结构梁预制的固定孔中，用螺母将丄形结构板的平板与结构梁紧固在一起，每块纤维增强复合材料桥面板与对应的每个结构梁至少3处用T型螺栓连接。如图8所示，将纤维增强复合材料型材2与结构梁6通过T型螺栓7连接，复合材料型材2每根长度为4 6m，跨度为1. 5 2m。将T型螺栓长度方向与型材纵向一致，从丄形结构板的平板22中间空隙往上移动，螺栓的T型超过丄形结构板的平板22上平面，将T型螺栓旋转90°，螺栓的T型部位卡住丄形结构板的平板22，螺栓下端穿过结构梁预先打好的孔中，用螺母将丄形结构板的平板22与结构梁6紧固在一起，每块型材与每个结构梁的至少有三处用T型螺栓连接。其中所用的T型螺栓7等级为8. 8，规格为M6 X 40mm。以下为本发明具体实例。实例1:
本实施例的纤维增强复合材料桥面板包括纤维增强复合材料型材2及防滑砂3 ;纤维增强复合材料型材2为长方体，它的长度为4m，宽度为475mm，高度为40mm，顶板21的宽为475mm,厚度为5mm,丄形结构板的垂直板23的高度为31mm,丄形结构板的平板22的宽为24mm,丄形结构板的平板22与结构板的垂直板23厚度均为5mm,丄形结构板的垂直板23间距为42mm，两个平板22端中间空隙为23mm ;矫形工装与热成型模具出口的间距为O. 5m ;采用的表面预处理材料I为尼龙66，厚度为O. 15mm ;采用环氧树脂、无碱玻璃纤维无捻粗纱及多轴向纤维布制备纤维增强复合材料型材2，纤维拉挤纱重量含量为50%，纤维织物重量含量为15% ;环氧胶液的重量含量为35%,配制方案为取100份所述的环氧树脂，固化剂90份，促进剂4份，内脱模剂3份，填料30份，色浆O份；模具固化温度为150°C -175°C -165°C,牵引速度为O. 24m/min ;通过如图2所示拉挤工艺固化成型；按4m/块定长切割，撕掉表面预处理材料I尼龙66，通过喷涂设备在桥面板表面粘接80目的防滑砂3，厚度为2mm，铺砂量为200g/m2 ;安装使用时，通过T型螺栓7与结构梁6牢固固定，跨度为1. 5m。实例2
本实施例的纤维增强复合材料桥面板包括纤维增强复合材料型材2及防滑砂3 ;纤维增强复合材料型材2为长方体，它的长度为6m，宽度为550mm，高度为60mm，顶板21的宽为550mm,厚度为6mm,丄形结构板的垂直板23的高度为49mm,丄形结构板的平板22的宽为28mm，丄形结构板的平板22与结构板的垂直板23厚度均为4mm，丄形结构板的垂直板23间距为50. 6mm,两个平板22端中间空隙为26. 6mm ;矫形工装与热成型模具出口的间距为O. 8m ;采用的表面预处理材料I为聚四氟乙烯，厚度为O. 2mm，采用环氧树脂、无碱玻璃纤维无捻粗纱及多轴向纤维布制备纤维增强复合材料型材2，纤维拉挤纱重量含量为60%,纤维织物重量含量为15% ;环氧胶液的重量含量为25%,配制方案为取100份所述的环氧树脂，固化剂75份，促进剂I份，内脱模剂I份，填料5份，色浆4份；模具固化温度为140°C-170°C-160°C，牵引速度为O. 16m/min，通过如图2所示拉挤工艺固化成型；按6111/块定长切割，撕掉表面预处理材料I聚四氟乙烯后，通过喷涂设备在桥面板表面粘接100目的防滑砂3，厚度为2_，铺砂量为180g/m2 ;安装使用时，通过T型螺栓7与结构梁6牢固固定，跨度为2m。实例3
本实施例的纤维增强复合材料桥面板包括纤维增强复合材料型材2及钢筋4混凝土 5 ；纤维增强复合材料型材2为长方体，它的长度为5m，宽度为500mm，高度为50mm，顶板21的宽为500mm,厚度为5. 5mm,丄形结构板的垂直板23的高度为40mm,丄形结构板的平板22的宽为25mm,丄形结构板的平板22与结构板的垂直板23厚度均为4. 5mm,丄形结构板的垂直板23间距为45.1mm,两个平 板22端中间空隙为24. 6mm ;矫形工装与热成型模具出口的间距为O. 6m ;采用的表面预处理材料I为尼龙66，厚度为O. 16mm ;采用乙烯基树脂、中碱玻璃纤维无捻粗纱及单轴向纤维布与多轴向纤维布混合制备纤维增强复合材料型材2，其中顶板用纤维织物采用单轴向纤维布，丄形结构板用纤维织物采用多轴向纤维布，纤维拉挤纱重量含量为45%，纤维织物重量含量为30% ;胶液的重量含量为25%，配制方案为取100份所述的乙烯基树脂，过氧化苯甲酰2. O份，过氧化苯甲酰叔丁酯O. 4份，内脱模剂O. 6份，填料30份，色浆O份；模具固化温度为1600C -185。。_165°C，牵引速度为O. 32m/min，通过如图1所示拉挤工艺固化成型；按5m/块定长切割，安装使用时通过T型螺栓7与结构梁6牢固固定；撕掉表面预处理材料I尼龙66后，在型材上顶板平面铺装70mm厚的钢筋4和混凝土 6，混凝土标号为C40，跨度为1. 8m。实例4
本实施例的纤维增强复合材料桥面板包括纤维增强复合材料型材2及钢筋4混凝土 5 ；纤维增强复合材料型材2为长方体，它的长度为6m，宽度为525mm，高度为57mm，顶板21的宽为525mm,厚度为6mm,丄形结构板的垂直板23的高度为46mm,丄形结构板的平板22的宽为26mm,丄形结构板的平板22与结构板的垂直板23厚度均为5mm,丄形结构板的垂直板23中心间距为47mm，两个平板22端中间空隙为26mm ;矫形工装与热成型模具出口的间距为O. 7m ;采用的表面预处理材料I为聚四氟乙烯，厚度为O. 16mm ;采用乙烯基树脂、中碱玻璃纤维无捻粗纱及多轴向纤维布制备纤维增强复合材料型材2，纤维拉挤纱重量含量为53%，纤维织物重量含量为18% ;胶液的重量含量为29%，配制方案为取100份所述的乙烯基树脂，过氧化苯甲酰1. O份，过氧化苯甲酰叔丁酯1. 2份，内脱模剂1. 2份，填料5份，色浆4份；模具温度为155°C -180°C _175°C，牵引速度为O. 22m/min，通过如图1所示拉挤工艺固化成型；按6m/块定长切割，安装使用时通过T型螺栓7与结构梁6牢固固定；撕掉表面预处理材料I聚四氟乙烯后，在型材上顶板平面铺装IOOmm厚的钢筋4混凝土 5，混凝土标号为C50，跨度为2m。 上述的4个实例中，单轴向纤维布选用O °纤维布，多轴向纤维布选用轴向(0° /45° /-45° /90° )的纤维布，环氧树脂选用型号为CYD-128环氧树脂，固化剂选用型号JHY-906酸酐固化剂，环氧树脂促进剂为型号DMP-30促进剂，填料为氢氧化铝，乙烯基树脂选用型号R-802乙烯基树脂，乙烯基内脱模剂选用型号GX-1，环氧内脱模剂选用型号INT-1890M，过氧化苯甲酰用ΒΡ0，过氧化苯甲酰叔丁酯用TBPB，以上原材料均为市售产品；喷涂设备、表面预处理材料导向装置、矫形工装均采用本申请人自制的设备装置。本发明中所用的纤维拉挤纱 、纤维织物、乙烯基树脂、环氧树脂、环氧固化剂、环氧促进剂、内脱模剂还可选用其他型号。
权利要求
1.一种纤维增强复合材料桥面板，包括纤维增强复合材料型材和与其上表面结合的表面处理材料；其特征在于所述表面处理材料分为表面预处理材料和表面后处理材料；所述表面预处理材料与所述纤维增强复合材料型材同步拉挤一体成型为桥面基板；所述表面后处理材料为防滑砂或钢筋混凝土，其铺设于所述桥面基板上构成所述纤维增强复合材料桥面板。
2.如权利要求1所述的纤维增强复合材料桥面板，其特征在于所述纤维增强复合材料型材的长度为4 6m，宽度为475 550臟，厚度为40 60mm ;所述表面预处理材料为尼龙66或聚四氟乙烯中任一种，其长、宽与所述纤维增强复合材料型材的长、宽相同；其厚度为 O. 15 O. 2mm。
3.如权利要求2所述的纤维增强复合材料桥面板，其特征在于所述纤维增强复合材料型材为一顶板和与其顶部相接的腹板层的组合体；该腹板层由若干丄形结构板沿所述顶板的宽向水平排布，丄形结构板的长度与所述顶板的长度相同；丄形结构板组合体的宽度与所述顶板的宽度相同；位于丄形腹板层宽向一端的丄形结构板为口朝外的U型企口凹槽，另一端的丄形结构板为U型企口凸榫，其余丄形结构板规格相同；相邻2个丄形结构板上垂直板之间的距离为42 50. 6mm ;相邻2个平板端与端之间留有空隙，其空隙为23 26. 6mmο
4.如权利要求3所述的纤维增强复合材料桥面板，其特征在于所述顶板的宽度为475 550mm,厚度为5 6mm ;所述丄形结构板的垂直板的高度为31 49mm ;平板宽度为24 28mm,该平板和与其中部相接的垂直板厚度相同,均为4 5mm。
5.一种权利要求1-4任一项所述的纤维增强复合材料桥面板的制备方法，包括步骤如下O利用吨位> 15T的拉挤机成型由表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤为一体构成的桥面基板；2)撕掉桥面基板的表面预处理材料，在纤维增强复合材料型材的表面均匀喷洒与粘接剂混合后的防滑砂；其中，所述粘接剂为环氧树脂胶结剂；所述防滑砂为80 100目石英砂，防滑砂铺设厚度为2mm，铺砂量为180 200g/m2 ;制备成所述纤维增强复合材料桥面板。
6.一种权利要求1-4任一项所述的纤维增强复合材料桥面板的制备方法，包括步骤如下1)利用吨位>15T的拉挤机成型由表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤为一体构成的桥面基板；2)将桥面基板固装在桥体的结构梁上，撕掉桥面基板的表面预处理材料后，铺设表面后处理材料；所述表面后处理材料以纵向600mm横向300mm的间距放置数块30mm高的混凝土块,然后在其上面放置ElO冷轧钢筋焊接网，最后浇筑混凝土构成；制备成所述纤维增强复合材料桥面板；其中，所用的混凝土标号为C40、C45或C50中任一种，厚度为70 100mm。
7.如权利要求5或6任一项所述的制备方法，其特征在于步骤I)所述的拉挤机，由前至后依次设置有纱架、过纱板、导毡辊、浸溃装置、预成型装置、表面预处理材料导向装置、热成型模具、矫形工装、牵引装置和切割装置；其中，热成型模具的内腔为与所述桥面基板截面形状相同的型腔；所述矫形工装装于所述热成型模具出口的O. 5 O. Sm处；通过矫形工装对固化后的所述桥面基板进行矫形；所述热成型模具内设的高温固化温度为140 185°C ;所述牵引装置的牵引速度为O. 16 O. 32m/min。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述矫形工装设有一矩形框架，矩形框架的上边框与下边框中间为矫形孔，矫形孔中含3个滚动装置，分设在该矩形框架的上边框的中部和下边框的两侧，每个滚动装置设置有2根与其固装边框垂直固接的螺杆和与螺杆内端相接的滚轴架，在滚轴架上装有滚动轮；桥面基板在该矩形框架横向中间通过3个滚动装置的中间空隙，调节3个滚动装置使与上边框固接的滚动轮作用在顶板中间位置，与下边框固接的2个滚动轮分别作用在桥面基板两端的两个丄形结构板平板外侧；通过框架上边框固定的滚动轮向下压接，下边框固定的滚动轮由两侧向上顶接，对所述桥面基板进行矫形。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述滚动轮的直径均为30mm;位于上边框的滚动轮的长度为IOOmm ;位于下边框一侧的滚动轮长度为64mm ;位于下边框另一侧的滚动轮长度为69mm。
10.一种权利要求1-9任一项所述纤维增强复合材料桥面板的安装方法，其步骤如下I)按照桥面宽度取若干个所述纤维增强复合材料桥面板，相邻2块所述纤维增强复合材料桥面板通过其宽向两端分别设置的U型企口凹槽和U型企口凸榫形成的U型拼接企口相互拼接；II)将拼接完成的整体桥面板通过T型螺栓与桥体的结构梁固定连接；所述纤维增强复合材料桥面板的长度为4 6m，跨度为1. 5 2m ；III)将T型螺栓长度方向与纤维增强复合材料桥面板纵向一致，从纤维增强复合材料桥面板底部的相邻2个丄形结构板平板中间的空隙往上移动，T型螺栓的顶端超过丄型结构板平板的上平面，将T型螺栓旋转90°，螺栓的T型部位卡住丄型结构板的平板，T型螺栓的下端穿过结构梁预制的固定孔中，用螺母将丄形结构板的平板与结构梁紧固在一起，每块纤维增强复合材料桥面板与对应的每个结构梁至少3处用T型螺栓连接。
全文摘要
本发明公开一种纤维增强复合材料桥面板及制备与安装方法。该桥面板，包括纤维增强复合材料型材和与其上表面结合的表面处理材料；其特点为表面处理材料分为表面预处理材料和表面后处理材料；表面预处理材料为尼龙66或聚四氟乙烯中任一种；表面预处理材料与纤维增强复合材料型材同步拉挤一体成型为桥面基板；表面后处理材料为防滑砂或钢筋混凝土；其铺设于桥面基板上构成纤维增强复合材料桥面板。利用吨位≥15T的拉挤机成型桥面基板；撕掉桥面基板的表面预处理材料，其上铺表面后处理材料；将若干桥面板拼接成整体桥面板用T型螺栓固接于桥梁上；其抗压抗剪、抗剥离性能强；刚度大、耐腐及耐候，免维护，适用范围广，宜于推广应用。
文档编号E01D101/40GK103031808SQ20131000565
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者张为军, 覃兆平, 毛雅赛, 丁庆强, 张林韬 申请人:北京玻钢院复合材料有限公司